靜電放電與防護基礎知識ESD定義靜電：就是靜止不動的電荷，它一般存在于物體的表面靜電放電（ESD）：處于不同靜電電位的兩個物體間的靜電電荷的轉移，就是靜電放電過電應力（EOS）：廣義指元器件承受的電流或電壓應力超過其允許的最大范圍靜電敏感器件（SSD）：對靜電放電敏感的器件EOS與ESD區別靜電放電（ESD）與過電應力（EOS）的關系：-----從概念上嚴格來說ESD是屬于EOS的范疇兩者區別：ESD的特點是電壓高（可達到上千伏甚至上萬伏）、周期短（幾百納秒）、能量低（MJ）以及上升快（幾到幾十到納秒）EOS的特點電壓較低、時間較長、能量較大，對器件造成的損傷一般都有明顯的痕跡，有金屬化熔斷、材料表面顏色或形態發生變化等現象，而且損傷面積比較大物質的各種起電固體起電：摩擦、剝離起電粉體起電：化工原料、篩藥液體起電：石油氣體起電：滅火器、空調大空起電：衛星摩擦產生靜電的大小與哪些因素有關摩擦物體本生的材料性質環境的濕度摩擦的面積分離速度接觸壓力表面潔凈度等感應產生靜電及其特點導體靠近帶電體會感應靜電感應電發生于帶電物體與導體之間，兩種物體無需直接接觸即會感應靜電顯然，非導體不能通過感應產生靜電影響靜電產生和大小的因素

人體產生的靜電電壓大概是：幾千伏~幾萬伏而各種器件的靜電電壓大概是：幾千伏~幾百伏甚至更低電子生產中產生的靜電勢的典型值（單位：V）如右圖所示事件相對濕度10%40%50%走過乙烯地毯1200050003000在工作椅上操作人員的移動6000800400將元器件從塑料管中取出2000700400將印制線路板裝進泡沫包裝盒中21000110005500ESD損害的特點隱蔽性潛在性和累積性隨機性復雜性潛在性和累積性對電子元器件的危害最為嚴重靜電放電的三種模式帶電人體的放電模式又稱人體靜電放電模型---HBM模型帶電機器的放電模式，機器摩擦或感應也會帶電，通過電子元器件放電會造成損傷---MM模型充電器件的放電模式，就是在元器件裝配、傳遞、試驗、測試、運輸和存儲的過程中會帶靜電，一旦元器件引腳接地時殼體將通過芯片和引出腳對地放電---CDM模型ESD防護的基本原則ESD防護的基本原則是“一個中心，兩個方面”---以“等電位”為中心，從控制靜電的產生和控制靜電的消失兩方面進行控制靜電的產生---對可能產生靜電的地方要防止靜電的聚集---控制工藝過程和工藝過程中材料的選擇ESD防護的基本原則控制靜電的消散---對已存在的電荷積聚，快速而安全地將靜電泄放和中和兩者共同作用的結果就有可能使靜電電平不超過安全限度，達到靜電防護的目的ESD的防護系統管理要求方面---方案、計劃、程序文件和作業指導書---人員范圍要求（生產和質量管理人員、技術人員、生產操作人員以及產品維修人員）技術要求方面---靜電接地系統和安全工作系統---設備、器材、包裝、人員操作以及工藝流程簡單介紹ESD的控制原理、方案與要求ESD控制原理在操作等過程中控制靜電，使其不能達到危害的程度（包括所有工作人員、工具、設備與環境等）---控制靜電的產生以及控制靜電放電設計人員在設計中盡量提高元器件、組件（PCB）以及整機的抗靜電能力人員接地要求---要求如下：人員接地---坐下操作時必須帶腕帶＜35×106Ω

