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（一）靜電的基本概念

一．靜電及其與工業用電的區別

1．定義：

靜電并不是靜止不動的電，而是指電荷在空間稍為緩慢移動，其磁場效應比起電場的作用可以忽略的電。由于電荷和電場存在而產生的一切現象均稱為靜電現象。

2．靜電與工業用電的區別：

從電的本質及一般所具有的特性、規律來看，靜電與工業用電是一樣的，但二者具有明顯的區別。

（1）起電方式不同

一般工業用電是由電磁感應原理產生，而靜電，除靜電技術應用和少數情況例外，大量的是因接觸、摩擦、分離而起電的。

（2）能量相差很大

靜電在空間積蓄的能量密度（1/2ε₀E²）一般zui大不超過45焦耳/米³（J/m³），而電磁機器空間積蓄的能量密度（1/2μ₀H²）卻很容易達到10⁶焦耳/米³（J/m³），二者能量相差可達10⁵倍。

（3）表現形式不同

靜電電位往往高達幾千伏，甚至幾萬伏，而工業用電常用相電壓220伏，線電壓380伏。靜電電流很小，常為毫微安（10^-9A）數量級，工業用電則常用安培（A），幾十安培（A）數量級。

（4）歐姆定律的適用性不同

工業用電的電路是符合歐姆定律，即R=V/I，然而靜電釋放電路則很難適用歐姆定律，因為靜電的泄漏和釋放的途徑，除物體內部和表面外，還可以向空間釋放泄漏，故無法準確計測靜電泄漏電流和泄漏電阻。

二．靜電分類和摩擦帶電機理

 1．靜電的分類

（1）按起電的方式分：

① 接觸摩擦分離起電

兩種不同的物體相互接觸摩擦分離，各自產生數量相同，極性相反的電荷，此類起電方式大量出現在各行各業和日常生活中。

② 靜電感應起電

當一個中性物體靠近帶電體，或帶電體移近一個中性物體時，由于帶電物體電場作用，這中性物體在靠近帶電物體的一端出現帶電物體電荷極性相反的電荷，而遠離的一端出現與帶電物體所帶電荷極性相同的電荷。這類起電方式也是大量存在的。

③ 電磁感應起電

現代工業和日常生活中用的動力電、照明電等都是利用電磁感應發電原理起電的。靜電技術應用也都是利用電磁感應發電原理的低壓電變換成高壓電的新技術應用。

④ 射線電離空氣起電

空氣、絕緣體在放射性同位素α、β、γ射線的照射下，會使中性分子電離起電。

⑤ 物質三態變化起電

水是良導體，而冰是帶電的，液態水變成水蒸汽—氣態、水蒸汽是帶電。

水蒸汽上升遇冷凝結成水珠、雪或冰雹等，也是帶電的。

     ⑥ 分子分裂起電

       物體的變形、破碎、斷裂等都會使其中性分子分裂而帶電，甚至突然斷裂、破碎的瞬間出現放電火星。

     ⑦ 極化起電

在電場中，一些不帶電的電介質的正負偶極子電荷，在電場力的作用下，會相互向反方向微小的變位，而對多數極化性分子來說，其偶極子會定向排列，因此，出現一端為負電性，另一端成為正電性，通稱為介電極化。

一些電介質當施加一定壓力后，會發生電極化，當施加電場會發生偶極距傾斜，前者為壓電效應，后者為壓電熱效應，通稱為壓電極化。

而一些介質在外電場不存在的情況下，將*地保存著電極化，會在周圍形成電場，這樣的物體叫駐極體。駐極體由制取方法不同，又有熱駐極體、電駐極體、光駐極體、放射性駐極體和電磁駐極體等等。

     ⑧ 場致發射起電

       粒子在任意電場中，會變為一個電偶極子，若電場強度很高，粒子中的電子可能被高電場作用從負端引出，稱電子場致發射，或者粒子中的正離子可能被從正端引出，稱正端子場致發射。

