静电危害及防护

静电危害及防护

摘要：为了避免静电在电子产品生产中的不良影响，在分析静电产生的原因及造成的危害的基础上，从导电体、绝缘体两个方面，有针对性地采取接地、静电屏蔽、离子中和等静电防护方法，有效地降低了电子产品的不良率及失效率，提高了电子部件质量。实践操作证明，静电对电子产品的损害可通过科学的操作方法、严格的管理制度消除。

关键词：元器件与应用；失效模式；效果分析；静电防护

0 引言

静电的产生是由于电子在外力的作用下，从一个物体转移到另一个物体或者是受外界磁场的影响而产生的极化现象，在具有不同静电势的两个物体之间的静电转移。

摩擦、碰撞、剥离、静电感应、电容改变、压电效应、电磁辐射感应都会产生静电。闪电、冬天在地毯上行走及接触把手时的触电感、在冬天穿毛衣时所产生的噼啪声这些似乎对人体没有影响，但它对电子元件及电子线路板却有很大的冲击。电子生产中的静电防护，可避免增加生产成本、减低产品质量、引致客户不满而影响公司信誉。

1 静电的基本物理特性

1．1 吸引或排斥的力量

静电就是不平衡分布的电子，正负电荷有异性相吸，同性相斥的力量，即库伦定律：Q=CV，V=Q／C，其中，Q为电量，V为电压，C为电容。

1．2 与大地间有电位差

因电荷存在，在周围空间中形成电场，其强度为：V=Q／C，其中，V为电位，Q为电荷，C为电容。

静电与大地间因有电位存在，如果触及电路时，就会产生电流即为放电电流(Electrostatic Discharge Current)，这个放电电流常会将电路导体烧融。其放电电流为：I=V／R，其中，I为电流，V为电压，R为电阻。

1．3 生活中产生的静电

人在地毯上行走，人在塑料地板上行走，坐在椅子上的人，从包装箱上拿出泡沫，无接地措施时人体的运动等日常行为都会产生静电，静电电压范围见表1。

2 静电放电的破坏

从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电的威胁。这一过程包

括：元件制造：包含制造、切割、接线、检验到交货；印刷电路板：收货、验收、储存、插入、焊接、品管、包装到出货；设备制造：电路板验收、储存、装配、品管、出货；设备使用：收货、安装、试验、使用及保养。其中最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程。

2．1 静电对集成电路的损伤

静电对集成电路的损伤主要表现为：芯片内热二次击穿、金属喷镀熔融、介质击穿、表面击穿、体积击穿等，最后综合表现为功能故障甚至造成人身伤害。

2．2 静电对半导体元件的损坏

半导体的损坏形式有两种：

灾难性损坏器件不能操作，约占受静电破坏的原件的10％。

潜在性损坏瞬间电场或电流产生的热使元件受伤，器件可以操作但性能不稳定，维修次数因而增加，约占受静电破坏原件的90%。

3 导电性物体的静电消除方法

3．1 接地

接地就是将静电通过一条线的连接放入大地，这是防静电措施中最直接最有效的方法。导体常用的接地方法有：带防静电腕带(见图1)、脚带(见图2)、穿防静电服、铺防静电地板、防静电台垫及工作表面接地等。基于电子可以自由移动的特性，可以简单地加以接地，给予这些不平衡电子一个简单的通路，释放到大地，即可消除物体所携带的静电。

假设工作人员到达工作场所及接触零件时间为1 s(在1 s中需将人体静电释放至安全情形)则：

式中：voe为带电体电压(单位：V)；v(t)为t秒后的电压(单位：V)；t为接地后时间(设为1 s)；R为接地电阻(单位：Ω)；C为带电体电容量(单位：pF)。

由此式可知，接地电阻R=10 Ω以下时，释放时间会小于1 s，R越小，时间t越短，但为人员安全起见，建议串联1 MΩ限流电阻。

在2009年12月17日～12月24日变频冰箱生产中，冰箱不启动48台，其中主板坏18台，驱动板坏12台，主板、驱动板同时坏5台，主板坏占所有性能不良的4．9％，驱动板

坏占所有性能不良的4．1％。对所有更换下来的主板、驱动板重新测试，冰箱依然不能启动。在2009年12月25日要求生产现场与主板接触人员全部佩戴上防静电手腕才能上岗操作，经过一周统计后发现，主板坏5台，驱动板坏14台，主板坏占所有性

能不良的2．7％，驱动板坏占所有性能不良的7．6％。装主板操作人员佩戴上防静电手腕后主板坏不良率下降45％，装驱动板操作人员由于未佩戴防静电手腕，驱动板坏不良率有所上升。以后在要求装主板、驱动板、显板的操作人员必须佩戴上防静电手腕，并经相关检测合格后才能操作，冰箱主板、驱动板、显板的不良率均下降了50％，电路板因静电击穿现象明显减少，仅此一项就每年为公司节约十多万元资金。腕带佩戴时应紧贴皮肤；脚带双脚都须穿带；静电服应无破损，扣紧。

3．2 静电屏蔽

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件的影响。最常用的方法是用静电防护袋(见图3)、静电遮蔽袋作为保护。防静电袋，不可使用在ESD防护区外。在某些特殊状况，如需要看得见容器内之元件(透明)或高度敏感元件，静电遮蔽要求更严格的情形时，可能需要静电遮蔽袋。目前防静电袋、静电遮蔽袋使用的导电性材料均为碳化性材料，是不透明的黑色物质，体积电阻为500 Ω／cm 以下。

静电遮蔽袋的构造及功能如下：

内层：抗静电聚乙烯，不产生静电。

中层：加强聚脂纤维，增加机械强度。

外层：镀镍，成一良好导体，可瞬间释放电荷，形成法拉第容器。

DC／DC转换器(见图4)在未采用静电防护袋的情况下，不良率过高，从生产现场取50片不良品进行失效模式分析。用配套仪器测试输入端压降小于6 V的30片，6～8 V之间的14片，输入端压降等于12 V，但输出电压为零的6片，其中输入端压降小于6 V，和6～8 V之间的两类问题占全部问题的88％。