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1、静电知识手册 准备：莫小艾 审核：毛祖伦 批准：万红瑛 南太电子IE部 南太电子有限公司 静电知识手册 内容概要 静电学基础和静电损害 静电性能测量与静电放电敏感度试验 静电防护设计 静电放电控制 南太电子有限公司 静电知识手册 静电学基础与静电损害 静电学术语 静电概述 静电来源及原理 静电放电失效的特点机理类型等 南太电子有限公司 静电知识手册 术语 ESD：Electronic Static Discharge，原意是指静电放电，即通过带静电区 域直接接触或感应而引起的静电电荷在不同电势物体上的转移。后常指 静电放电防护，即避免静电放电损伤的发生。 ESDS：Electronic Sta
2、tic Discharge Sensitive，指静电敏感（的），一 般用来指静电敏感器件。 静电敏感度：Electrostatic Sensitivity，元器件所能承受的静电 放电电压值。 衰减时间：一个静电压从其初始值降低到一个给定值（通常是初始值的10% ）所需要的时间。 表面电阻/点对点电阻：在与材料的统一侧面相接触的两个规定形状的电极 之间，直流电压对于流过的电流的比值。该测量结果以欧姆为单位来表 示 体积电积电 阻/对对地电电阻/系统电统电 阻：在与材料的相对两面相接触的两个 规定形状的电极之间，直流电压对 于流过的电流的比值。该测 量结果以欧姆为单 位来表示。 南太电子有限公司
3、 静电知识手册 静电概述 在自然条件下，原子的正负电荷是相等的，物质 处于电平衡的中性状态，即不带电。在静电学中称 不带电的物体为电的中性体。 在某种条件下，当物质原子中的这种电平衡状态 被打破，丢失或获得电子，物质即由中性改变为带 电状态。处于带电状态的物体在静电学术语中称为 带电体。 物质呈现带电的现象，称为带电现象。物质的带 电现象是一种自然现象。按照物质所带电荷的存在 与变化状态可分为动电(流电)现象和静电现象。显 然，在静电情况下由于电荷静止不动或其运动非常 缓慢，故它所引起的磁场效应较之电场效应来说可 以忽略不计。 南太电子有限公司 静电知识手册 静电现象 静电现象广泛存在于自然
4、界、工业生产和人们的日常生 活中。地球本身就是一个导体 ，它大概存储了9.02E5库伦的 负电荷量。因此，可以毫不夸 张地说人类生活在静电的海洋 之中。 地点：美国加利福尼亚州水杉树 国家公园 事件：这张照片拍摄后分钟 ，雷电击中观景台，造成死 伤的惨剧。 南太电子有限公司 静电知识手册 静电的来源(固体) 静电的来源主要有以下几 个: 接触起电 分离起电 摩擦起电 感应起电 断裂起电 压电起电 热电起电 介质极化起电 在实际的应用过程中，主要研究摩擦 起电和感应起电。 摩擦起电实质上就是接触 起电与分离起电的过程。通常两个过程经常会 合二为一。这是因为由于人在操作过程中与电 子元器件或生产辅
5、料会有不可避免的摩擦，导 致摩擦起电。这就决定了摩擦起电是防静电工 作研究的重点。同时在生产线中，不可避免会 用到一些绝缘类的辅料(各种塑料制品，甚至 是电子元器件本身的塑封)，绝缘物质容易带 电并产生较强的电场，导致距离比较近的电子 元器件感应起电，进而发生静电放电。 南太电子有限公司 静电知识手册 摩擦起电的原理 摩擦起电的原理：一般是由物体接触分离所形成，得到电子的带负电 ，失去电子的带正电。静电由于摩擦的程度或表面的均匀度、接触压 力、摩擦力、分离速度等不同而电荷量不同。 南太电子有限公司 静电知识手册 静电发生序列 (MIL-HDBK-263A) 人手 兔毛 玻璃 云母 人发 尼龙
