電子元器件的防靜電損壞措施

1、電子元器件的防靜電損壞措施1.靜電放電靜電放電（ESD ）是大家熟知的電磁兼容問題，它可引起電子設備失靈或使其損壞。當半導體器件單 獨放置或裝入電路模塊時，即使沒有加電，也可能造成這些器件的永久性損壞。對靜電放電敏感的元件被 稱為靜電放電敏感元件（ESDS ）。如果一個元件的兩個針腳或更多針腳之間的電壓超過元件介質的擊穿強度，就會對元件造成損壞。這 是MOS器件岀現故障最主要的原因。氧化層越薄，則元件對靜電放電的敏感性也越大。故障通常表現為 元件本身對電源有一定阻值的短路現象。對于雙極性元件，損壞一般發(fā)生在薄氧化層隔開的已進行金屬噴 鍍的有源半導體區(qū)域，因此會產生泄漏嚴重的路徑。另一種故障是由

2、于節(jié)點的溫度超過半導體硅的熔點（1415 C）時所引起的。靜電放電脈沖的能量可以產生局部地方發(fā)熱，因此岀現這種機理的故障。即使電壓低于介質的擊穿電壓，也會發(fā)生這種故障。一個 典型的例子是，NPN型三極管發(fā)射極與基極間的擊穿會使電流增益急劇降低。器件受到靜電放電的影響后，也可能不立即岀現功能性的損壞。這些受到潛在損壞的元件通常被稱為 “跛腳”，一旦加以使用，將會對以后發(fā)生的靜電放電或傳導性瞬態(tài)表現岀更大的敏感性。要密切注意元件在不易察覺的放電電壓下發(fā)生的損壞，這一點非常重要。人體有感覺的靜電放電電壓 在3000 5000V之間，然而，元件發(fā)生損壞時的電壓僅幾百伏。靜電放電的危害效應是在二十世紀七

3、十年代開始認識到的，這是由于新技術的發(fā)展導致元件對靜電放 電的損壞越來越敏感。靜電放電造成的損失每年可達到幾百萬美元以上。因此，許多大型的元件和設備制 造廠引進專業(yè)技術以減小生產環(huán)境中的靜電積累，從而使產品合格率和可靠性提高了許多。用戶根據自己 的經驗也懂得了防治靜電放電損害的重要性。2 .如何對付靜電放電？控制靜電積累的第一步是要弄清楚靜電荷的產生機理。靜電電壓是由不同種類的物質相互接觸與分離而產生。盡管摩擦能夠使電荷積累得更多，但是摩擦并 不是必要的。這種效應即是大家熟知的摩擦起電，所產生的電壓取決于相互摩擦的材料本身的特性。磨擦 起電序列表列岀了各類物質的帶電難易程度。對于相互接觸的兩種

4、物質，電子會從序列表較上的物質轉向 較下的物質，這樣就會使兩種物質分別帶正負電荷。序列表中的物質離得越遠，各自所帶的電荷數量也越 大。常見物質的磨擦起電序列如表 1所示。表1摩擦起電序列 人體 玻璃 云母 聚酰胺 毛織品 毛皮 絲綢 鋁 紙1 棉花 鋼鐵 木頭 硬橡膠 聚脂薄膜 聚乙烯 聚氯乙烯 聚四氟乙烯（PVC）大多數是負極性的電荷也可通過感應產生，這是帶電體使其附近的另一物體上的電荷發(fā)生分離的結果。3 實際問題解決問題的解決包括：如果靜電放電敏感元件（ESDS在生產和維護期間暴露在外面，那么在這些元件附近，應防止電荷的積累，并且在運輸和保管過程中，將這些元件按防靜電放電的方法包裝。防止靜

