ESD培训之静电危害

1.静 电 的 三 种 危 害 方 式 ESD危 害 是 静 电 源 产 生 的 电 能 作 用 到 或 过 于 接 近 ESDS（ 静电 敏 感 元 器 件 ） 元 件 （ 或 整 机 设 备 ） 所 导 致 的 结 果 。 使 电子 器 件 性 能 退 化 或 功 能 失 效 。 1.1 吸 附 尘 埃 静 电 放 电 静 电 感 应 吸 附 尘 埃 静 电 吸 附 尘 埃 对 微 电 子 生 产 业 影 响 很 大 ， 在 现 代 大 规模 集 成 电 路 (LSI)生 产 中 ， 芯 片 的 线 宽 已 达 到 0.1m，如 果 其 产 生 静 电 则 对 几 几 十 微 米 的 尘 埃 吸 附 作 用 明显 。 纤 维 屑 与 灰 尘指 痕磁 头 磁 盘烟 尘 微 粒 2.5m实 际 悬 浮 高 度0.2 1m 磁 层 厚 度0.7 1.2m IC特 征 尺寸 1m微 粒5 6 m尘 埃 粒 度 与 IC芯 片间 距 比 较 示 意 图一 颗 直 径 几 微 米 尘 埃 吸 附 在 芯 片 上 ， 即 可 造 成 十 几 根 芯线 之 间 的 绝 缘 强 度 降 低 ， 造 成 短 路 使 芯 片 损 坏 。 当 帶 电 的 物 体 与 一 些 导 体 等 接 触 时 或 靠 得 很 近 时 ,电荷 会 找 到 一 条 途 径 突 然 释 放 掉 - 高 压 、 瞬 间1.2 静 电 放 电 大 约 2000V人 体 静 电 放 电 最 小 放 电 量 可 达 3.12 X 10 -4焦 耳瞬 间 的 放 电 电 流 峰 值 可 达 几 安 培 以 上 干 燥 600 1000V静电泄放途径导体（接地）我們在經受约3000伏的靜電電壓!如 果 这 条 “ 途 径 ” 是 半 导 体 电 路 ， 就 会 产 生 静 电 伤 害 1.3 静 电 感 应 当 导 体 和 电 介 质 置 于 静 电 场 中 ， 在 其 上 感 应 出 +或 -的 静 电 荷 。 静 电 感 应 电 位 可 达 数 千 伏 以 上 。其 危 害 不 仅 有 静 电 放 电 的 危 害 性 ， 而 其 感 应 放 电 产 生 的 宽频 带 脉 冲 干 扰 可 对 计 算 机 和 低 电 平 数 字 电 路 发 生 翻 转 效 应或 导 致 仪 器 （ 仪 表 ） 运 行 失 常 。目 前 ， 半 导 体 内 有 PN结 ， 它 的 介 电 层 SiO2， 膜 厚 度0.007 0.15 m， 再 考 虑 工 艺 偏 差 ， 能 承 受 的 耐 压 值 很 低 。目 前 ， 半 导 体 器 件 安 全 阀 门 限 电 压 100V。 2. ESD造 成 电 子 元 器 件 失 效 的 主 要 机 理 其 中 （ 1） （ 3） （ 5） 项 因 静 电 电 压 引 起 ， （ 2） （ 4） 由静 电 电 压 和 电 流 共 同 引 起 。(3) 介 质 击 穿(1) 热 二 次 击 穿(2) 金 属 镀 层 融 熔 (4) 表 面 击 穿 (5) 体 击 穿静 电 敏 感 器 件 包 括 ESDS组 件 或 整 机 被 ESD损 坏 ， 与 它 们 的 电 气和 接 地 连 接 无 关 ， ESDS组 件 和 整 机 通 常 与 它 们 包 含 的 最 敏 感的 ESDS元 器 件 一 样 敏 感 ， 虽 然 在 组 件 或 整 机 设 计 另 加 有 不 同程 度 的 保 护 电 路 ， 起 到 一 定 程 度 的 保 护 ， 但 仍 然 易 受 到 强 静电 电 场 或 带 有 静 电 物 体 直 接 接 触 引 起 的 感 应 ESD损 害 。 