靜電感應與靜電放電

兩個具有不同靜電電位的物體，由於直接接觸或靜電場感應引起兩物體間的靜電電荷的轉移。靜電電場的能量達到一定程度後，擊穿其間介質而進行放電的現象就是靜電放電。

基本介紹

• 中文名：靜電感應與靜電放電
• 外文名：ESD
• 測試標準：±15kV ESD人體模式測試標準
• 類別：科技

介紹

在靜電場影響下引起導體電荷，重新分布的現象。即在某帶電體電場的作用下，導體中的自由電子進行重新分布，使導體內的電場跟著變化，直至強度減小到零為止。結果靠近帶電體的一端出現與帶電體所載電荷相異的電荷(束縛電荷)，另一端則出現與帶電體相同號的電荷(自由電荷)。如果導體原來不帶電，則兩端帶電的數量相等；如果原來已經帶電，則兩端電量的代數和應與該導體原來所帶的電量相同。見圖1。

靜電感應與靜電放電(ESD)

靜電感應與靜電放電(ESD)

兩個具有不同靜電電位的物體，由於直接接觸或靜電場感應引起兩物體間的靜電電荷的轉移。靜電電場的能量達到一定程度後，擊穿其間介質而進行放電的現象就是靜電放電。

靜電的產生

（1）摩擦：在日常生活中，任何兩個不同材質的物體接觸後再分離，即可產生靜電，而產生靜電的最普

靜電感應與靜電放電(ESD)通方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易是使用摩擦生電。另外，任何兩種不同物質的物體接觸後再分離，也能產生靜電；。

靜電感應與靜電放電(ESD)

（2）感應：針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如將其置於一電場中，由於同性相斥，異性相吸，正負離子就會轉移。

（3）傳導：針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如與帶電物體接觸，將發生電荷轉移。

靜電的影響

積體電路元器件的線路縮小，耐壓降低，線路面積減小，使得器件耐靜電衝擊能力的減弱，靜電電場（Static Electric Field）和靜電電流（ESDcurrent）成為這些高密度元器件的致命殺手。同時大量的塑膠製品等高絕緣材料的普遍套用，導致產生靜電的機會大增。日常生活中如走動，空氣流動，搬運等都能產生靜電。人們一般認為只有CMOS類的晶片才對靜電敏感，實際上，集成度高的元器件電路都很敏感。

（1） 靜電對電子元件的影響

1）靜電吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產品的功能與壽命。

靜電感應與靜電放電(ESD)

靜電感應與靜電放電(ESD)

2）因電場或電流破壞元件的絕緣或導體，使元件不能工作（完全破壞）。

3）因瞬間的電場或電流產生的熱，元件受傷，仍能工作，壽命受損。

（2）靜電損傷的特點：

1）隱蔽性人體不能直接感知靜電，除非發生靜電放電，但發生靜電放電，人體也不一定能有電擊的感覺。這是因為人體感知的靜電放電電壓為2-3KV。

2）潛伏性有些電子元器件受到靜電損傷後性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給器件造成內傷而形成隱患，而且增加了器件對靜電的敏感性。已產生的問題並無任何方法可治癒。

3）隨機性電子元件什麼情況下會遭受到靜電破壞呢？可以這么說，從一個元件生產後一直到它損壞以前所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產生也具有隨機性。由於靜電的產生和放電都是瞬間發生的，及難預測和防護。

4）複雜性靜電放電損傷分板工作，因電子產品的精細，微小的結構特點而費時、費事、費錢，要求較複雜的技術往往需要使用掃描電鏡等精密儀器，即使如此有些靜電損傷現象也 難以與其他原因造成的損傷加以區別，使人誤把靜電損傷失效當作其它失效，這是對靜電放電損害未充分認識之前，常常歸咎於早期失效或情況不明的失效 ，從而不自覺的掩蓋了失效的真正原因。

5）嚴重性ESD問題表面上看來只影響了製成品的用家，但實際上亦影響了各層次的製造商，如：保用費、維修及公司的聲譽等等。

ESD三種型式

（1）人體型式即指當人體活動時身體和衣服之間的摩擦產生摩擦電荷。當人們手持ESD敏感的裝置而不先拽放電荷到地，摩擦電荷將會移向ESD敏感的裝置而造成損壞。

（2）微電子器件帶電型式既指這些ESD敏感的裝置，尤其對朔料件，當在自動化生產過程中，會產生摩擦電荷，而這些摩擦電荷通過低電阻的線路非常迅速地瀉放到高度導電的牢固接地表面，因此造成損壞；或者通過感應使ESD敏感的裝置的金屬部分帶電而造成損壞。

