ESD的危害及其防护

居宇鸿

（苏州工业园区工业技术学校，江苏 南京 210000）

一、ESD的危害

1.1 ESD的概念

静电释放（ESD）是一种由静电源产生的电能进入电子组件后迅速放电的现象。当电能与静电敏感元件接触或接近时会对元件造成损伤。

1.2 ESDS的概念

静电敏感（ESDS）元件就是容易受此类高能放电影响的元件。元件对ESD的敏感程度取决于其材料及构造。元件越小，运算速度越快，就越为敏感。

1.3 ESDS元件失效的形式

ESDS元件会因不正确的操作或处理而失效或发生元件性能的改变。这种失效可分为即时和延时两种，即时失效可以重新测试、修理或报废；而延时失效的结果却严重的多，即使产品通过了所有的检验与测试，仍有可能在送到客户手中后失效。所以对ESDS元件进行电路保护性设计和包装是很重要的。在生产区域，一些接触ESDS元件的操作不能使用未经保护的电子组件（如测试夹具）。ESDS元件只有在静电防护区（EPA）内的 EOS/ESD安全工作台上才可以从防静电包中取出。最好的ESD损害的防护是将防止静电的生成和消除生成的静电两者结合起来。所有的ESD防护技术和产品的原理都是基于以上两者或其中之一。

表1 典型的静电源

二、ESD的成因

ESD损害是静电源产生的电能作用到或过于接近ESDS元件或设备所导致的结果。静电源在我们周围随处可见。生成静电的强度取决于其特性。某些动作容易产生静电能，如：接触、分离、摩擦材料等。

大多数产生严重静电故障隐患的是绝缘材料，因为他们集中了电能而不是将电能从材料表面释放掉（见表1）。一般的材料如塑料袋或聚苯乙烯泡沫塑料容器是严重的静电源，它们不允许在生产区域内，尤其是静电安全区/静电防护区（EPA）内使用。撕扯胶带的动作能产生20000伏的电压。甚至压缩空气冲击绝缘表面时也会产生静电。

表2 典型的静电压生成强度

破坏性的静电常常由附近的导体引发，如人体皮肤，并释放到组件的导体上。当携带静电荷的人体接触印板组件时就会发生以上情况。电子组件会被通过导体媒介ESDS元件的静电释放破坏。远低于人体能够感觉到的最低的静电释放（小于3500伏）仍能对ESDS元件造成损害。典型的静电压生成强度如表2。

三、ESD损害的防护

3.1 警告标识

警告标识可张贴、悬挂、安放于厂房、设备、组件和包装上，用以提醒人员注意操作时造成的静电释放或电气过载损害的可能性。图1列举了较常见的标识。

标识（1）ESD敏感符号。三角形内有一斜杠跨越的手。用于表示容易受到ESD损害电子电气设备或组件。标识（2）ESD防护符号。它与ESD敏感符号的不同在于有一圆弧包围着三角形，而没有一斜杠跨越手。它用于表示被设计为对ESD敏感组件和设备提供ESD防护的器具。标识（1）和（2）用于标识对ESD敏感或具有ESD防护功能的设备、组件或容器，对其应进行相应的处理。没有ESD警告标识未必意味着该组件不是ESD敏感的。当质疑一组件的静电敏感性而定论时，必须将其作为静电敏感组件处理。

图2

3.2 防护材料

当在非静电安全环境或工作区别，必须采取措施防止ESDS元件受到静电的伤害。因此可以使用静电屏蔽料盒、包装等方式。只有在静电安全工作区，才可以将ESDS器件从其静电防护包装中取出。

了解三种不同类型的防护包装的区别是很重要的：静电屏蔽（或阻挡层包装）材料；抗静电材料；静电消散材料。静电屏蔽材料可防止静电释放穿透包装进入组件引起的损害。

抗静电材料可作为ESDS器件廉价的中转包装或暂存使用。抗静电材料在使用中不产生电荷。但是，如果发生了静电释放，它能穿透包装进入组件，导致ESDS元件的ESD损害。

静电消散材料具有足够的传导性，使电荷能通过其表面消散。离开EOS/ESD防护工作区域的部件必须使用静电屏蔽材料包装，在其材料内部通常也有静电消散材料和抗静电材料。

不要被包装材料的“颜色”误导。一般来说“黑色”包装是静电屏蔽的，而“粉红色”是抗静电的。尽管这通常是正确的，但也可能起误导作用。另外，现在市场上有许多新型的透明材料，他们可能是抗静电甚至静电屏蔽的。同时，也有可能有些在生产中使用的透明材料可能会引起ESD损害。因此，目前“颜色”不再是绝对的判断条件了。

注意：一些静电屏蔽材料和抗静电材料，以及一些防静电措施可能会影响组件、元件和材料在使用中的可焊性和工艺性能。选择对产品无影响的包装和材料操作，并遵循其供应商的指导使用。使用可溶性清洁剂清洁静电消散或抗静电材料表面会降低它们的ESD防护性能。因此要遵循制造商的建议进行清洁。

表3 防静电安全操作的最大接地电阻和放电时间

3.3 防静电工作台

防静电工作台能防止在操作时尖峰脉冲和静电释放对于敏感元件的损害。为了ESD防护，必须提供一个静电接地的路径，否则就可能在设备或组件上产生静电释放。ESD安全工作站/EPA具有接地的静电消散或抗静电工作台面。对于操作人员的皮肤也应有相应的接地方法，用于消除皮肤或衣物产生的静电，防止电腕带是较好的选择。

在接地系统中必须采取措施，用于防止操作失误或设备故障时产生的电流对于操作人员的人身伤害。在接地路径中接有电阻，它可减慢放电速度，防止ESD发生源产生电火花。另外，必须调查所使用的电压，在工作台提供的对于人员电气伤害的防护。

防静电安全操作的最大接地电阻和放电时间，见表3。

可接受的工作台示例如图2。如有需要，可在某些高敏感度的场合使用空气离子发生器。离子发生器的选择、安装和使用必须保证其使用效果的正常。

工作台应杜绝静电荷生成材料，如聚苯乙烯泡沫塑料、塑料焊锡去除器、纸质保护袋、塑料或纸质的笔记本或物件夹、以及员工个人物品。

定期检查工作台/EPA，以保证其有效性。ESD的各种危害可能因不正确的接地方式或接地部位氧化造成。必须定期检查和保养工具设备以保证其正常使用。

[1]崔强.集成电路中ESD防护研究 [D].浙江大学，2008.

[2]苗萌.ESD防护设计的若干问题研究[D].浙江大学，2012.

[3]徐金华.ESD防护控制的一些看法[J].舰船电子工程，2005，（5）：33-37.