3.静 电 放 电 对 电 子 产 品 危 害 的 特 点 3.1 在 ESD对 电 子 产 品 损 害 中 ， 活 动 的 人 体 带 电是 一 个 重 要 的 原 因 。 在 一 般 情 况 下 ， 人 体 所 带 静 电 电 压 都在 1-2KV（ 详 见 典 型 的 静 电 压 产 生 强 度 表 ） 范 围 ， 而 在 此电 压 电 平 上 的 静 电 放 电 时 ， 人 体 一 般 无 直 观 察 觉 ， 而 接 触到 电 子 产 品 的 元 器 件 时 ， 却 在 人 们 不 知 不 觉 中 受 到 损 伤 。下 表 列 出 人 体 受 静 电 电 击 感 应 程 度 的 关 系 ， 从 而 进 一 步 认识 静 电 存 在 的 隐 蔽 性 。 隐 蔽 性潜 在 性 损 伤 的 随 机 性失 效 分 析 复 杂 性 人 体 带 电 和 电 击 感 应 程 度 的 关 系 人 体 带 电 电 位 电 击 感 应 强 度1.0 （ KV） 无 任 何 感 应2.0 （ KV） 手 指 外 侧 有 感 觉 但 不 痛 ， 发 生 微 弱 放 电 声2.5 （ KV） 放 电 部 分 有 针 刺 感 ， 有 微 颤 抖 感 但 不 痛3.0 （ KV） 有 象 针 刺 样 痛 感 ， 可 看 见 放 电 发 光4.0 （ KV） 手 指 有 微 痛 感 ， 好 象 用 针 深 深 地 刺 一 下5.0 （ KV） 手 掌 在 前 腕 有 电 击 的 痛 感 ， 由 指 尖 迅 速 放 电6.0 （ KV） 感 到 手 指 强 烈 疼 痛 ， 电 击 后 手 腕 有 沉 重 感7.0 （ KV） 手 指 手 掌 感 到 强 烈 疼 痛 ， 麻 木 感8.0 （ KV） 手 掌 至 前 腕 有 麻 木 感9.0 （ KV） 手 腕 感 到 强 烈 疼 痛 ， 手 麻 木 而 沉 重10.0 （ KV） 全 手 感 到 疼 痛 和 电 流 流 过 感11.0 （ KV） 手 指 感 到 强 烈 麻 木 ， 全 手 强 烈 触 电 感12.0 （ KV） 在 较 强 的 触 电 下 ， 全 手 指 有 被 打 的 感 觉 3.2 有 些 电 子 器 件 受 静 电 放 电 损 伤 后 ， 仅 表 现 出 某些 性 能 参 数 的 下 降 ， 但 未 达 到 安 全 失 效 程 度 ， 若 没 有 进 行 全面 地 检 测 往 往 无 法 发 现 。 如 有 的 IC在 静 电 放 电 损 伤 后 ， 仅 表现 出 输 入 电 流 增 加 ， 一 般 在 功 能 检 测 时 不 会 被 发 现 ， 或 者 静电 放 电 使 产 品 出 现 可 自 愈 的 击 穿 ， 或 者 其 他 非 致 命 的 损 害 。但 随 工 作 时 间 延 长 ， 这 种 效 应 在 累 加 继 续 使 用 下 ， 最 终 发 生致 命 失 效 。 3.3 只 要 静 电 敏 感 器 件 接 触 或 靠 近 超 过 其 静电 放 电 敏 感 阀 值 的 情 况 存 在 ， 就 有 可 能 发 生 静 电 放 电 损 害 。而 由 于 静 电 可 以 在 任 何 两 种 物 体 （ 包 括 操 作 者 的 人 体 ） 接 触 ，分 离 条 件 下 产 生 。 