1、ESD ( 靜電 ) 對半導體器件的影響一靜電的概念靜電（ Electrostatic ）就是相對觀察者為靜止或緩慢變化的電荷。靜電是一種電能，它留存于物體表面；靜電是正電荷和負電荷在局部范圍內失去平衡的結果；靜電是通過電子或離子的轉移而形成的。靜電放電現象是大家都熟悉的。當天氣干燥時，用塑料梳子梳頭會產生放電聲；脫下合成纖維衣服時產生劈啪聲，夜間還可以看到火花（空氣的擊穿場強為30KV/CM ）；在日光燈、電視機屏幕、唱片、錄音機磁頭上易于附著灰塵等現象，這都是我們日常生活中經常體驗到的靜電現象。在一般工業生產中，靜電具有高電位、低電量、小電流和作用時間短的特點，設備或人體上的靜電位最高可達

2、數萬伏以至數十萬伏；在正常操作條件下也常達數百至數千伏。這要比市用低壓電220V 、 380V 高得多。但所積累的靜電量卻很低，通常為毫微庫侖（nC 、 10-9C ）級；靜電電流多為微安（A、10-6A ）級；作用時間多為微秒（S、 10-6S ）級，所以不會對人體造成傷害。靜電受環境條件，特別是濕度的影響比較大；靜電測量時復現性差、瞬態現象多。就電子元器件的生產及電子設備的裝聯、調試作業而言，因接觸磨擦起電、人體靜電與接地問題能造成很大經濟損失。初步研究發現，磨擦起電、人體靜電乃是電子、微電子工業中之兩大危害源。隨著電子工業的迅速發展，靜電危害正在日益表露出來并逐漸受到人們的重視。二 電子

3、工業靜電的危害形式1 靜電吸附PC 機軟盤、軟驅吸塵損壞，DDC 軟體、自調軟體常常產生工作服吸塵埃污物，儀器儀表吸灰塵，數據丟失。2 靜電放電引起的器件擊穿由 ESD（靜電放電）引起的元器件擊穿損壞是電子工業，特別是電子產品制造業中最普遍、最嚴重的靜電危害。在電子產品的生產中，從元器件的預處理、插裝、焊接、清洗、單板測試、調試、總裝等工序，由于接觸分離、摩擦、感應等作用，都會使操作人員、工具、工作臺面、元器件、元器件包裝容器等產生靜電，同時可隨時對器件造成ESD 損害。當帶靜電的物體接觸 SSD（靜電敏感元器件，如 MOS 管、 IC 等元件），就會發生靜電放電。這種極短時間（ S級）的突發

4、脈沖，平均功率達幾瓦，足以熔化小體積的硅，并在管芯的表面留下熔坑；ESD電流還會引起局部過熱，造成PN 結熔斷，使器件參數退化或失效，造成引線（鋁條）的熔化而開路、造成半導體電路芯片的薄膜電阻熔斷或阻值變化。近年來，在電子器件中，CMOS 集成電路，因其消耗功率小，抗干擾能力強及工作電壓范圍廣等優點，應用很廣泛。它是互補型的“金屬氧化物半導體 ”結構，其柵極下氧化層的耐壓限值約為100 500伏。而在一系列的生產流程中，操作人員可能帶上幾千伏甚至幾十千伏的靜電，當他們一接觸到CMOS 器件，就會擊穿氧化層，造成器件的永久性失效或留下隱患。幾種敏感元件的敏感電壓見下表：元件名稱敏感電壓 (V)M

5、OS 場效應管100200結型場效應管140 700CMOS 集成電路2502000TTL 集成電路300 2500ECL（邏輯線）500 15003 靜電感應當導體和電介質置于靜電場中，在其上感應出正或負的靜電荷，其靜電電壓的幅值取決于靜電場強度。所以靜電敏感區內不得放置產生強電場和強磁場的設備，如：大功率風扇等。4靜電放電時產生的電磁脈沖靜電放電可產生頻帶幾百千赫茲幾十兆赫茲、電平高達幾十毫伏的電磁脈沖干擾，當脈沖干擾耦合到計算機和低電平數字電路時，致使電路發生翻轉效應，出現誤動作。強能量的脈沖干擾，可使靜電敏感器件破壞。像 1971 年 11 月 15 日西歐發射的 “歐 2 火箭 ”，

