在电子产品生产中静电的产生和防护
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【摘要】 本文阐述了静电的产生、静电的特点、静电在电子产品生产过程中对电子元器件的威胁以及在静电保护区域内释放静电的途径，按照国际电工协会测量相关防护用品的数据范围。
[关键词] ESD；静电防护；电子器件保护
中图分类号：G357.4 文献标识码：A
随着集成电路技术的迅速发展，生产规模的扩大和集成化程度的提高，静电（ESD）的危害越来越严重地影响到电子产品的质量和性能。静电损伤具有隐蔽性，据统计资料表明，受静电损伤的半导体中，仅有10%的产品可以由于完全失效而被检测出外，其余90%均不能被当时发现，但受静电损伤的电子器件从工作的稳定性和使用寿命上都有明显的下降，如手机会表现为经常出现死机、自动关机、语音质量差、信号时好时坏等现象。由于ESD的影响，在美国和英国，每年都会有几十亿元的损失，而在日本不合格的电子器件中有45%是由静电引起。由此可见，ESD对电子产品生产过程的重要性。
名词解释：
ESD：代表英文Electrostatic Discharge,即"静电放电"的意思。
EPA：代表英文Electrostatic Protection Area,即"静电防护区域"的意思。
静电的产生及危害
1. 静电产生的方式
静电是一种客观的自然现象，产生的方式多种，其主要方式为：
1.1一个带静电的物体接触另一个物体
1.2两种不同材质的物体相互摩擦或粘连在一起的两个不同材质的物体分离
1.3一个带静电的物体接近另一个物体等
2. 静电的特点
2.1高电压
人在活动的过程中，不可避免与其它物质接触，这个接触过程就会产生静电。
带电的方式服装上静电压（V）
穿皮鞋在普通水泥地面上行走(通常速度) l200~1500
穿塑料拖鞋在普通水泥地面上行走(通常速度) 2500~2600
在合成橡胶工作台面上伏案工作 750~2000
在人造革软椅上轻微晃动 1500~2800
在人造革软椅上滑移 1500~2800
从坐椅上突然站起 3800~4500
将外衣脱下 5000~7000
表2.1人体与其它材料接触时产生的静电电压
2.2 低电量
静电流多为微安级（尖端放电除外）
2.3 作用时间短
微秒级
2.4 受环境影响大
特别是湿度，湿度上升则静电积累减少，静电压下降。
静电的产生 静电电压
10%RH 40%RH 55%RH
人在地毯上行走 35000 15000 7500
人在塑料地板上行走 12000 5000 3000
坐在椅子上的人 12000 5000 3000
从包装箱上拿出泡沫 26000 20000 7000
无接地措施时人体的运动 6000 800 400
表2.2一般现象的静电值
3静电对电子产品的危害
3.1吸附尘埃
静电具有吸附性，可以吸附空气中的尘埃，尤其对几~几十微米的尘埃吸附作用十分明显。这种特性对微电子生产企业影响很大，因为在现代大规模集成电路（LSI)生产中，芯片的线宽已达到0.1微米，如果一颗直径几微米尘埃被吸附到芯片上，即可造成几十根芯线之间的绝缘强度降低，从而造成短路，使芯片损坏。
3.2静电放电
静电放电可使集成电路芯片介质击穿，芯线熔断，漏电流增大加速老化，电性能参数改变等等。静电放电对芯片损坏具有潜在性和缓慢失效性，这种情况危害性较大。
器件类型 实例 静电敏感度（单位kV）
MODFET 3CD、3DO系列 0.1-0.2
CMOS C000、CD400系列 0.25-2.0
S-TTL 54S、74S系列 0.38-7.0
表3.1一些器件的静电敏感度
3.3静电感应
静电感应不但具有静电放电的危害性，还会使元器件形成静电脉冲从而造成元器件的参数改变，甚至使栅极烧毁损坏