故 静 电 敏 感 器 件 的 静 电 放 电 损 伤 有 可 能 在产 品 从 进 料 、 加 工 、 制 造 到 使 用 维 护 的 任 何 环 节 。 任 何 一 个操 作 步 骤 ， 与 任 何 有 关 带 电 人 体 （ 或 物 体 ） 接 触 时 发 生 。 所以 静 电 放 电 损 伤 具 有 很 大 的 随 机 性 。 3.4 静 电 放 电 造 成 器 件 损 伤 ， 失 效 的 分 析工 作 非 常 困 难 。 目 前 电 子 器 件 均 为 精 细 微 小 的 组 装 结 构 ， 分析 失 效 原 因 需 要 有 一 套 高 精 密 的 仪 器 ， 其 次 为 静 电 损 伤 难 与其 它 原 因 造 成 的 损 伤 加 于 区 别 。 4.静 电 对 ESDS器 件 的 损 害 ， 可 归 纳 为 软 失 效 和 硬 失 效 软 失 效 a.间 歇 失 效 ： 某 些 ESDS器 件 （ 如 CPU或 EPROM） 受 到 静 电 放 电后 ， 产 生 存 储 信 息 的 丢 失 或 功 能 暂 时 变 坏 。 且 在 ESD发 生 后 重新 输 入 信 息 后 再 开 启 通 电 能 自 动 恢 复 正 常 运 行 。b.翻 转 失 效 ： 由 于 静 电 放 电 ， 产 生 电 气 噪 声 经 传 导 或 辐 射 到含 有 ESDS器 件 的 电 路 上 ， 当 ESD感 应 电 压 /或 电 流 超 过 的 信 号电 平 。 其 工 作 状 态 将 发 生 翻 转 硬 失 效 静 电 源 （ 如 人 体 或 物 体 放 电 、 静 电 场 或 静 电 高 压 尖 峰 放 电 ）放 电 ， 超 过 ESDS器 件 允 许 工 作 电 压 或 电 流 值 。 造 成 击 穿 或 烧毁 ， 使 ESDS器 件 内 部 开 路 或 短 路 产 生 完 全 失 效 。 电 压 击 穿 开 始 时 往 往 先 在某 一 电 压 下 在 介 质 个 别 点上 出 现 所 谓 网 点 击 穿 ， 以后 只 要 在 较 低 的 电 压 下 即可 出 现 大 片 区 域 的 雪 崩 式击 穿 ， 造 成 器 件 永 久 性 损毁 。 静 电 放 电 可 能 一 次 或 多 次 就 可 造 成 硬 失 效 。 或 者 ESDS器 件受 到 静 电 放 电 产 生 ， 一 定 程 度 损 害 后 再 经 过 一 段 时 间 的 工作 ， 其 功 能 进 一 步 退 化 。 最 终 遭 受 致 命 性 的 失 效 。 生 产 过 程 中 电 子 元 器 件 可 能 受 到 潜 在 的 ESD损 坏 ， 或 来 至我 们 所 使 用 的 工 具 ， 如 电 烙 铁 、 电 动 起 子 、 吸 锡 器 或 操 作没 有 接 地 的 仪 器 、 仪 表 时 产 生 的 尖 峰 电 脉 冲 时 对 静 电 敏 感器 件 的 损 害 ， 所 以 在 操 作 前 ， 需 要 仔 细 检 查 手 腕 带 ， 工 具和 测 试 的 “ 接 地 ” 状 况 ， 良 好 的 接 地 是 保 证 不 产 生 破 坏 性的 静 电 。 对 目 前 的 产 品 而 言 ， ESD比 几 年 前 严 重 的 多 。 在 将来 还 会 更 严 重 。 目 前 ， 工 具 或 测 试 仪 器 探 头 等 产 生 小 于0.5V的 电 压 和 脉 冲 是 可 以 接 受 的 。 如 果 使 用 大 量 高 敏 感 度的 元 器 件 。 