6、就是因靜電放電產生的電磁脈沖導致計算機誤動作，使此次發射失敗。三 電子生產環境中的典型靜電源（一） 人體靜電人體靜電的產生方式，主要有接觸起電，感應起電和遷移吸附起電。接觸起電是一種最普遍的起電形式。它的基本原理是物質間的電子轉移，當兩種物質相互接觸其間距小于25 ×10-8 厘米時，就會發生電子轉移。其中逸出功較低的物質失去電子而呈現正電位，逸出功較高的物質得到電子而呈現負電位。即在兩種物質的接觸面上形成 “偶電層 ”并產生接觸電位差。當該兩種物質分離時，其上部分電荷回流，但仍然殘留有符號相反的電荷。即產生了靜電。人們在生產活動中，人體與物體，皮膚與衣著，鞋底與地面之間不斷地產生接

7、觸分離過程，就會產生靜電。比如，羊毛混紡衣服，并坐在人造革面椅子上的人突然起立時，人體可帶上近萬伏的高壓靜電。人體感應起電的基本原理是靜電感應。由于人體是導體，所以當人接近已帶電的物體（或人）時，人體兩側會感應出正負兩種電荷。通過接觸接地設備，可將其中與原帶電體同號的電荷移向大地，而人體便帶有另一種電荷。比如，當已帶電的人在未帶電的人背后走過時，會使后者背上感應出與前者異號的電荷，而手上感應出同號的電荷。當被感應的人觸及接地導體而放掉其上一種電荷（該過程會產生火花或電擊，應當避免）后，人身體上便只帶有與原帶電者異號的電荷。遷移起電是人體與其它帶電體相接觸時，帶電體部分電荷移向人體使人體帶電，吸

8、附起電即懸浮的帶電徽粒或離子等附著于人體，使人體帶電，比如，在粉體粉碎車間，粉塵飛揚，就會有很多帶電粉體顆粒附著在人體上，使人體帶電。人體帶電的規律：（ 1） 人活動的速度越大，則起電速率越大，飽和帶電量越大，帶電電位越高。這是因為人的活動速度越大，引起接觸分離的機會越多的緣故。比如，同是穿塑料底鞋的人在工業橡膠地面上行走，走的快時起電可達 2500V ，走的慢時只有 800V 。（ 2） 人體對地電阻越大，則人的飽和帶電量越大，帶電電位越高。這是因為人體對地電阻越大，靜電越不容易向大地泄漏的緣故。人體對地電阻比潮濕時大，故而在干燥地面上活動的人帶電，電位高于潮濕地面上活動的人。（ 3） 人的

9、服裝表面電阻率越大，人的飽和帶電量越大。這是由于隨著服裝表面電阻率增大，靜電不易泄漏的緣故。比如，在外界條件相同時，棉布的表面電阻率低于尼龍織物的表面電阻率，因此，尼龍織物的飽和帶電量和帶電電位比棉布的高。（ 4） 環境（空氣）的相對濕度越大，人體的飽和帶電量越小。這是由于濕度增大時，在服裝纖維表面形成薄薄的一層水膜，而使其表面電阻率降低，從而增加靜電沿服裝向大地泄漏。比如，當相對濕度低于30時，棉布工作服也可產生較高的靜電電位，而相對濕度高于70 時，大多數衣料都不會積聚靜電。（二）電子聯裝生產中的靜電源1工作服作業人員穿用的普通工作服（化纖和純棉制）與工作臺面、工作椅摩擦時可產生 0.2

