電子產(chǎn)業(yè)中靜電的產(chǎn)生與危害，提出并詳細(xì)論述了如何防止靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害的有效措施。
一、概述
在人們的日常生活和工作中, 經(jīng)常會(huì)遇到靜電現(xiàn)象。那么, 靜電到底是什么？它的產(chǎn)生機(jī)理以及它有哪些危害？如何預(yù)防和消除這些危害？ 這是我們必須考慮和解決的問題。
1、什么是靜電？
靜電是客觀存在的自然現(xiàn)象，是一種電能，只要物體之間相互摩擦、剝離、感應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生靜電。導(dǎo)體與絕緣體相接觸、絕緣體與絕緣體相接觸，都容易產(chǎn)生靜電。它存在于物體表面，是正負(fù)電荷在局部失衡時(shí)產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。靜電現(xiàn)象是指電荷在產(chǎn)生與消失過程中所表現(xiàn)出的現(xiàn)象的總稱，如摩擦起電就是一種靜電現(xiàn)象。
2.、為什么要防靜電？
靜電放電(ESD, electrostatic discharge) 已經(jīng)成為電子工業(yè)的隱形殺手。由于電子行業(yè)的迅速發(fā)展，體積小、集成度高的器件得到大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。一方面隨著納米技術(shù)的日益發(fā)展，集成電路的集成密度越來越高，從而導(dǎo)致導(dǎo)線間距越來越小，絕緣膜越來越薄，相應(yīng)的耐靜電擊穿電壓也越來越低；另一方面，一些表面電阻率很高的高分子材料如塑料、橡膠制品的廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高速化, 以及人體活動(dòng)，使靜電能積累到很高的程度,具備了可怕的破壞性.不同的靜電敏感器件受靜電損傷的閾值電壓見表1。
表1
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器件類型
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耐靜電放電電壓值（V）
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奔騰處理器
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5
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EPROM芯片
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100
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CMOS
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250
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肖特基二極管
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300
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可控硅
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680
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同時(shí)人的活動(dòng)是主要的靜電源，僅某單位機(jī)房一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在操作人員啟動(dòng)開關(guān)按鈕的一剎那，突然發(fā)生故障停機(jī)，事后測得操作人員人體帶電電位高達(dá)6700伏，機(jī)內(nèi)印刷電路板（PCB）被打壞，損失近3萬美元。而電子產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)等過程中所產(chǎn)生的靜電電壓卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其擊穿電壓閾值，這就可能造成器件的擊穿或失效，影響產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，降低其可靠性。由此可見，靜電是電子行業(yè)發(fā)展中的一大障礙。所以預(yù)防靜電必須提到議事日程上來，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。
ESD是電子工業(yè)中普遍存在的＂ 硬病毒＂，在某個(gè)內(nèi)外因條件具備的時(shí)刻便會(huì)發(fā)作。為使電子器件及產(chǎn)品在購買、入庫、發(fā)料、檢驗(yàn)、儲(chǔ)存、調(diào)測和安裝等過程中免受靜電危害,了解靜電產(chǎn)生的機(jī)理和一些防止靜電產(chǎn)生危害的相關(guān)知識(shí)是非常必要和重要的。
二、電子行業(yè)中靜電危害的形成
電子行業(yè)中靜電危害可分為兩類：一是由靜電引力引起的浮游塵埃的吸附；二是由靜電放電引起的介質(zhì)擊穿。
1、靜電吸附