6、羊毛 铅 丝绸 铝 纸 棉花 钢 木材 琥珀 封腊 硬橡胶 镍、铜 黄铜、银 金、白金 硫磺 醋酸酯纤 维素 聚酯 赛璐璐 奥纶 聚氨酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚三氟氯乙 烯聚合物 硅 聚四氟乙烯 序列中任意两种物质相互摩擦后，位居前面的带正电，位居后面的带负电 。 两种物质在静电序列表上的位置相距越远，摩擦后产生的电位差越大。 + - 南太电子有限公司 静电知识手册 感应起电原理 将一个不带电的物体置于一个带电体的附近，由于静电场电力 线的存在，前者将受到后者静电场力的作用，使靠近带电体的 一端产生与带电体异性的电荷，这种现象称为静电感应起电。 南太电子有限公司 静电知识手册 电子元器件
7、静电放电失效概述 MOS工艺是集成电路制 造的主导技术, 以金属 氧化物半导体场效 应管为基本构造元件。 由于MOS器件中场效应 管的栅、源极之间是一 层亚微米级(0.07微米 0.15微米）的绝缘栅 氧化层，根据理论计算 的二氧化硅的击穿电压 为：1E9*0.07E-6=70V, 如果再将工艺误差，材 料不均匀性等考虑进去 ，其耐压值将更低，极 易受到静电的损害。据 统计，电子工业中,大 约有相当一部分的元器 件失效是由于静电放电 引起的。见右表: 南太电子有限公司 静电知识手册 静电放电失效的特点 隐蔽性，静电能量很小人们无法直接察觉，往往发生了静电损害后仍 然不知。 潜在性，相当多的电子
8、元器件受静电放电损伤后，仅仅表现出某些性 能参数下降或基本不变，往往无法检测出来，当使用一段时间后，器 件才失效， 往往导致严重的损失。 随机性，由于静电可以在任何两种物体接触分离的条件下产生，且与 环境的温湿度，器件的耐受度有关，在生产制造到使用的任意环节/步 骤都有可能发生，具有很大的随机性。 失效分析的复杂性，因为电子产品的精细化的结构特点，往往需要高 达千倍的光学显微镜甚至是万倍电子显微镜，昂贵且复杂。（最新一 代的TMR硬盘磁头里面的Sensor只有大约1纳米厚，发生ESD后，只 有通过放大倍率为数十万倍的TEM才有可能看到，一张图片的价格就 超过万元。）同时，有些静电损伤现象也难以
9、与其他原因造成的损伤 加以区别。使人误把静电损伤失效当作其他失效。 南太电子有限公司 静电知识手册 静电损伤与别的损伤的比较 静电放电(ESD)损伤 电过载(EOS)损伤 南太电子有限公司 静电知识手册 静电放电失效类型 突发性完全失效，这种类型指由于静电放电造成电子元器件自身短路 ，开路，功能丧失或参数不合格等，因而立即失去其工作能力。除静 电放电造成的失效外，静电场力的破坏作用也是导致电子产品静电失 效的原因之一。据有关统计资料表明，在受静电损伤的电子元器件中 ，突发性完全失效约占失效总数的10%。 潜在性缓慢失效，这种类型指带电体所带静电位或存储的静电能量较 低，一次静电放电脉冲不足以引
10、起电子元器件的完全失效，只是器件 的静电敏感度下降，元器件的参数缓慢下降，直至在某一不可预测的 时刻发生失效，丧失工作能力， 往往导致严重的损失。据有关统计资 料表明，在受静电损伤的电子元器件中，潜在性的缓慢失效约占失效 总数的90%。因此危害性更大。 南太电子有限公司 静电知识手册 电子元器件静电放电失效的机理 电子元器件与静电放电有关的典型失效机理包括：热二次击穿、 金属导电层熔融、介质击穿、表面击穿、体击穿和气体的电弧 放电等。 其中热二次击穿、金属导电层熔融和体击穿与功率（电流）有关 ，介质击穿，气体的电弧放电和表面击穿等与电压相关。 功率（电流）失效 电压相关失效 南太电子有限公司
11、静电知识手册 常见电子元器件失效表 结构特点元器件类型失效特征失效机理 MOS结 构 场效应晶体管（分立式） 有金属跨接的半导体器件 MOS电容器 MOS集成电路 短路(大的漏 电流） 过电压引起介质击穿 半导体结二极管（PN、PIN、肖特基） 双极型晶体管、结型场效应晶体管、 MOS场效应晶体管和MOS集成电路的输 入保护电路、硅晶体闸流管。 短路（失去二 极管或晶体管 作用） 由于能量过大或过热引起 的微等离子区二次击穿造 成的微扩散。或因Si 和Al 扩散引起的电流束的增大 （电迁移） 金属化条混合集成电路、单片集成电路、梳状覆盖 式晶体管 开路与焦耳热有关的金属化层 熔融 间距很近 的
