淺談電子產品生產中靜電的產生和防護

陳嵩

（天津市圣智達科技發(fā)展有限公司，天津 300300）

隨著集成電路技術的迅速發(fā)展，生產規(guī)模的擴大和集成化程度的提高，靜電（ESD）的危害越來越嚴重地影響到電子產品的質量和性能。靜電損傷具有隱蔽性，據統(tǒng)計資料表明，受靜電損傷的半導體中，僅有10%的產品可以由于完全失效而被檢測出外，其余90%均不能被當時發(fā)現，但受靜電損傷的電子器件從工作的穩(wěn)定性和使用壽命上都有明顯的下降，如手機會表現為經常出現死機、自動關機、語音質量差、信號時好時壞等現象。由于ESD的影響，在美國和英國，每年都會有幾十億元的損失，而在日本不合格的電子器件中有45%是由靜電引起。由此可見，ESD對電子產品生產過程的重要性。

名詞解釋：

ESD：代表英文Electrostatic Discharge,即“靜電放電”的意思。

EPA：代表英文 Electrostatic Protection Area,即“靜電防護區(qū)域”的意思。

靜電的產生及危害

1 靜電產生的方式

靜電是一種客觀的自然現象，產生的方式多種，其主要方式為：(1)一個帶靜電的物體接觸另一個物體。(2)兩種不同材質的物體相互摩擦或粘連在一起的兩個不同材質的物體分離。(3)一個帶靜電的物體接近另一個物體等。

2 靜電的特點

2.1 高電壓

人在活動的過程中，不可避免與其它物質接觸，這個接觸過程就會產生靜電。

表2.1 人體與其它材料接觸時產生的靜電電壓

2.2 低電量

靜電流多為微安級（尖端放電除外）

2.3 作用時間短

微秒級

2.4 受環(huán)境影響大

特別是濕度，濕度上升則靜電積累減少，靜電壓下降。

3 靜電對電子產品的危害

3.1 吸附塵埃

表2.2 一般現象的靜電值

靜電具有吸附性，可以吸附空氣中的塵埃，尤其對幾～幾十微米的塵埃吸附作用十分明顯。這種特性對微電子生產企業(yè)影響很大，因為在現代大規(guī)模集成電路（LSI)生產中，芯片的線寬已達到0.1微米，如果一顆直徑幾微米塵埃被吸附到芯片上，即可造成幾十根芯線之間的絕緣強度降低，從而造成短路，使芯片損壞。

3.2 靜電放電

靜電放電可使集成電路芯片介質擊穿，芯線熔斷，漏電流增大加速老化，電性能參數改變等等。靜電放電對芯片損壞具有潛在性和緩慢失效性，這種情況危害性較大。

表3.1 一些器件的靜電敏感度

3.3 靜電感應

靜電感應不但具有靜電放電的危害性，還會使元器件形成靜電脈沖從而造成元器件的參數改變，甚至使柵極燒毀損壞。

4 靜電防護

通過表2.1中靜電電壓和表3.1中電子器件耐壓參數比較，我們不難發(fā)現靜電對電子器件的危害是非常大，如果不加以防治，將會對產品質量產生極大威脅。在很多操作過程中，不產生靜電是不可能的，關鍵在于如何對靜電積累加以限制和采取有效措施使靜電泄漏(耗散)。針對靜電產生和危害，可以從以下幾方面入手：

4.1 接地

將各種操作運行過程中產生的靜電迅速接地是防止靜電危害行之有效的方法。接地是在電子產品生產過程中釋放靜電的最主要的方法。通過導體將人體和設備上積累的靜電電荷釋放到大地，從而減少對電子器件的影響，提高產品質量。

4.1.1 人體接地

人體接地包括：靜電腕帶、靜電服裝、靜電鞋帽等。在人體接地中，靜電腕帶是最直接和可靠的接地方式，因為靜電腕帶是腕帶直接與人體皮膚接觸，通過一個與導線相連接的一兆歐電阻再與大地接通，這樣人體中存在的靜電電荷可以無任何阻礙地釋放到大地。

4.1.2 防靜電工作臺

防靜電工作臺上的物品，必須通過接地導線或靜電耗散材料與大地連接。工作臺上物品包括：防靜電桌墊、腕帶接頭、工裝夾具、工具、防靜電塑料袋、托盤等。其中所有電器工具必須通過接地線與電源地線良好連接，非電器設備必須由靜電耗散材料制作，并通過標準地線與接地網引出地線連接。腕帶接頭應不少于兩個，一個供操作人員使用，另一個供技術人員、檢驗人員或其它人員使用。靜電安全工作臺上不允許堆放塑料盒(片)、橡皮、紙板、玻璃等易產生靜電的雜物，圖紙資料等應裝入防靜電文件袋內。

4.1.3 接地網

防靜電地面必須通過銅網與地線良好連接，地線應與地網連接牢固。

4.1.4 其它

在防靜電區(qū)域內的其它物品，必須由導電材料或靜電耗散材料制作，并通過靜電地面接地，如材料托盤和運料車等。

4.2 中和

靜電中和是消除靜電的重要措施之一。在某些場合，當不便使用 ESD防護材料時，或必須將某些高絕緣易產生靜電的用品存放在工作臺或工藝線上時，為了保證產品質量就必須對操作環(huán)境采取靜電中和措施。靜電中和是借助離子靜電消除器或感應式靜電刷來實現的產生正負離子的裝置叫離子靜電消除器，其種類很多，有高壓式，同位素式，離子流式等。

4.3 屏蔽

靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露于有靜電的區(qū)域中，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對電子元器件的影響。最常用的方法是用靜電防護袋、靜電遮蔽袋作為保護用品。防靜電袋，不可使用在EPA外。

4.4 增濕除塵

濕度增加則非導體材料的表面電導率增加，使物體積蓄的靜電荷可以更快泄漏。通過表2.2中的數據，我們發(fā)現相對濕度越高，同等條件下的靜電電壓越低。所以在電子產品生產過程中濕度控制非常重要。根據電子生產廠要求，一般濕度保持在40%～60%范圍。由于電子元器件集成度越來越高，管腳的距離越來越小，微小的粉塵就會造成嚴重的后果，所以在電子產品生產過程中潔凈度控制同樣非常重要。ISO14644-1根據不同產品的電子企業(yè)提出了潔凈度的相關要求，生產企業(yè)可根據自身生產的產品，通過選擇通風空調過濾器的級別來進行潔凈度控制，以達到減少粉塵對產品質量影響的目的。

4.5 EPA設置

進入EPA必須經過靜電綜合測試儀檢測，測量合格后方可進入。所有進入該區(qū)域的物品，都必須符合相關靜電防護規(guī)定。

5 靜電防護材料的檢測

在實際現場檢測中，應依據ANSI/ESDS20.20-1999提供的方式進行現場檢測，并將檢測記錄與ANSI/ESD提供的建議范圍進行比較，以確保我們的防護用具達到保護電子元器件的目的。如檢測數據接近臨界值時，為確保產品質量，應及時更換防護用具。

[1]ESD-S20.防靜電國際標準.

[2]孫延林.電子工業(yè)靜電防護指南[M].電子工業(yè)出版社，2006.

[3]空氣潔凈度分級ISO14644-1.