在半導(dǎo)體元器件的生產(chǎn)制造過程中, 由于大量使用了石英及高分子物質(zhì)制成的器具和材料，其絕緣度很高，在使用過程中一些不可避免的摩擦可造成其表面電荷不斷積聚且電位愈來愈高。表1列出了半導(dǎo)體元器件及其使用環(huán)境中部分物品表面的靜電電位。
表 2
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名 稱
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靜電電位(kV)
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芯 片
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5.0
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工作臺(tái)表面
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35
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操作人員
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100
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從表2可見，它們的靜電電位都很高。由于靜電的力學(xué)效應(yīng)，在這種情況下很容易使工作場所的浮游塵埃吸附于芯片表面，而很小的塵埃吸附都有可能影響半導(dǎo)體器件的良好性能。所以電子產(chǎn)品的生產(chǎn)必須在清潔環(huán)境中操作，并且操作人員、器具及環(huán)境必須采取一系列的防靜電措施，以防止和降低靜電危害的形成。
2、介質(zhì)擊穿的分類
由靜電引起元器件的擊穿是電子工業(yè)中靜電危害的主要方式。在強(qiáng)電場中，隨著電場強(qiáng)的增強(qiáng)，電荷不斷積累，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，電介質(zhì)會(huì)失去極化特征而成為導(dǎo)體，產(chǎn)生介質(zhì)的熱損壞現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿。介質(zhì)擊穿分熱擊穿、化學(xué)擊穿和電擊穿三種形式。
（1）熱擊穿
介質(zhì)工作時(shí)，當(dāng)損耗產(chǎn)生的熱量大于介質(zhì)向周圍散發(fā)的熱量時(shí)，介質(zhì)的溫度迅速升高，導(dǎo)電隨之增加，直至介質(zhì)的熱損壞。可見熱擊穿的核心問題是散熱問題。所以熱設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。
（2）化學(xué)擊穿
在高壓下，強(qiáng)電場會(huì)在介質(zhì)表面或內(nèi)部的缺陷小孔附近產(chǎn)生局部空氣碰撞電離，引起介質(zhì)電輝，生成化學(xué)物質(zhì)--臭氧和二氧化碳，使絕緣性能降低，致使介質(zhì)損壞。
（3）電擊穿
電擊穿是介質(zhì)在強(qiáng)電場作用下, 被擊發(fā)出自由電子而引起的。自由電子隨電場強(qiáng)度的增加而急劇增加，從而破壞介質(zhì)的絕緣性能?？梢婋姄舸┑谋举|(zhì)是電荷積聚所致, 因而防止電荷積聚就可防止電擊穿。
3、靜電的擊穿與放電
（1）靜電放電
靜電放電與外加穩(wěn)定電源產(chǎn)生的放電雖然同為電荷積聚所致，但又有著明顯的區(qū)別。首先，在靜電放電的情況下，起放電電源是空間電荷，因而它所儲(chǔ)存的能量是有限的，不像外加電源那樣具有持續(xù)放電的能力，故它僅能提供短暫發(fā)生的局部擊穿能量。雖然靜電放電的能量較小, 但其放電波形很復(fù)雜，控制起來也比較麻煩。半導(dǎo)體器件的軟擊穿就與它有關(guān)。
（2）靜電擊穿
由靜電擊穿引起的元器件擊穿損壞是電子工業(yè)中，特別是電子產(chǎn)品制造、電裝中普遍、嚴(yán)重的危害。靜電放電可能造成器件硬擊穿或軟擊穿。硬擊穿是一次性造成器件的長久性失效，如器件的輸出與輸入開路或短路。軟擊穿則可使器件的性能劣化，并使其指標(biāo)參數(shù)降低而造成故障隱患。由于軟擊穿可使電路時(shí)好時(shí)壞（指標(biāo)參數(shù)降低所致），且不易被發(fā)現(xiàn)，給整機(jī)運(yùn)行和查找故障造成很**煩。軟擊穿時(shí)設(shè)備仍能帶"病"工作，性能未發(fā)生根本變化，很可能通過出廠檢驗(yàn)，但隨時(shí)可能造成再次失效。多次軟擊穿就能造成硬擊穿，使設(shè)備運(yùn)行不正常，既給用戶造成損失，也影響廠家聲譽(yù)和產(chǎn)品的銷售，甚至?xí)o國家造成無法挽回的損失。
4、人體靜電
在工業(yè)生產(chǎn)中，引起元器件損壞和對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾的一個(gè)主要原因是人體靜電放電。人體靜電放電既可能造成了人體遭電擊而受傷害，又可能引發(fā)二次事故（即器件損壞），因此人體靜電應(yīng)引起足夠重視。人體形成靜電的原因是人體在日常工作中，把人體所消耗的機(jī)械能在活動(dòng)中轉(zhuǎn)換為電能。人體是一個(gè)靜電導(dǎo)體，當(dāng)與大地絕緣時(shí)（如穿的鞋底為絕緣物質(zhì)），人體與大地就形成一個(gè)電容，使電荷儲(chǔ)存起來，其充電電壓一般≤50kV。表3反映的是不同條件下人的各種動(dòng)作所產(chǎn)生的靜電電壓（單位：KV）.