10、10C的電荷量，在服裝表面能產生 6000V 以上的靜電電壓并使人體帶電。當作業人員手持集成電路或工作與工作臺面放置的元器件接觸時，即可導致放電。因元器件各引出線接觸電位不同和芯片電介質極薄絕緣強度很低等原因，很容易造成器件電介質的擊穿。2工作鞋一般工作鞋（橡膠或塑料鞋底）的絕緣電阻高達 1013 以上，當與地面摩擦時產生靜電荷使人體和所穿服裝帶靜電。調查表明工作鞋與地面磨擦所產生靜電導致元器件失效的事例并不多。但因其較高的絕緣電阻，使人體所帶靜電不能很快泄漏從而對元器件的生產帶來不良影響。3各種包裝和容器用 PE（聚乙烯）、 PP（聚丙烯）、 PS（聚苯乙烯）、 PUR（聚氨脂）、 ABS、

11、聚脂樹脂等高分子材料制備的包裝和元件盒（箱）都可因磨擦、沖擊產生靜電荷對所包裝器件產生不良影響。4工作臺工作臺表面受到磨擦產生靜電，可對放置其上的電子器件放電。5各種絕緣地面混凝土、打臘拋光地板、橡膠板等都可因磨擦產生靜電。另外因其較高絕緣電阻，作業人員帶靜電在其上時，不會短時間將靜電荷泄漏。6 某些電子生產設備焊烙鐵、波峰焊機等某些元器件裝配設備內設的高壓變壓器、交直流電路都可在設備上感應出靜電電壓。如不采取靜電泄漏措施，可使元器件在裝配過程中失效。四靜電控制措施在現代電子工業生產中，在很多情況下，不產生靜電是不可能的。但產生靜電并非危害所在，危險在于靜電積蓄以及由此產生靜電電荷放電。因此靜

12、電積蓄的控制和靜電泄漏是尤為重要的。防靜電危害的一般原則：1設法盡量防止和減少靜電產生2在許多場合，采用加速靜電逸散泄漏，防止靜電荷積累的方法；3 某些場合不能用上述辦法時（靜電仍大量產生，不斷積累），只能采用防上靜電放電著火措施，免除電擊，故障和爆炸、火災事故的發生。（一）靜電泄漏和耗散將各種操作運行過程中產生的靜電荷迅速泄漏和耗散是防止靜電危害行之有效的方法。靜電泄漏是通過替換電子生產過程中接觸致電的各類絕緣物（包括各種工裝夾具和制品），而改用防靜電材料并使之接地來完成的。防靜電材料從防靜電原理方面可以將其分為三類：導靜電、靜電耗散、電磁屏蔽耗散復合類。注： 1、防靜電材料受到磨擦時，正負

13、電荷可迅速擴散泄漏而不積累靜電。2、必須將防靜電材料接地才能將表面產生的靜電荷泄漏。3、防靜電材料要定期清潔保養。如：防靜電臺墊如果不定期將其表面的污物清除，就會降低防靜電效果，甚至起不到防靜電的作用。（二）靜電中和靜電中和是消除靜電的重要措施之一。在某些場合中，當不便使用 ESD 防護材料時，或必須某些高絕緣易產生靜電的用品存放在工作臺或工藝線上時，為了保證產品質量就必須對操作環境采取靜電中和措施。靜電中和是借助離子靜電消除器或感應式靜電刷來實現的。靜電中和原理：將正負離子與靜電源上的正負電荷中和，從而消除靜電源上積累的靜電。（三）靜電屏蔽與接地接地的目的：1使物體與大地之間構成電氣上的泄漏

14、電路，即將物體上產生的靜電泄漏至大地，防止物體積蓄靜電荷。2防止帶電物體附近的物體受到帶電物體的靜電感應。3限制帶電物體的靜電電位上升或限制由此產生的靜電放電。接地的對象：金屬導體，金屬以外的靜電導體、靜電亞導體。靜電非導體或表面電阻在1011 以上的物體不是接地對象。靜電屏蔽及接地通常用于對高壓電源產生的靜電場屏蔽、某些對靜電極敏感電路的屏蔽，從而避免靜電場對 SSD 器件和 SSD 組件的感應和靜電放電產生的寬頻帶干擾。靜電屏蔽效果與接地有很大關系，只有將屏蔽體接地，才能保證屏蔽體上感應的靜電荷泄漏，使屏蔽體內的電路不受靜電場干擾。靜電屏蔽及接地是很多種儀表電路上防靜電干擾的重要措施之一。