5、電放電，有許多方法可以采用。最好的辦法是滿足要求且成本最低的方法，這樣的方法對于不 同的產品和不同的場合都是不同的。4.靜電放電保護區(qū)域（EPA）靜電放電保護區(qū)域（EPA），有時指安全操作區(qū)，是任意一種靜電放電控制措施的核心所在。在此區(qū)域 中，靜電放電敏感元件（ESDS或電路板，或包含這些的組件，都可以很安全地工作，因為電荷的數量得 到控制，而不會產生破壞性電壓。這種區(qū)域中通常包含工作臺或工作臺組、工作站、自動插件機一類的處 理設備或者一塊生產區(qū)。 EPA的范圍必須清楚的標明，最好設置一圍欄以防止未經允許的無關人員入內。 EPA區(qū)域內應使用靜電荷積累最小的材料，并且可使電荷以受控制的方式泄入到

6、大地中。圖1靜電放電保護區(qū)表2靜電放電保護區(qū)A1接地輪A2接地滑片A3接地面B1腕套測試器B2腳跟接地 測試器B3腳跟接 地底腳板C1腕套和腕套繩C2接地線C3靜電放 電接地設施C4地C5接地搭接占八、C6大地接地點C7手套C8腳趾和腳跟帶箍D1電離劑E1 工作面F1腿和座套 已接地的轉椅G1人體接地地板H1工作服H2工作帽I1具有接地面的擱板I2接地機架J1靜電放電 保護區(qū)標志典型的靜電放電保護區(qū)如圖 1所示，此圖摘自EN100015-1，其中許多是新近的。該圖給出了各種可能 的措施，但并沒有必要全部使用這些措施， 這主要由特定的環(huán)境決定。 所采用的其本原理就是等電位搭接， 即將所有表面連接

7、在一起，防止不同物體之間產生電位差。工作面E1是靜電損耗性的，通過靜電放電的接地設施C3連接到地C4。工作站的操作人員通過導電腕C1上的導線和地電位點相連，然而，對于活動頻繁的人員，最好是通過腳跟和腳趾帶箍C8與靜電損耗地板G1相通（即接地）。腕套的接地導線在接地點C5處進行端接。操作人員所穿的破舊工作服H1、H2也應是靜電損耗性的，并在靠近靜電放電敏感元件附近遮住工作 人員自己的衣服，所有破舊的手套也應是導電材料的。轉椅F1不應視為操作人員接地的基本方法，但值得注意的是，轉椅上必須鋪一層抗靜電的材料，使 座套、靠背和扶手均有與地相通的路徑。元件應存放在帶有接地面的擱板11上，或者是接地的機架

8、12上。這些東西與工作臺都應通過接地導線C2與靜電放電的地面相接。當用手推車裝運元件或子配件時，其表面導電性能應與工作面和導電機架的導電性能相似。如果接地 輪A1導電性良好，且與手推車車架電氣連接，那么不再需要使用接地滑片了。如果EPA的地板沒有接地，那么當手推車停下來裝卸東西時，則應將其接地點C6與大地接地點C5相連。在操作人員的正常工作期間，對所采用的這些措施的效果應該用靜電伏特計測量其靜電勢和靜電場來 評估。在保護區(qū)內和進出口處，應使用標志J1來提醒他們注意。應對腕套及其接地導線用導通測試儀定期進行檢測。導電輪和腳趾帶箍也應作類似的檢測B2，B3。5 .安全性EPA內一般有加電的工具和設

9、備。在這種環(huán)境中，將單個物件或設備直接連接到地是很危險的。正是 由于此原因，腕套接地導線、轉輪及腳趾帶箍的連接處均要串入一只不低于1M的電阻。有些腕套接地導線的每端均有一只這樣的電阻， 因此， 即使腕套接地導線接在加電維修的產品的帶電接線端， 也不會有危險。腕套接地導線測試儀是一種檢測電阻的阻值是否合適（如果太高，不可能實現等電勢搭接；如果太低，會出現安全危害）的儀器。腕套接地導線要配以可快速拔下的與其它電氣插座不兼容的插頭，這樣可以保證它不會誤插到其它電 氣插座上，并且，在緊急情況下容易拔下。6 .靜電放電保護區(qū)內的實際工作在靜電放電保護區(qū)內，如果不遵守明確的工作規(guī)范，電荷和電勢就不能保持在

