居宇鴻

（蘇州工業(yè)園區(qū)工業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 南京 210000）

一、ESD的危害

1.1 ESD的概念

靜電釋放（ESD）是一種由靜電源產(chǎn)生的電能進入電子組件后迅速放電的現(xiàn)象。當(dāng)電能與靜電敏感元件接觸或接近時會對元件造成損傷。

1.2 ESDS的概念

靜電敏感（ESDS）元件就是容易受此類高能放電影響的元件。元件對ESD的敏感程度取決于其材料及構(gòu)造。元件越小，運算速度越快，就越為敏感。

1.3 ESDS元件失效的形式

ESDS元件會因不正確的操作或處理而失效或發(fā)生元件性能的改變。這種失效可分為即時和延時兩種，即時失效可以重新測試、修理或報廢；而延時失效的結(jié)果卻嚴(yán)重的多，即使產(chǎn)品通過了所有的檢驗與測試，仍有可能在送到客戶手中后失效。所以對ESDS元件進行電路保護性設(shè)計和包裝是很重要的。在生產(chǎn)區(qū)域，一些接觸ESDS元件的操作不能使用未經(jīng)保護的電子組件（如測試夾具）。ESDS元件只有在靜電防護區(qū)（EPA）內(nèi)的 EOS/ESD安全工作臺上才可以從防靜電包中取出。最好的ESD損害的防護是將防止靜電的生成和消除生成的靜電兩者結(jié)合起來。所有的ESD防護技術(shù)和產(chǎn)品的原理都是基于以上兩者或其中之一。

表1 典型的靜電源

二、ESD的成因

ESD損害是靜電源產(chǎn)生的電能作用到或過于接近ESDS元件或設(shè)備所導(dǎo)致的結(jié)果。靜電源在我們周圍隨處可見。生成靜電的強度取決于其特性。某些動作容易產(chǎn)生靜電能，如：接觸、分離、摩擦材料等。

大多數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重靜電故障隱患的是絕緣材料，因為他們集中了電能而不是將電能從材料表面釋放掉（見表1）。一般的材料如塑料袋或聚苯乙烯泡沫塑料容器是嚴(yán)重的靜電源，它們不允許在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，尤其是靜電安全區(qū)/靜電防護區(qū)（EPA）內(nèi)使用。撕扯膠帶的動作能產(chǎn)生20000伏的電壓。甚至壓縮空氣沖擊絕緣表面時也會產(chǎn)生靜電。

表2 典型的靜電壓生成強度

破壞性的靜電常常由附近的導(dǎo)體引發(fā)，如人體皮膚，并釋放到組件的導(dǎo)體上。當(dāng)攜帶靜電荷的人體接觸印板組件時就會發(fā)生以上情況。電子組件會被通過導(dǎo)體媒介ESDS元件的靜電釋放破壞。遠低于人體能夠感覺到的最低的靜電釋放（小于3500伏）仍能對ESDS元件造成損害。典型的靜電壓生成強度如表2。

三、ESD損害的防護

3.1 警告標(biāo)識

警告標(biāo)識可張貼、懸掛、安放于廠房、設(shè)備、組件和包裝上，用以提醒人員注意操作時造成的靜電釋放或電氣過載損害的可能性。圖1列舉了較常見的標(biāo)識。

標(biāo)識（1）ESD敏感符號。三角形內(nèi)有一斜杠跨越的手。用于表示容易受到ESD損害電子電氣設(shè)備或組件。標(biāo)識（2）ESD防護符號。它與ESD敏感符號的不同在于有一圓弧包圍著三角形，而沒有一斜杠跨越手。它用于表示被設(shè)計為對ESD敏感組件和設(shè)備提供ESD防護的器具。標(biāo)識（1）和（2）用于標(biāo)識對ESD敏感或具有ESD防護功能的設(shè)備、組件或容器，對其應(yīng)進行相應(yīng)的處理。沒有ESD警告標(biāo)識未必意味著該組件不是ESD敏感的。當(dāng)質(zhì)疑一組件的靜電敏感性而定論時，必須將其作為靜電敏感組件處理。