（3）場感類型式即有強電場圍繞，這可能來之於塑性材料或人的衣服，會發生電子轉化跨過氧化層。若電位差超過氧化層的介電常數，側會產生電弧以破壞氧化層，其結果為短路。其它還有：機器模式、場增強模型、人體金屬模型、電容耦合模型、懸浮器件模型。

ESD的危害

ESD基本上可以分為三種類型，一是各種機器引起的ESD，二是家俱移動或設備移動引起的ESD，三是。這三種ESD對於半導體器件的生產和電子產品的生產都非常重要。電子產品在使用過程最容易受到人體接觸或設備移動引起的ESD的損壞，攜帶型電子產品尤其容易受到人體接觸產生的ESD的損壞。在一般情況下ESD會損壞與之相連的接口器件，另一種情況是遭受ESD衝擊後的器件可能不會立即損壞，而是性能下降導致產品過早出現故障。

當積體電路（IC）經受ESD時，放電迴路的電阻通常都很小，無法限制放電電流。例如將帶靜電的電纜插到電路接口上時，放電迴路的電阻幾乎為零，造成高達數十安培的瞬間放電尖峰電流，流入相應的IC管腳。瞬間大電流會嚴重損傷IC，局部發熱的熱量甚至會融化矽片管芯。ESD對IC的損傷還包括內部金屬連線被燒斷，鈍化層受到破壞，電晶體單元被燒壞。

ESD還會引起IC的死鎖（LATCHUP）。這種效應和CMOS器件內部的類似可控矽的結構單元被激活有關。高電壓可激活這些結構，形成大電流信道，一般是從VCC到地。串列接口器件的死鎖電流可高達1A。死鎖電流會

靜電感應與靜電放電(ESD)一直保持，直到器件被斷電。不過到那時，IC通常早已因過熱而燒毀了。

靜電感應與靜電放電(ESD)

ESD衝擊後可能存在兩個不易被發現的問題，一般用戶和IEC測試機構使用傳統的“環路反饋方法”和“插入方法”進行測試，通常檢測不出這兩個問題。

一個問題是RS-232接口電路中接收器對傳送器產生交叉串擾。同類產品RS-232接口電路中的ESD保護結構可能對某種波形的ESD或某個ESD衝擊電壓失效，經過ESD衝擊後在接收器輸入端和傳送器輸出端之間形成通路，從而導致接收器對傳送器產生交調。如果RS-232接口電路中有關斷電路，那么關斷期間經過ESD衝擊後更容易產生交調。產生交調後將導致通信失敗，而且即使關斷工作狀態下傳送器仍有輸出，導致關斷失效，使對方RS-232處在接收狀態。

另一個問題是RS-232接口電路對電源產生反向驅動。某些RS-232接口電路中的ESD保護結構經過ESD衝擊後可能在輸入端與供電電源VCC之間形成電流通路，對供電電源產生反向驅動。如果供電電源沒有吸入電流的能力（通常來講電源輸出迴路里有一個正向二極體），這將導致電源電壓VCC上升，從而損壞RS-232接口電路和系統內的其它電路。因為RS-232接口電路輸入端的電壓在5V到25V之間，使VCC有可能高於9V，超出電源電壓的最大範圍而燒壞電路。

網路傳輸影響

引起網路反應遲鈍現象的原因有多種，但有一種因素往往不大引人注意，那就是靜電感應；由於靜電感應不起眼，大家在排除故障的過程中常常會忽視它，殊不知感應靜電既能使網卡無故“罷工”，又能影響網路信號的正常傳輸。因此我們在上網過程中，不但要想辦法避免感應靜電對網路傳輸帶來故障，而且還必須及時採取措施來應對由靜電感應引發的網路故障。

（1）靜電感應導致網卡無故罷工

有時打開網路連線視窗，會看到其中的本地連線圖示始終為灰色不可設定狀態，即使將網卡換插到另外一個插槽中，故障現象仍然存在。要是確認網卡發生了硬體性損壞的話，那唯一的解決辦法就是重新更換新的網卡；倘若我們無法確認網卡自身是否已經損壞時，那可以考慮對網卡表面進行一下清理，畢竟網卡長期在空氣濕度較大的環境中工作的話，空氣中的水分與灰塵會混合堆積在網卡表面，從而會引發靜電感應故障。

一旦遇到網卡無緣無故罷工時，在排除網卡自身硬體故障因素後，我們可以將網卡從主機板插槽中拔出來，並用柔軟細刷清潔掉覆蓋在其表面的灰塵，再用橡皮擦將網卡金手指表面的污物清潔乾淨，最後也不要忘記對主機板插槽中的各種污物進行一下清潔。相信這樣的清潔工作，多半能使網卡工作狀態恢復正常。

