静电放电(ESD)防护

静电放电（ESD）防护简述

2015.9.30

一、静电的产生

静电放电是一种客观的自然现象，产生的方式有：摩擦起电、离子溅射（单一极性）、接触充电、感应或极化，及其他如：剥离，破裂，点解，压电，热电等。

人体自身的动作或其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。

静电在多个领域造成严重危害，摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害。

1、摩擦起电

哪里有移动，哪里就有静电。人的走动，物料周转，甚至是空气、水流动，都会产生摩擦静电。

当液体、固体和气体颗粒接触又分离，起电量受“接触紧密度”，“分离速度”，“摩擦运

2、接触充电

带电物体通过接触将电荷传导给未带电物体。带电绝缘体仅能从较小面积释放电荷，而带电导体能释放大量电荷给另一导体。

二、静电放电模型

因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，经过统计，ESD放电模型分四类：人体放电模式、机器放电模式、组件充电模式、电场感应模式。

1、人体放电模式（Human-Body Model,HBM）

人体放电模式（HBM）的ESD是指因人体在地上走动摩擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去触碰到IC时，人体上的静电便会经由IC的脚（pin）而进入IC内，再经由IC放电到地去。此放电的过程会在短到几百毫秒（ns）的时间内产生数安培的瞬间放电电流。此电流会把IC内的组件给烧毁，对于一般商用IC的2-KV ESD放电电压而言，其瞬间放电电流的尖峰值大约是1.33A。

有关于HBM的ESD已有工业测试的标准，表是国际电子工业标准（EIA/JEDEC STANDARD）

2、机器放电模式（Machine Model,MM）

机器放电模式（MM）的ESD是指机器（例如机械手臂）本身累积了静电，当此机器去触碰到IC时，该静电便经由IC的pin放电。因为机器是金属，其等效电阻为0欧姆，其等效电容为200pF。由于机器放电模式的等效电阻为0，故其放电的过程更短，在几毫微秒到几十毫微秒之内会有数安培的瞬间放电电流产生。

3、组件充电模式（Charged-Device Model,CDM）

此放电模式是指IC先因摩擦或其它因素而在IC内部累积了静电，但在静电累积的过程中IC并未损伤。此带有静电的IC在处理过程中，当其pin去碰触到接地面时，IC内部的静电便会经由pin自IC内部流出来，而造成了放电的现象。此种模式的放电时间更短，仅约

CDM模式ESD

（1）IC自IC管中滑出后，带电的IC脚接触到地面而形成放电现象；

（2）IC自IC管中滑出后，IC脚朝上，但经由接地的金属工具而放电。

IC内部累积的静电会因IC组件本身对地的等效电容而变，IC摆放角度与位置以及IC所用包装型式都会造成不同的等效电容。此电容值会导致不同的静电电量累积于IC内部。

在三种静电放电模式中，CDM的损害最大，前期工厂主要对人体进行静电防护（HBM），现在应该转移到对来料、转运、出货等的包装方式上来，首要关注重点在CDM上，其次对测试环节使用的设备、烙铁的管理控制（MM）。

高静电敏感器件失效原因中，ESD/EOS排首位，占59%的比例。而是ESD还是EOS，可以进行区分，但需要进行一系列极端实验，成本高，一般不采用。ESD问题集中体现为晶体管损伤，EOS问题集中体现在电路过载。

ESD损害的特点：隐蔽性（不可视性）、潜在性和累积性、随机性、复杂性。对静电累积进行排查，需要借助ESD相关设备，进行数据提取用于分析，并确认防护重点。

三、静电控制和防护措施

1、ESD防护系统的构成

（1）“硬件”系统：防静电装备、防静电材料、测试检测仪器设备

（2）“软件”系统：组织体系、规范制度、技术标准、培训考核、内审检查

2、静电防护的基本技术手段

生产过程中静电防护的主要措施为：等电位连接、接地、静电中和、静电屏蔽、增湿、材料控制、人体静电控制、设计ESD保护等。

（1）等电位连接

原理：让可能接触敏感器件的表面处于等电势，避免静电放电发生。

做法：所有可能接触器件的物体使用并联连接（共同连接点）。

（2）接地

基本原理：将静电通过接地线或接地装置传导泄放到大地。

接地类型：硬接地：直接接地或通过低阻抗同大地相连；软接地：通过足够的阻抗接地，从而把电流限制在人体安全范围（一般为5mA）下。

接地要求：仪器、金属体等必须连接到公共接地点上；接地线应采用黄绿色或黄色线；鳄鱼夹接地是不能被采用的；电批、电烙铁必须加强接地。

原理：将产生的静电通过接地线泄放到大地，避免静电累积，从而避免静电放电。

做法：在工厂建立静电接地系统，使用导电和耗散材料，硬接地与软接地并用，硬接地电阻需小于1欧姆，软接地电阻需小于1*109欧姆。

静电接地两种做法：单独连线接地、设备安全保护地接地，优先选择后者。若使用单独的接地线要与设备安全接地导通。

（3）静电中和（离子设备）

原理：电离空气产生正负离子，中和产生的静电荷。

做法：有源静电消除器，AC，Steady DC，Pulse DC；无源静电消除器，安全，但是残余电压高；放射性静电消除器。