圖2

3.2 防護材料

當(dāng)在非靜電安全環(huán)境或工作區(qū)別，必須采取措施防止ESDS元件受到靜電的傷害。因此可以使用靜電屏蔽料盒、包裝等方式。只有在靜電安全工作區(qū)，才可以將ESDS器件從其靜電防護包裝中取出。

了解三種不同類型的防護包裝的區(qū)別是很重要的：靜電屏蔽（或阻擋層包裝）材料；抗靜電材料；靜電消散材料。靜電屏蔽材料可防止靜電釋放穿透包裝進入組件引起的損害。

抗靜電材料可作為ESDS器件廉價的中轉(zhuǎn)包裝或暫存使用?？轨o電材料在使用中不產(chǎn)生電荷。但是，如果發(fā)生了靜電釋放，它能穿透包裝進入組件，導(dǎo)致ESDS元件的ESD損害。

靜電消散材料具有足夠的傳導(dǎo)性，使電荷能通過其表面消散。離開EOS/ESD防護工作區(qū)域的部件必須使用靜電屏蔽材料包裝，在其材料內(nèi)部通常也有靜電消散材料和抗靜電材料。

不要被包裝材料的“顏色”誤導(dǎo)。一般來說“黑色”包裝是靜電屏蔽的，而“粉紅色”是抗靜電的。盡管這通常是正確的，但也可能起誤導(dǎo)作用。另外，現(xiàn)在市場上有許多新型的透明材料，他們可能是抗靜電甚至靜電屏蔽的。同時，也有可能有些在生產(chǎn)中使用的透明材料可能會引起ESD損害。因此，目前“顏色”不再是絕對的判斷條件了。

注意：一些靜電屏蔽材料和抗靜電材料，以及一些防靜電措施可能會影響組件、元件和材料在使用中的可焊性和工藝性能。選擇對產(chǎn)品無影響的包裝和材料操作，并遵循其供應(yīng)商的指導(dǎo)使用。使用可溶性清潔劑清潔靜電消散或抗靜電材料表面會降低它們的ESD防護性能。因此要遵循制造商的建議進行清潔。

表3 防靜電安全操作的最大接地電阻和放電時間

3.3 防靜電工作臺

防靜電工作臺能防止在操作時尖峰脈沖和靜電釋放對于敏感元件的損害。為了ESD防護，必須提供一個靜電接地的路徑，否則就可能在設(shè)備或組件上產(chǎn)生靜電釋放。ESD安全工作站/EPA具有接地的靜電消散或抗靜電工作臺面。對于操作人員的皮膚也應(yīng)有相應(yīng)的接地方法，用于消除皮膚或衣物產(chǎn)生的靜電，防止電腕帶是較好的選擇。

在接地系統(tǒng)中必須采取措施，用于防止操作失誤或設(shè)備故障時產(chǎn)生的電流對于操作人員的人身傷害。在接地路徑中接有電阻，它可減慢放電速度，防止ESD發(fā)生源產(chǎn)生電火花。另外，必須調(diào)查所使用的電壓，在工作臺提供的對于人員電氣傷害的防護。

防靜電安全操作的最大接地電阻和放電時間，見表3。

可接受的工作臺示例如圖2。如有需要，可在某些高敏感度的場合使用空氣離子發(fā)生器。離子發(fā)生器的選擇、安裝和使用必須保證其使用效果的正常。

工作臺應(yīng)杜絕靜電荷生成材料，如聚苯乙烯泡沫塑料、塑料焊錫去除器、紙質(zhì)保護袋、塑料或紙質(zhì)的筆記本或物件夾、以及員工個人物品。

定期檢查工作臺/EPA，以保證其有效性。ESD的各種危害可能因不正確的接地方式或接地部位氧化造成。必須定期檢查和保養(yǎng)工具設(shè)備以保證其正常使用。

[1]崔強.集成電路中ESD防護研究 [D].浙江大學(xué)，2008.

[2]苗萌.ESD防護設(shè)計的若干問題研究[D].浙江大學(xué)，2012.

[3]徐金華.ESD防護控制的一些看法[J].艦船電子工程，2005，（5）：33-37.