（2）靜電感應影響網路信號傳輸

在使用ADSL寬頻進行撥接時，也許在起初撥接速度比較快，但用了一段時間之後，我們或許會明顯感覺到撥號速度變慢了，而且發現網路反應明顯遲鈍了。遇到了這樣的故障現象時，我們首先應該檢查一下ADSL自身是否存在硬體故障，在排除了這一因素後，那多半是計算機的靜電感應現象在“作祟”。此時，我們不妨用手觸摸一下計算機機箱的外殼，要是明顯有刺手感覺的話，那就能證明網路傳輸緩慢故障就是由感應靜電引起的；要消除這樣的故障現象，我們只要找來一根可以導電的金屬銅絲，將其一端與計算機機箱連線，另外一端與插入到地面中的鋼管或鐵片連線，這樣一來計算機中的靜電感應現象就會被徹底解決了。

（3）預防靜電感應帶來網路故障

靜電感應現象可謂無處不在，要是我們平時不注意預防的話，它會在悄無聲息中影響我們的正常上網，嚴重的話還能損壞計算機的核心配件。為了讓網路連線遠離感應靜電的襲擊，我們可以採取下面的一些措施來預防：

1）使用禁止性能好的線纜

由於上網信號需要通過網路連線線纜進行傳輸，要是線纜自身禁止靜電干擾的能力不強時，那么網路信號的傳輸速度以及穩定性自然會受到影響，因此選用質量好的、禁止性強的網路連線線纜是保證網路連線遠離靜電襲擊的重要環節之一！

2）控制好上網環境的濕度

要是上網環境中的空氣過度乾燥或過度潮濕，都很容易引起靜電積累，最終產生靜電感應現象。因此當感覺到空氣過度潮濕的話，可以嘗試移動上網位置，確保計算機能處於空氣流通並有光照的位置處，或者可以使用專業的空氣抽濕器來降低空氣濕度；要是感覺空氣過度乾燥的話，可以嘗試在工作環境中放上一小桶水，在條件允許的情況下可以使用空氣加濕器來補償空氣水分的不足。

3）巧妙將潛在靜電釋放掉

我們在進行上網操作時，如果身穿羊毛衫這樣的毛料衣服時，人體就很容易存在潛在靜電，這些靜電不被及時釋放掉的話，會在無意識中影響上網效率。釋放人體潛在靜電時，只需要將手摸一下身邊的接地金屬物，例如窗戶框線或自來水管道等。

防護的措施

（1）接地

接地就是直接將靜電過一條線的連線泄放到大地，這是防靜電措施中最直接最有效的，對於導體通常用接地的方法，如人工帶防靜電手腕帶及工作檯面接地等。接地通過以下方法實施：

1）人體通過手腕帶接地。

2）人體通過防靜電鞋（或鞋帶）和防靜電地板接地。

3）工作檯面接地。

4）測試儀器，工具夾，烙鐵接地。

5）防靜電地板，地墊接地。

6）防靜電轉運車，箱，架儘可能接地。

7）防靜電椅接地。

（2）靜電禁止

靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露於有靜電的區域中，用靜電禁止的方法可削弱外界靜電對電子元件的影響，最通常的方法是用靜電禁止袋和防靜電周轉箱作為保護。另外防靜電衣對人體的衣服具有一定的禁止作用。

（3）離子中和

絕緣體往往是易產生靜電，對絕緣體靜電的消除，用接地方法是無效的，通常採用的方法是離子中和（部分採用禁止），即在工作環境中用離子風機等，提供一等電位的工作區域。

因此在防靜電材料和防靜電設施中，均是按這三種方式派生出來的產品，可分為防靜電儀表，接地系統類防靜電產品，禁止類防靜電包裝，運輸及儲存防靜電材料，中和類靜電消除設備，以及其它防靜電用品。

1）防靜電儀表

·手腕帶/腳帶/防靜電鞋綜合檢測儀－用途：用於檢測手腕帶，腳帶，防靜電鞋是否符合要求。

·測試腳帶 及防靜電鞋時，需增加一塊金屬板及儀表連線的導線。

·除靜電離子風機檢測儀－用途：定期對離子風機平衡度和衰減時間進行檢測及校驗以確保離子風機工作在安全的指標範圍。

·靜電場探測儀－用途：測量靜電場以反映靜電的存在，以電壓形式讀數，用來測試環境的靜電強度。一般受環境影響和靜電瞬間特性，很難真實反映實際情況。

·靜電禁止袋測試儀－用途：用於檢測靜電禁止袋的禁止效果。

·表面電阻測量儀－用途：用於測量材料表面電阻，體積電阻。

2）接地類防靜電產品

·防靜電手腕帶：廣泛用於各種操作工位，手腕帶種類很多，建議一般採用配有1兆歐姆電阻的手腕帶，線長應留有一定餘量。

·防靜電手錶：需要其它防靜電措施的補救（如：增設離子風機，戴防靜電腳跟帶等）才能取得較好的防靜電效果。建議不要大量採用佩帶防靜電手錶的方式。

·防靜電腳帶/防靜電鞋：廠房使用防靜電地面後，應配戴防靜電鞋帶或穿防靜電鞋，建議車間以穿防靜電鞋為主，可降低灰塵的引入。操作人員工再結合配帶防靜電手腕帶效果將會更佳。