15、同時也用于防止靜電源對外界的干擾。（四）增濕濕度增加則非導體材料的表面形成極薄的水膜（10 5mm 厚），水膜中的雜質和溶解物質使表面電阻降低，使物體表面積蓄的靜電荷可以更快泄漏。有靜電危險場所，在工藝條件許可時，可以安裝空調設備、噴霧器以提高空氣的相對濕度消除靜電。為對靜電達到最佳的控制，必須使濕度保持在70% 以上。五防靜電用品（裝備）及其使用1 防靜電腕帶操作者皮膚上的靜電是SSD（靜電敏感元器件）損壞的最常見的原因，現場測試和有關資料表明，在未采取有效的靜電防護措施的情況下，操作工手工插裝印制板時，手上靜電電壓為140 360V ，進行錫焊作業時，手靜電電壓為160 450V ；特別當

16、操作者從坐椅上站起時，皮膚靜電壓最高可達1000V 。這些都遠遠超過了所有靜敏感器件的安全電壓100V 的數值。而戴用防靜電腕帶（又叫手環、扣帶）是解決這一問題的有效方法。（1）構造與性能參數防靜電腕帶與皮膚直接接觸，是一種通過接地而把人體皮膚靜電導走的裝置，它由松緊圈和接地線組成。其中松緊圈可由多種導靜電的復合材料制作，如鍍銀的單纖維和彈性尼龍絲的紡織物，帶有保護層的不銹鋼纖維織物，碳浸漬的塑料軟片等。一般說來，松緊圈材料的電阻率v102?CM。接地線也是防靜電腕帶的重要組成部分，接地線必須串接（或材料本身具有）大小為106 的電阻，以保證操作者在意外情況下觸及 380V 電壓時不致發生人身

17、傷害事故。（2）使用腕帶時應注意的事項a 腕帶是利用它與人體皮膚的接觸而把人體靜電迅速泄漏的裝置。所以，操作人員的皮膚是否與腕帶接觸良好是發揮泄漏靜電作用的關鍵，所以在佩戴時必須緊貼手腕。b靜電手環使用前必須經過測試并記錄，且狀態良好。c有線靜電手環的接地線必須通過鱷魚夾接在靜電地線上，使用過程中注意防止鱷魚夾松脫。2防靜電臺墊、防靜電地墊SSD在操作靜電敏感元器件時，工作臺上應鋪設用防靜電材料制成的防靜電臺墊，使所有與之接觸的端子、工具、器具、儀表、人體等都達到基本均一的電位，并通過臺墊上的接地線使靜電迅速泄放。目前公司的防靜電臺墊為雙層防靜電復合臺墊。上層為綠色，電阻率較大。下層為黑色，電

18、阻率較小。3防靜電軟塑料包裝袋包裝和貯存靜電感敏元器件和印制板的塑料包裝袋，因具有高絕緣性，在與器件的塑料、陶瓷封裝或印制板基板相互磨擦時會產生很強的靜電而造成ESD 損害。為此，必須采用防靜電的包裝袋。公司常用的包裝如下： MOS 管的包裝袋、倉庫零料粉紅色的包裝袋等。4防靜電硬塑料容器在電子產品的生產作業中，各工位、工序之間用于傳遞和暫時性貯放靜電敏感元器件和印制板的各種容器，如元件盒、含多個元件盒的元件架、周轉箱、周轉架等，一般都是硬塑料制品，在使用中因接觸一分離或磨擦會帶上很強的靜電，一般可達1KV 5KV 或更高。為此，必須對普通塑料制品進行防靜電處理或用防靜電塑料容器代替普通制品。如 A4 線所使用的黑色防靜電周轉箱，分析修理使用的防靜電料盒等。5 防靜電包裝盒、條、管它的材料為防靜電塑料膜或硬