4. 静电防护
通过表2.1中静电电压和表3.1中电子器件耐压参数比较，我们不难发现静电对电子器件的危害是非常大，如果不加以防治，将会对产品质量产生极大威胁。在很多操作过程中，不产生静电是不可能的，关键在于如何对静电积累加以限制和采取有效措施使静电泄漏(耗散)。针对静电产生和危害，我们可以从以下几方面入手：
4.1、接地
将各种操作运行过程中产生的静电迅速接地是防止静电危害行之有效的方法。接地是在电子产品生产过程中释放静电的最主要的方法。通过导体将人体和设备上积累的静电电荷释放到大地，从而减少对电子器件的影响，提高产品质量。
4.1.1 人体接地
人体接地包括：静电腕带、静电服装、静电鞋帽等
在人体接地中，静电腕带是最直接和可靠的接地方式，因为静电腕带是腕带直接与人体皮肤接触，通过一个与导线相连接的一兆欧电阻再与大地接通，这样人体中存在的静电电荷可以无任何阻碍地释放到大地
4.1.2 防静电工作台
防静电工作台上的物品，必须通过接地导线或静电耗散材料与大地连接。工作台上物品包括：防静电桌垫、腕带接头、工装夹具、工具、防静电塑料袋、托盘等。其中所有电器工具必须通过接地线与电源地线良好连接，非电器设备必须由静电耗散材料制作，并通过标准地线与接地网引出地线连接。腕带接头应不少于两个，一个供操作人员使用，另一个供技术人员、检验人员或其它人员使用。静电安全工作台上不允许堆放塑料盒(片)、橡皮、纸板、玻璃等易产生静电的杂物，图纸资料等应装入防静电文件袋内。
4.1.3 接地网
防静电地面必须通过铜网与地线良好连接，地线应与地网连接牢固。
4.1.4 其它
在防静电区域内的其它物品，必须由导电材料或静电耗散材料制作，并通过静电地面接地，如材料托盘和运料车等。
4.2 中和
静电中和是消除静电的重要措施之一。在某些场合，当不便使用 ESD 防护材料时，或必须将某些高绝缘易产生静电的用品存放在工作台或工艺线上时，为了保证产品质量就必须对操作环境采取静电中和措施。静电中和是借助离子静电消除器或感应式静电刷来实现的
产生正负离子的装置叫离子静电消除器，其种类很多，有高压式，同位素式，离子流式等。
4.3 屏蔽
静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元器件的影响。最常用的方法是用静电防护袋、静电遮蔽袋作为保护用品。防静电袋，不可使用在EPA外。
4.4、增湿除尘
湿度增加则非导体材料的表面电导率增加，使物体积蓄的静电荷可以更快泄漏。
通过表2.2中的数据，我们发现相对湿度越高，同等条件下的静电电压越低。所以在电子产品生产过程中湿度控制非常重要。根据电子生产厂要求，一般湿度保持在40%~60%范围。
由于电子元器件集成度越来越高，管脚的距离越来越小，微小的粉尘就会造成严重的后果，所以在电子产品生产过程中洁净度控制同样非常重要。ISO14644-1根据不同产品的电子企业提出了洁净度的相关要求，生产企业可根据自身生产的产品，通过选择通风空调过滤器的级别来进行洁净度控制，以达到减少粉尘对产品质量影响的目的。
4.5 EPA设置
进入EPA必须经过静电综合测试仪检测，测量合格后方可进入。所有进入该区域的物品，都必须符合相关静电防护规定。
5、静电防护材料的检测
在实际现场检测中，应依据ANSI/ESD-S20.20-1999提供的方式进行现场检测，并将检测记录与ANSI/ESD提供的建议范围进行比较，以确保我们的防护用具达到保护电子元器件的目的。如检测数据接近临界值时，为确保产品质量，应及时更换防护用具。
参考文献
【1】防静电国际标准_ESD-S20[1][1].20-1999
【2】孙延林.电子工业静电防护指南[M].电子工业出版社，2006.
【3】空气洁净度分级ISO14644-1