12、电极 未钝化的薄金属、无保护的半导体、微电 路和声表面波器件 工作性能降低电弧放电使电极金属烧熔 膜电阻器混合集成电路、密封的膜电阻器电阻漂移介质击穿或与焦耳热能量 相关的微电流通路的破坏 南太电子有限公司 静电知识手册 静电性能测量与静电放电敏感度试验 静电性能测量与静电放电敏感度试验概述 测量仪器与测量项目 注意事项 静电放电模型 静电放电敏感度 南太电子有限公司 静电知识手册 静电性能测量与静电放电敏感度试验 静电性能的测量和静电放电敏感度试验是整个静电放电防护工作 中不可或缺的重要组成部分。为了解生产过程中静电起电情况，判别生产 过程中静电的影响程度，检验静电防护用品、设施、工器具和材
13、料的静电 性能，需要对静电性能参数进行测量。为了考核静电敏感电子产品的设计 和制造质量，需要对这些产品的静电放电敏感度进行试验。静电测量和试 验的目的，可归纳为下述几点： 为静电防护工程设计和改善产品自身抗静电性能设计提供数据和依据。 在实际运行条件下，判断人体，装备，工装器具等是否可能成为静电放电 危害源。 检测静电防护器材(器具、工具、设备、材料)的性能和质量。 评价静电防护措施的效果。 当发生静电放电危害后进行模拟测试，分析事故原因，为采取有针对性的 措施提供依据。 评定静电敏感电子产品的设计和制造质量。 南太电子有限公司 静电知识手册 测量仪器与项目 静电电压表可用来测量物体上的静电电
14、压。它分为两种：接触式 静电电压表和非接触式静电电压表。 接触式静电电压表用来测量 导体上的电压，如元器件上管脚 上的电压。接触式静电电压表不 能测量非金属物体。 非接触式静电电压表是利用静电 感应或空气电离原理进行工作， 用来测量非金属物体上的静电压 。非接触式静电电压表的精度不 是很高，一般也就是5% 15% 。 南太电子有限公司 静电知识手册 测量仪器与项目 静电量表（又称为纳库表）可用来测量物体上的静电电量。它分 为两种：接触式和非接触式测量。 接触式用来测量金属上的电量非接触式用来测量绝缘体上的电量 南太电子有限公司 静电知识手册 测量仪器与项目 在静电防护中，涉及到的物体电阻包括体
15、积电阻和表面电阻。它 们都是与静电泄漏密切相关的物体特性参数。 物体因接触分离摩擦等都可在其表面产生静电荷。对于高电阻率 的物体，其上的静电荷中和或泄漏的时间将很长，因而使物体长时间 带电，对于低电阻率的物体，其上的静电荷会很快的泄漏中和，使物 体不易带电。 原理上，我们应该测量物体的电阻率和电 阻而不仅仅是电阻。可在实际使用上，由 于电阻远比电阻率容易测量，且得到的电 阻率与电阻值数量级相差不大，所以相当 一部分公司、机构等都只测量电阻。 注意: 国际上一般对电阻大于1E6欧姆的材料采用恒压 100V测量，对于小于1E6欧姆的材料采用恒压10V测量 南太电子有限公司 静电知识手册 测量仪器与
16、项目 评估除静电离子发生器的静电中和能力的两个主要的参数： 平衡电压（指离子发生器偏离出平衡的最大偏移电压。越小越好） 静电中和时间（指离子发生器中和静电到安全水平所需要的时间。一 般指从1000伏到100伏所需的时间。越快越好） 注意: 静电中和时间与离子发生器离 CPM充电板的距离密切相关。 测量离子发生器性能的仪器为 CPM(Charged Plate Monitor)，见右图： 按国际规定：充电板应该有15cm*15cm的 面积，电路的总电容应为202pF，绝缘电 阻大于2E12欧姆。 南太电子有限公司 静电知识手册 静电测试注意事项 表面电阻的测试： 对于电阻大于1E9欧姆的材料，其重复性较差。从 本质上说，是与静电带
