ESD(ElectrostaticDischarge)即靜電釋放:兩個(gè)帶不同靜電電平的物體,通過(guò)直接接觸或靜電電場(chǎng)的作用會(huì)使兩物體的靜電電荷發(fā)生位移,當(dāng)靜電電場(chǎng)達(dá)到一定能量,之間的介質(zhì)被擊穿而產(chǎn)生放電,這就是ESD的全過(guò)程。例如,在干燥的秋冬季節(jié),推開(kāi)門(mén),開(kāi)關(guān)抽屜,整理書(shū)籍,甚至按下計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)都有靜電累積和釋放的現(xiàn)象,可以說(shuō),我們就生活在一個(gè)靜電的世界。由于生活中靜電無(wú)處不在,所以,ESD也經(jīng)常發(fā)生,大到電閃雷鳴,小到脫毛衣時(shí)迸出火花,都屬于此列。我們可以按以下描述簡(jiǎn)單判斷ESD的強(qiáng)弱,當(dāng)放電電壓低于3KV時(shí),ESD過(guò)程就會(huì)發(fā)生,但我們不會(huì)感覺(jué)到,電壓大于3KV時(shí),人體有輕微麻麻的感覺(jué),當(dāng)電壓大于6KV時(shí),我們會(huì)聽(tīng)到“劈啪”的放電聲,而當(dāng)電壓大于8KV時(shí),同時(shí)還會(huì)伴隨快速的電弧火花出現(xiàn)了。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,電子、通信、航天、航空等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起,尤其是電子儀器儀表和設(shè)備等電子產(chǎn)品日趨小型化、多功能及智能化。高密度集成電路已成為電子工業(yè)對(duì)上述要求中不可缺少的器件。這種器件具有線間距短、線細(xì)、集成度高、運(yùn)算速度快、低功率和輸入阻抗高的特點(diǎn),因而導(dǎo)致這類(lèi)器件對(duì)靜電越來(lái)越敏感。靜電放電是導(dǎo)致元器件擊穿危害和對(duì)電子設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生干擾的主要原因。在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中,從元器件的預(yù)處理、安裝、焊接、清洗、至單板測(cè)試、總測(cè)、直到包裝、儲(chǔ)存、發(fā)送等工序,都可能產(chǎn)生對(duì)器件的靜電放電擊穿危害。因此,靜電防護(hù)顯得越來(lái)越重要。靜電作為一種自然現(xiàn)象,不讓它產(chǎn)生幾乎是不可能的,但是,把它的存在控制在危險(xiǎn)的水平之下,使其造成的損失盡可能減小,則是可以做得到的。有效地進(jìn)行靜電防護(hù)與控制,依賴(lài)于對(duì)靜電現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和對(duì)其發(fā)生、存在、消除的控制;依賴(lài)于掌握和了解靜電與環(huán)境條件的關(guān)聯(lián)性和靜電發(fā)生的規(guī)律。
1.靜電的產(chǎn)生
在電子組裝工業(yè)中,產(chǎn)生靜電的主要途徑為:摩擦、感應(yīng)和傳導(dǎo)。
1.1摩擦
在日常生活中,任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離,即可產(chǎn)生靜電,而產(chǎn)生靜電的最普通方法,就是摩擦生電。材料的絕緣性越好,越容易產(chǎn)生摩擦生電。另外,任何兩種不同物質(zhì)的物體接觸后再分離,也能產(chǎn)生靜電。
1.2感應(yīng)
針對(duì)導(dǎo)電材料而言,因電子能在它的表面自由流動(dòng),如將其置于一電場(chǎng)中,由于同性相斥,異性相吸,正負(fù)電子就會(huì)轉(zhuǎn)移。
1.3傳導(dǎo)
針對(duì)導(dǎo)電材料而言,因電子能在它的表面自由流動(dòng),如與帶電物體接觸,將發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。
2.靜電對(duì)電子產(chǎn)品的危害
靜電對(duì)電子產(chǎn)品的危害有多種形式,并具有自身的特點(diǎn)。
2.1靜電危害的形式
靜電的基本物理特性為:吸引或排斥,與大地有電位差,會(huì)產(chǎn)生放電電流。這三種特性對(duì)電子元器件的三種影響如下:
1)靜電吸附灰塵,降低元器件絕緣電阻(縮短壽命)。
2)靜電釋放(ESD)破壞,造成電子組件不能工作。表1列出了一些常見(jiàn)電子元器件所能承受靜電破壞的靜電電壓,從表中可以看出大部分器件的靜電破壞電壓都在幾百至幾千伏,而在干燥的環(huán)境中,人類(lèi)活動(dòng)所產(chǎn)生的靜電可達(dá)幾千伏到幾萬(wàn)伏。圖2是一個(gè)CMOS器件和一個(gè)雙極型器件在受到ESD損傷后芯片內(nèi)部的相貌圖片。
3)靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)幅度很大(達(dá)幾百伏/米)頻譜極寬(從幾十兆到幾千兆),對(duì)電子產(chǎn)品造成干擾甚至損壞(電磁干擾)
這三種形式對(duì)元器件造成的損傷,既可能是永久性的(如功能喪失,不能恢復(fù)),也可能是暫時(shí)性的(如靜電放電產(chǎn)生的干擾使功能暫時(shí)喪失);既可能是突發(fā)失效,也可能是潛在失效。其中靜電釋放(ESD)事件是造成元器件損傷最常見(jiàn)和最主要的原因。
2.2靜電危害的特點(diǎn)
相對(duì)于其它應(yīng)力,靜電對(duì)電子產(chǎn)品危害存在以下一些特點(diǎn):
1)隱蔽性。人體不能直接感知靜電除非發(fā)生靜電放電,但是發(fā)生靜電放電人體也不一定能有電擊的感覺(jué),這是因?yàn)槿梭w感知的靜電放電電壓為2-3KV,所以,靜電具有隱蔽性。
2)潛在性。即器件在受到ESD應(yīng)力后并不馬上失效,而會(huì)在使用過(guò)程中逐漸退化或突然失效。這時(shí)的器件是“帶傷工作”。這是人們對(duì)靜電危害認(rèn)識(shí)不夠的一個(gè)主要原因。實(shí)際上,靜電放電對(duì)元器件損傷的潛在性和累積效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重地影響元器件的使用可靠性。由于潛在損傷的器件無(wú)法鑒別和剔除,一旦在上機(jī)應(yīng)用時(shí)失效,造成的損失就更大。而避免或減少這種損失的最好辦法就是采取靜電防護(hù)措施,使元器件避免靜電放電的危害。