一般腕帶電阻（0.8~1.2）×106Ω站立操作時---地板~鞋系統＜35×106Ω

或＜電壓100V一般的防靜電鞋底電阻＜1×109Ω人員接地注意點接地，通過手腕使靜電從手導到大地注意點：用手觸摸接地金屬體，其能暫時釋放人體靜電，但手離開接地金屬體后又會產生靜電防靜電鞋與腕帶使用中安全問題---僅從防靜電的角度考慮時，人體總是對地電阻越小越好---人體必須具有一定值的對地電阻，限制意外流過人體上的電流防靜電服裝、手套、帽子等等，如果單獨使用時防靜電作用不大從哪里接地？在大多數情況下，第三條導線（保護接地）交流設備接地是接地的最優先選擇連接系統（跨接）當第三條交流設備接地導線不能用到或不適用時，工作人員應該通過腕帶或其他接地系統與靜電放電敏感物件的一個導電性組件相連接，以保證所有組件處在同樣電位（等電位）ESD控制技術之二---建立防靜電保護區（EPA）保護區域）（EPA）越大，相對來說所需的成本就越大，根據實際情況的不同，可以建立不同等級的靜電保護區合理建立防靜電保護區域（EPA），能有效地控制ESDESD控制技術之三---絕緣體的靜電消除靜電非導體的中和，用離子風消電器中和靜電使用靜電消除器對一些易起靜電的材料進行消電在靜電保護區域（EPA）的絕緣體放置時應與靜電放電敏感物體至少保持十二英寸的距離ESD控制技術之四---防靜電包裝也能有效地防制靜電防靜電包裝的主要目的是防止靜電放電直接發生在所包裝的靜電放電敏感物件上，及將電荷通過外表面消失防靜電包裝的技術范圍很廣泛，有些使用技術包括：低帶電包裝袋和包裝材料、隔離材料、消電包裝材料、靜電屏蔽、導電性分流器以及EMI/RPI屏蔽簡介電子元器件抗ESD設計技術基本抗靜電保護電路有兩大類旁路釋放保護電路---其作用是將靜電電荷通過該保護電路釋放掉，避免對功能元器件的靜電損傷（泄放大電流）限壓/限流保護電路---其作用是減緩靜電的放電速度，即使放電電壓/電流小一些（電壓箝位）射頻和微波電路抗ESD保護設計的考慮射頻端的保護---對射頻輸入端除采用過壓保護外，還可以采用高通濾波網絡，即能通過頻率較高射頻信號，而使ESD脈沖的主頻不能通過射頻端輸入端的高通濾波網絡電源端的保護---除采用一般的過壓保護外，還可以采用低通濾波保護網絡，即可通過直流，抑制高頻---還可以串接三端穩壓電路，不僅可以提高抗ESD能力，還能對電浪涌起防護作用混合電路抗ESD保護電路的考慮通過電路分析或ESD檢測確定電路中抗靜電的薄弱部位和薄弱元器件對薄弱部位加抗靜電保護電路薄弱元器件力爭更換抗靜電能力好的元器件對混合電路制造過程采取靜電防護措施有相當多的元器件可作為混合電路和整機的靜電保護元器件，主要有：---瞬變電壓抑制二極管、壓敏電阻以及鐵氧體磁環簡介電子設備抗ESD保護基本方法介質隔離技術屏蔽技術電氣隔離技術使用ESD泄放電路外接ESD保護器件合理的PCB板布局布線外接ESD保護電路和器件

（TVS的特性和使用）TVS二極管的工作原理TVS二極管在線路板上是與被保護線路并聯當瞬時電壓超過電路正常工作電壓后，TVS管便發生雪崩，提供給瞬時電流一個超低電組通路，使瞬時電流通過二極管被引開，避開被保護器件，并且在電壓恢復正常值之前被保護回路一直保持截止電壓當瞬時脈沖結束以后，TVS二極管自動回復高阻抗狀態，整個回路進入正常電壓

---TVS管的特點：反應迅速、截止電壓比較低，另外對TVS管設計的改進使其更低的漏電流和結電容

抗ESD電磁脈沖干擾得設計規則減小環路

---電流通過感應進入電路環路，這些環路是封閉的，具有變化的磁通量，電流的幅度與環的面積成正比，環路大磁通量多，因而在電路中感應出較強的電流，必須減小環路面積抗ESD電磁脈沖干擾得設計規則控制電路連線長度