·防靜電台墊：用於各工作檯表面的鋪設，各台墊串上1兆歐電阻後與防靜電地可靠連線。

·防靜電地板：

防靜電地板分為：PVC地板、聚胺脂地板、活動地板。

防靜電蠟和防靜電油漆：防靜電蠟可用於各種地板表面增加防靜電功能及使地板更加明亮乾淨

防靜電油漆可用於各種地板表面，也可塗於各種貨架，周轉箱等容器上。

靜電感應與靜電放電(ESD)

靜電感應與靜電放電(ESD)

3）禁止類防靜電包裝運輸及儲存材料

·防靜電周轉箱、防靜電元件盒：用於車間單板和部件的周轉，運輸及儲存。

·防靜電禁止袋：用於單板和部件的包裝、運輸和儲存，具有一定的防潮效果。

·防靜電膠帶：用於各種包裝箱等

·防靜電IC料條及IC托盤：用於生產車間ic元器件的儲存、搬運。禁止在使用前，露天存放IC；或拆開包裝運輸。

·防靜電貨架、手推車及工作檯：防靜電貨架、手推車廣泛用於電子裝配車間的單板、部件的周轉，搬運等。防靜電貨架及工作檯要有防靜地連線，手推車上的防靜電墊應有金屬鏈與防靜電地接觸

·防靜電工作服工作鞋：在具有靜電敏感元器件，具有一定潔淨度要求的加工車間，一般應嚴格要求員工穿戴防靜電工作服工作鞋

·防靜電手指套：如操作工位員工需經常手拿工件或靜電敏感元器件時，有必要戴防靜電手指套。

4）中和類設備

離子風機、風槍

防靜電要求

（1）防靜電的常規工藝規程要求：

1）操作者必須戴有線防靜電手腕

2）涉及到操作靜電敏感器件的桌台面須採用防靜電台墊

3）ESD敏感型器件必須用靜電禁止與防靜電器具轉運。

4）準備開封、測試靜電敏感器件時必須在防靜電工作檯上進行，有條件的可配用離子空氣發生器清除空氣中的電荷

5）組裝所用的焊接設備及成形工裝設備都必須接地，焊接工具使用內熱式烙鐵，接地要良好，接地電阻要小

6）電源供電系統要改裝用變壓器進行隔離，地線要可靠，防止懸浮地線，接地電阻小於10歐姆

7）產品測試時，在電源接通的情況下，不能隨意插拔器件，必須在關掉電源的情況下插拔。

8）凡ESD敏感型器件不應過早地拿出原封裝，要正確按操作，儘量不能摸ESD敏感型器件管腿。

9）用波峰焊接時，焊料和傳遞系統必須接地。

（2）在防靜電要求嚴格的場合，下列防靜電工藝要求也是常常需要的。

1）凡ESD敏感型整機進行高低溫試驗或老化試驗時，必須先對工作場地及高低溫箱進行靜電位測試，其電位不能超過安全值，否則，要進行靜電消除處理。

2）焊接好的印製電路板要作三防處理時，也要採用防靜電措施。不要用一般的刷光，超音波清洗或噴洗。

3）調試、測量、檢驗時所用的低阻儀器、設備（如訊號、電橋等）應在ESD敏感型器件接上電源後，方可接到ESD敏感型器件的輸入端。

4）在ESD敏感型 測試儀器生產線上，應嚴格使用靜電電位測試監視靜電電位的變化情況，以便及時採取靜電消除措施。

ESD保護

歐洲共同體所規定的ESD保護有嚴格的測試標準：±15kV ESD人體模式測試標準；±8kV ESD IEC 1000-4-2接觸放電模式測試標準；±15kV ESD IEC 1000-4-2空氣間隙放電模式測試標準；±4kV ESD IEC 1000-4-4電氣快速瞬變/猝發模式測試標準。其中，IEC 1000-4-2與±15kV人體模式測試標準之間的主要差別在於峰值電流；相同電壓下，IEC 1000-4-2衝擊的吸收電流要比人體模式高出5倍以上。±4kV ESD IEC 1000-4-4電氣快速瞬變/猝發模式測試標準是仿真產生開關和繼電器的電弧放電結果。