ESD的危害及其防護

居宇鴻

（蘇州工業園區工業技術學校，江蘇 南京 210000）

一、ESD的危害

1.1 ESD的概念

靜電釋放（ESD）是一種由靜電源產生的電能進入電子組件后迅速放電的現象。當電能與靜電敏感元件接觸或接近時會對元件造成損傷。

1.2 ESDS的概念

靜電敏感（ESDS）元件就是容易受此類高能放電影響的元件。元件對ESD的敏感程度取決于其材料及構造。元件越小，運算速度越快，就越為敏感。

1.3 ESDS元件失效的形式

ESDS元件會因不正確的操作或處理而失效或發生元件性能的改變。這種失效可分為即時和延時兩種，即時失效可以重新測試、修理或報廢；而延時失效的結果卻嚴重的多，即使產品通過了所有的檢驗與測試，仍有可能在送到客戶手中后失效。所以對ESDS元件進行電路保護性設計和包裝是很重要的。在生產區域，一些接觸ESDS元件的操作不能使用未經保護的電子組件（如測試夾具）。ESDS元件只有在靜電防護區（EPA）內的 EOS/ESD安全工作臺上才可以從防靜電包中取出。最好的ESD損害的防護是將防止靜電的生成和消除生成的靜電兩者結合起來。所有的ESD防護技術和產品的原理都是基于以上兩者或其中之一。

表1 典型的靜電源

二、ESD的成因

ESD損害是靜電源產生的電能作用到或過于接近ESDS元件或設備所導致的結果。靜電源在我們周圍隨處可見。生成靜電的強度取決于其特性。某些動作容易產生靜電能，如：接觸、分離、摩擦材料等。

大多數產生嚴重靜電故障隱患的是絕緣材料，因為他們集中了電能而不是將電能從材料表面釋放掉（見表1）。一般的材料如塑料袋或聚苯乙烯泡沫塑料容器是嚴重的靜電源，它們不允許在生產區域內，尤其是靜電安全區/靜電防護區（EPA）內使用。撕扯膠帶的動作能產生20000伏的電壓。甚至壓縮空氣沖擊絕緣表面時也會產生靜電。

表2 典型的靜電壓生成強度

破壞性的靜電常常由附近的導體引發，如人體皮膚，并釋放到組件的導體上。當攜帶靜電荷的人體接觸印板組件時就會發生以上情況。電子組件會被通過導體媒介ESDS元件的靜電釋放破壞。遠低于人體能夠感覺到的最低的靜電釋放（小于3500伏）仍能對ESDS元件造成損害。典型的靜電壓生成強度如表2。

三、ESD損害的防護

3.1 警告標識

警告標識可張貼、懸掛、安放于廠房、設備、組件和包裝上，用以提醒人員注意操作時造成的靜電釋放或電氣過載損害的可能性。圖1列舉了較常見的標識。

標識（1）ESD敏感符號。三角形內有一斜杠跨越的手。用于表示容易受到ESD損害電子電氣設備或組件。標識（2）ESD防護符號。它與ESD敏感符號的不同在于有一圓弧包圍著三角形，而沒有一斜杠跨越手。它用于表示被設計為對ESD敏感組件和設備提供ESD防護的器具。標識（1）和（2）用于標識對ESD敏感或具有ESD防護功能的設備、組件或容器，對其應進行相應的處理。沒有ESD警告標識未必意味著該組件不是ESD敏感的。當質疑一組件的靜電敏感性而定論時，必須將其作為靜電敏感組件處理。

圖2

3.2 防護材料

當在非靜電安全環境或工作區別，必須采取措施防止ESDS元件受到靜電的傷害。因此可以使用靜電屏蔽料盒、包裝等方式。只有在靜電安全工作區，才可以將ESDS器件從其靜電防護包裝中取出。

了解三種不同類型的防護包裝的區別是很重要的：靜電屏蔽（或阻擋層包裝）材料；抗靜電材料；靜電消散材料。靜電屏蔽材料可防止靜電釋放穿透包裝進入組件引起的損害。

抗靜電材料可作為ESDS器件廉價的中轉包裝或暫存使用。抗靜電材料在使用中不產生電荷。但是，如果發生了靜電釋放，它能穿透包裝進入組件，導致ESDS元件的ESD損害。

靜電消散材料具有足夠的傳導性，使電荷能通過其表面消散。離開EOS/ESD防護工作區域的部件必須使用靜電屏蔽材料包裝，在其材料內部通常也有靜電消散材料和抗靜電材料。

不要被包裝材料的“顏色”誤導。一般來說“黑色”包裝是靜電屏蔽的，而“粉紅色”是抗靜電的。盡管這通常是正確的，但也可能起誤導作用。另外，現在市場上有許多新型的透明材料，他們可能是抗靜電甚至靜電屏蔽的。同時，也有可能有些在生產中使用的透明材料可能會引起ESD損害。因此，目前“顏色”不再是絕對的判斷條件了。

注意：一些靜電屏蔽材料和抗靜電材料，以及一些防靜電措施可能會影響組件、元件和材料在使用中的可焊性和工藝性能。選擇對產品無影響的包裝和材料操作，并遵循其供應商的指導使用。使用可溶性清潔劑清潔靜電消散或抗靜電材料表面會降低它們的ESD防護性能。因此要遵循制造商的建議進行清潔。

表3 防靜電安全操作的最大接地電阻和放電時間

3.3 防靜電工作臺

防靜電工作臺能防止在操作時尖峰脈沖和靜電釋放對于敏感元件的損害。為了ESD防護，必須提供一個靜電接地的路徑，否則就可能在設備或組件上產生靜電釋放。ESD安全工作站/EPA具有接地的靜電消散或抗靜電工作臺面。對于操作人員的皮膚也應有相應的接地方法，用于消除皮膚或衣物產生的靜電，防止電腕帶是較好的選擇。

在接地系統中必須采取措施，用于防止操作失誤或設備故障時產生的電流對于操作人員的人身傷害。在接地路徑中接有電阻，它可減慢放電速度，防止ESD發生源產生電火花。另外，必須調查所使用的電壓，在工作臺提供的對于人員電氣傷害的防護。

防靜電安全操作的最大接地電阻和放電時間，見表3。

可接受的工作臺示例如圖2。如有需要，可在某些高敏感度的場合使用空氣離子發生器。離子發生器的選擇、安裝和使用必須保證其使用效果的正常。

工作臺應杜絕靜電荷生成材料，如聚苯乙烯泡沫塑料、塑料焊錫去除器、紙質保護袋、塑料或紙質的筆記本或物件夾、以及員工個人物品。

定期檢查工作臺/EPA，以保證其有效性。ESD的各種危害可能因不正確的接地方式或接地部位氧化造成。必須定期檢查和保養工具設備以保證其正常使用。

[1]崔強.集成電路中ESD防護研究 [D].浙江大學，2008.

[2]苗萌.ESD防護設計的若干問題研究[D].浙江大學，2012.

[3]徐金華.ESD防護控制的一些看法[J].艦船電子工程，2005，（5）：33-37.