---長的信號線也可成為接收ESD脈沖能量的天線，盡量使用較短信號線可以降低信號線作為接收ESD電磁場天線的效率

---盡量將互連的器件放在相鄰的位置，以減少互連的印制線長度抗ESD電磁脈沖干擾得設計規則其他設計規則---避免在PCB邊緣安排重復的信號線（如時鐘和復位信號等）---將PCB上未使用的部分設置為接地面---盡量將接口安排在同一個邊上---避免被保護回路和未實施保護的回路并聯---將接口信號線接地線路直接接到保護器件上，然后再進入回路的其他部分---用TVS二極管來保護所有的外部連接---采用高集成度器件，可節約線路板上空間，而且減少由于回路復雜誘發的寄生性線路自感的影響靜電放電失效電子元器件由靜電放電引發的失效可分為兩種模式：突發性失效：指元器件受到靜電放電損傷后，突然完全喪失其規定的功能，主要表現為開路、短路或參數嚴重漂移---雙極型器件的射一基間短路---場效應器件柵一源間或柵一漏間短路或開路---集成電路的金屬化互連或鍵和引線的熔斷---多晶硅電阻開路---MOS電容介質擊穿短路等靜電放電失效潛在性失效：是指靜電放電能量較低，僅在元器件內部造成輕微損傷，放電后器件電參數仍然合格或略有變化對器件使用可靠性的影響---器件的抗過電應力能力減弱---使用壽命明顯縮短在受到工作應力或經過一段時間工作后將進一步退化，直至造成徹底失效靜電放電失效在使用環境中出現的靜電放電失效大多數為潛在失效據統計，由靜電放電造成的使用失效中，潛在失效約占90%，而突發性失效僅占10%潛在性失效比突發性失效具有更大的危險性：---潛在性失效難以檢測---影響器件使用時的壽命---靜電損傷具有積累性

預防ESD潛在損傷的最好辦法是靜電防護靜電放電失效機理失效機理主要有兩種過電壓場致失效---發生于MOS器件，包括含有MOS電容或鉭電容的雙極型電路和混合電路過電流熱致失效---多發生于雙極器件，包括輸入用PN結二極管保護的MOS電路、肖特基二極管以及含有雙極器件的混合電路靜電測量儀器的選用基本配套儀器通常測量靜電的主要基本參數有三個---靜電電壓（位）、電荷量（密度）和電阻（率）電荷量是靜電本質的物理量，在許多科研中要測量電荷量或電荷密度但在很多現場直接測量電荷量是不方便的，此時就需要測量其表面靜電電壓很多材料的防靜電性能可通過檢測其表面電阻或體電阻來鑒定，任何部門應配的基本測量儀器是靜電電壓表和高阻表，對一些有可能產生靜電的物體進行周期性檢查。如條件允許，還可配上靜電檢測報警器和人體綜合電阻測試儀靜電測量儀器的選用根據使用場所選擇一般在現場使用的儀器最好是袖珍式或便攜式，其使用電源可選用電池或交流電，使用電池的最為方便，但在實驗室最好使用交流供電，以避免換電池或充電的麻煩。對于用電池供電的儀器要注意其是非有電池欠壓指示，因電池欠壓時儀器的準確度明顯變差對于交流供電的儀器要注意其電源電壓是否符合當地供電電源的要求靜電測量儀器的選用根據使用場所的要求選定在易燃易爆場所所用的儀器必須是防爆的，而且要注意其防爆等級，要看儀器上是否有防爆標志和防爆合格證編號靜電測量儀器每個單位根據自己實際情況選用所需測量儀器一般情況下選用以下兩種：防爆靜電電壓表與高阻高壓表本公司目前靜電放電控制情況公司員工對靜電放電控制的認識還不到位目前我們應該先建立ESD控制方案，后逐步完善ESD控制方案的制度公司應逐步購置靜電防護材料，建立合適的EPA保護區應將防靜電知識和措施作為全公司培訓的一項重要內容，讓每一員工