10、允許的范圍內。一些會 導致問題的例子包括：將裝在不抗靜電的塑料封面內的文件、塑料容器、杯子等帶進靜電放電保護區(qū)內， 使用會破壞地板或工作表面靜電特性的清潔劑。有關人員應接受足夠的訓練，不僅學習需要遵守的規(guī)程，還要了解必須遵守這些規(guī)程的理由。了解可 能損壞的元件的有關參數也是有用處的。應指定專人負責靜電放電保護區(qū)的保養(yǎng)與維護，同時還要對規(guī)程的執(zhí)行情況進行檢查。這些檢查也應 作為質量管理體系認證的一部分加以核查。7運輸與存放運輸帶引腳的元件時，通常使用導電泡沫材料。這可以防止元件引腳間出現較高的電勢差，對于雙列 直插式封裝的元件，在散裝運輸過程中常采用靜電損耗性管。對于線路板組件，當位于靜電放電保

11、護區(qū)外時，應將其置于靜電屏蔽袋或導電搬運箱內進行運輸。有 的包裝袋使用導電材料制成，它可確保所有元件在穩(wěn)定條件下處于同一電勢，同時將偶然跑到袋上的靜電 荷耗散掉。這種方法不能用于帶電池的電路板，對于這種情況，應采用襯里是靜電損耗性材料的，而外層 是導電材料的包裝袋。這種袋子的價格更高，但可對加電和未加電的組件提供極好的保護作用。同樣，內 部裝有固定電路板的導軌的導電箱不能與邊緣上有裸露連接器的加電電路板一起使用。8. 現場維修現場需要維修的產品上要設置一個靜電連接點，這樣，維修技術人員在打開設備的蓋子之前，可以將 腕套的接地導線連上。備件應放在靜電屏蔽袋或箱子中進行運輸，除非備件中不包含靜電放

12、電敏感元件。 如果模塊工作在暴露狀態(tài)下，應將靜電損耗性地板墊連接到產品的靜電搭接點上，作為工作面使用。9. 有關標準1987年，英國進行了將實踐規(guī)程編制成文件的第一次嘗試，其成果是BS5783o與其說這是一個關于應該進行哪些檢測的標準，更不如稱其為一個實踐規(guī)范條款。這項工作的第二階段是將這個標準轉換歐洲組 織中的一個規(guī)范，其編號是 CECC 000151，其標題為：“基本規(guī)范：靜電敏感元件的保護第一部分：總體 要求”。該標準1991年出版，1992年重新編號為EN1000151。其它部分在1993年（第二部分：低濕度條 件要求）和 1994 年（第三部分：清潔區(qū)要求，第四部分：高壓環(huán)境要求）出

13、版。這些部分的內容超出本文 討論范圍。標準不僅包括安裝、維護和檢驗本文所述的措施方面的要求，而且也詳細闡述了包括測試方法在內的 靜電保護器件自身的詳細要求。技術和工藝的不斷發(fā)展和執(zhí)行標準中積累的經驗，以及自動化機械設備的普遍使用，使這些標準得到 不斷完善，包括使其結構更加合理化，同時將用戶指南從標準化版本中分離出來。修訂工作已納入國際電工委員會所組織的國際論壇中，新制定的標準將在IEC 1340系列中發(fā)布，毫無疑問，這與歐洲標準是相輔相成的。有關標準部分如表 2示：表2國際電工委員會1340方案結構表2國際電工委員會1340方案結構IEC 1340-1概要IEC 1340-1-1靜電原理指南IEC 1340-1-2定義與術語IEC 1340-2靜電測量方法IEC 1340-2-1靜電荷的消耗IEC 1340-2-2可充電性IEC 1340-2-3電阻及電阻系數IEC 1340-3靜電效應模擬方法IEC 1340-3-1人體模型IEC