静电基础知识(2)
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静电基础知识
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一、静电的基本概念
1、什么是静电:
静电(Electrostatic)就是物体表面过剩和不足的静止电荷.静电是一种电能,是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果;静电是通过电子和离子的转移而形成的。
2、静电放电(ESD Electrostatic Discharge):
带有不同静电电势的物体, 由于直接接触或静电感应引起物体间的静电电荷转移。其放电有两种形式:接触放电,电场击穿放电。
3、关于静电放电名词:
1)静电敏感度(ESDS Electrostatic Discharge Sensitivity)
2)静电敏感器件(ESSD Electrostatic Sensitive Devices)
3)EPA:ESD Protect Area(ESD防护区域)
4)ECA:ESD Control Area(ESD控制区域)
4、接地(Grounding):
电气连接到能提供或接受大量电荷物体上(如大地、船舰或运载工具外壳).
5、静电存在方式:
静电依附于物体(气、液、固体)而存在。如果物体带有过剩的电荷则成为带电体。物体间的电荷转移过程就是起电过程。
6、静电产生方式:
静电产生的方式很多,接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等都可以产生静电。但基本过程可归纳为:接触--》电荷转移 --》偶电层的形成 --》电荷分离
7、静电产生大小关系:
静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度有密切的关系。在高湿度环境中由于物体表面吸附有一定数量杂质离子的水分子,形成弱导电的湿气薄层,提高了绝缘体的表面电导率,可将静电荷散逸到整个材料的表面,从而使静电势降低。所以,在相对湿度高的场合,如海洋性气候地区(如我国的东南沿海地区)或潮湿的梅雨季节,静电势较低。在相对湿度低的场合,如大陆性气候地区(如我国的北方地区)或干燥的冬季,静电势就高。与普通场所相比,在空气纯净的场所(如超净车间)内,因空气中的离子浓度低,所以静电更加容易产生、
8、静电放电的三种方式:
1)带电人体的放电方式(HBM) 由于人体会与各种物体间发生接触和磨擦,又与元器件接触,所以人体易带静电,也容易对元器件造成静电损伤。普遍认为大部分元器件静电损伤是由人体静电造成的。
2)带电机器的放电方式(MM)机器因为摩擦或感应也会带电。带电机器通过电子元器件放
电也会造成损伤。这类就叫做:机器放电的模型(Machine Model)
3)充电器件的放电模型(CDM)在元器件装配、传递、试验、测试、运输和储存的过程中由于壳体与其它材料磨擦,壳体会带静电。一旦元器件引出腿接地时,壳体将通过芯体和引出腿对地放电。这种形式的放电可用所谓带电器件模型(Charged-Device Model,CDM)来描述
二、静电危害:
当某些电介质、导体带上静电荷后,尽管所带电荷量不多,但由于自身对大地分布电容非常小,使得静电电位较高。当垂直于带电物体表面的静电电位达到2000伏时,就会向空气放电。
1、在日常生活中的ESD现象:
我们都亲身经历过。譬如,在冬季一间温暖的房间里,走在覆盖地毯的地面时,当你伸手接触门的把手时,就会有电击的感觉;脱下合成纤维衣服时产生噼啪声,夜间还可以看到火花(空气的击穿场强为30kv/cm);天气干燥时,用塑料梳子梳头时会产生放电声。对于人体而言,这种静电的突然放电不会造成任何伤害;可是,对于ESDS(静电放电敏感器件)器件,静电放电就可能损害电子器件。ESD对电子器件的损害是人体觉察不到的,具有隐蔽性,需通过仪器才能检测出
2、电子器件的静电放电:
电子器件发生ESD事件,主要是各种静电源(人体、工作台等)对电子器件放电所致。在集成电路(integrated circuit)工业中,静电放电可以使集成电路芯片介质击穿,芯线熔断、漏电流增大加速老化、电性能参数改变等等。静电放电对电子器件损害具有潜在和缓慢失效性,这种情况危害更大。通常,ESDS(静电放电敏感器件)器件易发生静电放电,所以,受ESD的危害更大。大多数电子器件采用对静电极为敏感的MOS工艺制作,无论从器件的发展还是器件的应用出发,为了防止ESD对电子器件的危害,有必要对电子器件受静电危害的机理以及相应的防护措施进行探讨。阐明电子器件ESD产生的原因,并对IC的ESD保护提供指导。
3、静电具有以下特性:
1)隐蔽性:除非发生静电放电,人体不能直接感知静电,但发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这是因为人体感知的静电放电电压为2~3kv,所以静电具有隐蔽性。
2)潜在性:有些会受到静电损伤后的性能没有明显的下降,但多次累加放电会给IC器件造成内伤而形成隐患。因此静电对IC的损伤具有潜在性。
3)随机性:IC什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说,从一个IC芯片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,而这些静电的产生也具有随机性,其损坏也具有随机性
4)复杂性:静电放电损伤的失效分析工作,因微电子IC产品的精、细、微小的结构特点而
费时、费事、费财,要求较高的技术并往往需要使用高度精密仪器,即使如此,有些静电损伤现象也难以与其它原因造成的损伤加以区别;使人误把静电放电损伤的失效当作其它失效,这在对静电放电损害未充分认识之前,常常归因于早期失效或情况不明的失效,从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以分析静电对IC的损伤具有复杂性。
4、ESD对电子器件侵害方式
1)静电源直接对电子器件放电
ESD事件常常发生在带电导体(包括人体)对ESDS的放电过程中。一般的静电危害是人体或带电导体直接对ESDS放电造成。
2)带电器件对其他导体的静电放电
当静电放电敏感器件在操作过程中,或者与包装材料、机器表面接触后,就会积累静电荷。当器件在包装盒移动或震动时就会发生静电放电。这种放电情况,涉及的电容和能量不同于人体对ESDS器件的放电情况。在某些情况下,CDM事件比HBN事件所造成的危害更大。
3)电场感应放电
感应场可以直接或间接对地造成危害。因为任何带电体周围都存在静电场。如果ESDS器件进入静电场范围,就会因为感应而带电。如果器件在电场区域内接地,电荷转移到地的过程称为CDM事件。