则 要 求 电 烙 铁 、 吸 锡 器 等 工 具 和 测 试 仪 器 ， 其他 设 备 不 能 产 生 0.3V的 电 脉 冲 。 静 电 敏 感 电 子 器 件 是 组 装 整 机 的 “ 心 脏 ” ， 所 以 电 子 器件 的 可 靠 性 在 很 大 程 度 决 定 组 件 、 整 机 的 可 靠 性 。 这 就 是说 ， 电 子 组 件 、 整 机 仍 至 系 统 的 抗 静 电 能 力 ， 通 常 是 由 其内 部 IC芯 片 对 静 电 放 电 最 敏 感 （ 即 敏 感 电 压 阀 值 最 低 ） 的电 子 器 件 所 决 定 。 因 此 受 到 静 电 放 电 损 伤 ， 失 效 不 仅 是 元器 件 ， 还 包 括 组 件 及 整 机 。 在 产 品 的 生 产 全 过 程 均 受 到 静电 威 胁 。 随 着 计 算 机 等 电 子 产 品 广 泛 运 用 到 国 民 经 济 的 各 个 领 域 ，静 电 对 电 子 产 品 的 危 害 已 波 及 到 几 乎 所 有 的 经 济 部 门 和 领域 。 因 此 ， 静 电 的 危 害 不 仅 表 现 在 产 品 加 工 制 造 过 程 ， 而且 更 多 地 表 现 在 产 品 的 使 用 过 程 中 。 对 电 子 产 品 的 静 电 防护 已 越 过 电 子 生 产 工 厂 的 界 限 ， 而 成 为 各 方 面 广 泛 关 注 的问 题 。 日 本 NEC公 司 一 份 统 计 ， 每 年 因 静 电 损 坏 的 IC比 例 ： 5.静 电 放 电 产 生 电 磁 场 危 害 5.1 放 电 特 征快 速 ， 高 压 ， 高 场 强 ： 当 人 带 电 5KV与 金 属 接 地 体 （ 6cm长 8cm直 径 的 金 属 棒 ） 接 触 ， 放 电 时 间 0。 7MS当 电 弧 长度 为 0。 8mm， 距 电 弧 0。 1m处 ， 电 场 强 度 为 12KV/m，磁 场 强 度 为 30A/m， 在 同 样 的 放 电 电 压 下 ， 放 电 电 流 的 大小 随 电 弧 距 离 的 缩 短 急 剧 上 升 ， 电 流 上 升 的 速 度 从 3A/ms到 600A/ms放 电 瞬 间 足 于 将 ESDS器 件 内 部 引 线 烧 毁 5.2 静 电 放 电 的 辐 射 特 性静 电 放 电 的 物 理 过 程 非 常 复 杂 ， 在 放 电 前 是 静 电 场 ， 一 旦放 电 ， 电 场 能 量 就 主 要 转 化 为 脉 冲 磁 场 能 量 ， 形 成 极 强 的电 磁 能 量 向 外 辐 射 ， 且 距 离 相 当 远 。 因 此 非 直 接 的 ESD的损 害 ， 有 时 大 于 直 接 的 ESD的 损 害 ， 其 频 带 宽 度 3G H z， 电视 机 上 有 连 接 导 线 ， 就 会 感 应 出 很 大 的 瞬 态 电 流 ， 当 防 护不 适 当 时 ， 例 如 泄 放 电 阻 太 小 ， 就 会 造 成 瞬 间 放 电 电 流 大损 坏 元 器 件 外 ， 还 会 造 成 放 电 时 间 极 短 ， 并 在 放 电 点 附 近产 生 很 强 的 宽 带 电 磁 场 ， 对 元 器 件 同 样 会 产 生 感 应 破 坏 ，为 防 止 静 电 感 应 破 坏 ， 对 静 电 敏 感 的 电 子 组 件 应 考 虑 屏 蔽 ，所 以 防 静 电 ， 不 仅 在 操 作 台 工 作 时 做 好 防 静 电 ， 并 在 其 周围 也 应 防 静 电 放 电 产 生 。