表 3
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動(dòng)作
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相對(duì)濕度
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10%RH
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40%RH
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55%RH
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人在塑膠地板上行走
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12
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5
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3
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人在塑膠工作臺(tái)上工作
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6
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0.8
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0.4
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在塑料臺(tái)面上滑動(dòng)塑料盒
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18
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9
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2
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從泡沫塑料包裝中取出PCB
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21
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11
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5.5
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由表3可見，一個(gè)很常見、很細(xì)微的動(dòng)作就會(huì)引起相當(dāng)高的靜電電壓。當(dāng)人體帶電放電時(shí)，人體會(huì)有不同程度的反映，這種反映稱為電擊感度。當(dāng)人體受到靜電電擊時(shí)，雖不會(huì)發(fā)生重大生理障礙，但可能會(huì)影響人體健康或傷害人體。表4為人體靜電電位和電擊感度的關(guān)系。
表 4
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人體電位（kV）
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電 擊 感 度
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備 注
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1．0
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無感覺
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2．0
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手指外側(cè)有感覺
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發(fā)出微弱的放電聲
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2．5
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有針刺的感覺，但不疼
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3.0
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有像針刺樣的痛感
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4．0
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有針刺的感覺，手指微疼
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見到放電微光
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6．0
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手指感到劇疼，手腕感到沉重
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10．0
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手腕感到劇疼，手感到麻木
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12．0
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手指劇麻，整個(gè)手感到被強(qiáng)烈電擊
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由表4可見，電擊傷害發(fā)生的極限是3.0KV.同時(shí)帶靜電的人體去觸摸靜電敏感器件，從而造成這些敏感器件的損傷。
三．防靜電控制技術(shù)（措施）
根據(jù)靜電放電發(fā)生的原理、危害及規(guī)律，為了防止靜電放電造成危害可以遵循以下原則，建立起有效的防靜電控制措施。
a)、把靜電控制體現(xiàn)到設(shè)計(jì)中
b)、防止靜電電荷的積聚,抑制、減少靜電的產(chǎn)生
c)、建立快速、可靠的泄放通道
d)、對(duì)防靜電措施的有效性進(jìn)行檢測和監(jiān)控
1、把靜電控制體現(xiàn)到設(shè)計(jì)中
（1）生產(chǎn)環(huán)境的防靜電設(shè)計(jì)
電子產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境的防靜電設(shè)計(jì)是ESD控制的關(guān)鍵所在,設(shè)計(jì)的依據(jù)是電子器件絕緣膜、整機(jī)中靜電敏感器件（ESDS）的耐靜電擊穿電壓以及生產(chǎn)設(shè)備的耐靜電性能。制造商必須確定一個(gè)特殊的ESD控制級(jí)別，該級(jí)別由生產(chǎn)過程中較為敏感的元件所決定，生產(chǎn)環(huán)境必須保障該級(jí)別的可靠性。根據(jù)DGJ08-83-2000《防靜電工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，控制靜電的工程設(shè)計(jì)具體分為三級(jí)：**標(biāo)準(zhǔn)為控制室內(nèi)靜電電位**值不大于100V; 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為控制室內(nèi)靜電電位**值不大于200V; 三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為控制室內(nèi)靜電電位**值不大于1000V。防靜電工程分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)適用場所如下表5：
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防靜電級(jí)別
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適用場所
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**
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1.微電子電路制造和測試場所
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2.電子產(chǎn)品生產(chǎn)中操作**敏感器件場所
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3.航空、航天、國家可靠等部門的信息管理和指揮中心
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二級(jí)
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1.以程控交換機(jī)為代表的各類通訊機(jī)房
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2.金融、證券系統(tǒng)的結(jié)算中心
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3.重要經(jīng)濟(jì)部門電力、交通等自動(dòng)化監(jiān)控、調(diào)度系統(tǒng)
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三級(jí)
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1.除上述以外的一般計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)
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2.除上述以外的電子器件和整機(jī)的組裝調(diào)試場所
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3.智能化建筑中電腦操作場所以及重要的公共活動(dòng)場所
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由于靜電破壞于無形，故消除ESD危害，要以預(yù)防為主，防患于未然。作業(yè)區(qū)中必須設(shè)置靜電保護(hù)區(qū)域(EPA, electrostatic protected area)。根據(jù)IEC1340-5-1（1995）《電子器件防護(hù)規(guī)范一般要求》中，對(duì)EPA的核心要**等電位搭接，即將人員、材料、工作面連接在一起并電氣連接到公共地，防止不同物體之間產(chǎn)生電位差，因?yàn)镋SD不會(huì)發(fā)生在保持相同電勢或零電勢的材料之間，所以EPA環(huán)境中的ESDS器件或電路板，都可以免受ESD損害。