籍此種方法能在短時間獲得大量電子，利用電子場致發射的脈沖系統作為X-射線的短脈沖，以及高速射影中曝光。

（2）按帶電體分類

     ① 固體帶電：塑料、橡膠、膠片、紙張、薄膜、布匹、化纖等在擠出、脫模、烘壓、輥壓、刮膠、收卷、傳送、切割等作業生產過程的帶電現象。

     ② 液體帶電：各種絕緣油品、絕緣試劑、污油水等在裝卸、噴出、攪拌、清洗、運輸作業過程中的帶電現象。

     ③ 氣體帶電：壓力氣體的排放、泄噴的氣體、水蒸汽噴出、蒸汽霧云、管道中流動中氣體的帶電。

     ④ 粉體帶電：塑料粉、醫藥粉、農藥粉、火藥粉、糧食粉、巧克力、奶粉等粉碎、篩分，氣流輸送等作業的帶電。

⑤ 人體帶電

     人體生理變化或運動，身體各器官組織也在表現出電性，如人體細脆膜的靜止電位約有100mv。

⑥ 生物帶電

自然界許多生物是帶電。如蜜蜂腳上帶有6～7V的靜電，將花粉吸住。海里還有一種帶電的電魚，這種電魚能產生幾百伏的電位，而它的發電器官只有數微米大小的細胞。聽說非洲還有一種電樹。

（3）按電荷性質分類

單極性電荷、雙極性電荷、正電荷、負電荷

2．摩擦帶電機理

工業生產和日常生活中，到處存在摩擦帶電現象，然而兩種物體摩擦如何起電，有必要作一簡明、扼要、通俗敘述。

（1）帶電的三個過程：

任何物體摩擦帶電都脫離不了這三個過程

① 接觸——電荷轉移

     兩種物體接觸，界面間距達到10^-8cm（即：埃）數量級時，就會發生兩物體間的電荷轉移，在界面形成所謂的“雙電層”，在液體中有形成“電偶離子層”之說。這“雙電層”或“電偶離子層”的厚薄大小是隨材料電阻率而異，電阻率較小的油液，因電傳導大，電偶離子層被縮到距管壁約10^-8cm的范圍，而對于電阻率大的油液，可以擴散到距離固體面約數毫米的液體內部。

② 摩擦——起電

      兩種物體接觸，形成“雙電層”，或“電偶離子層”后，由于摩擦、機械力等作用，將擴散的一部分電子或離子，從“雙電層”或“電偶離子層”中剝離出來，隨固體帶走，或隨液體一起流走，電荷平衡受到破壞，這樣，摩擦的雙方將各自帶上極性相反的電荷。

③ 分離——電荷積累、呈帶電狀態

      分離時，極性相反的電荷會相互吸引、再結合、進行中和，另外，產生的電荷會從物體的表面，體內或空間泄漏、消散。對于一些物質這樣中和、泄漏是很快的，而有的物質卻很慢，造成電荷過剩，當產生的電荷比泄漏中和的電荷多，就會引起電荷的積累，形成帶電。電荷積累持續時間，取決于物體的性質和環境條件，如不同的油液靜電消散時間1/1000S至幾h。

（2）靜電帶電的本質

     物體摩擦帶電的本質是少量雜質的作用。嚴格說，純凈的物質是不會產生靜電的，更談不上帶電了。而物質含雜質很多，即使產生靜電也會很快中和或消散掉，呈不帶電狀態。含少量雜質的物質摩擦起電大，也不易中和泄漏，而積累起來，成為帶電的物體。國外許多資料報導，物質的電阻率在10¹⁰～10¹⁵Ω·cm范圍容易產生靜電，也不易泄漏。

溶劑，油品在管道中流動產生靜電，必要條件是其內部要有一定的離子，如乙醚有微弱的電離性，易于產生靜電。然而象苯、汽油、航空煤油等一些輕質油品都是不電離的，但也能產生很強的靜電，就是這些油品內含有少量雜質的緣故，這一點許多行業的靜電測量和研究中，已為大家所證實。又如聚乙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚四氟乙烯，聚丙烯，塞璐珞等塑料，其ρ_V均在10¹⁰～10¹⁵Ω·cm范圍，易帶靜電。

從這一機理出發，便可想而知，油中混入少量的水，粉體帶有少量的可燃性液滴，可燃性氣體中混入少量的粉塵等等，都極易產生危險性的帶電，如國外有資料說，輕油中含有6%的水，靜電發生量將增大20倍。

三、材料的劃分和帶電系列表：

1．材料的劃分

從靜電角度說，一般按各物質的所具有的導電性（或電阻率大小），有以下兩種劃分方法：

（1）靜電導體、靜電亞導體和靜電非導體

靜電導體：在任何條件下，體電阻率等于或小于10⁶Ω·m（即導電率等于或大于10^-6S/m）的物料及表面電阻率等于或小于10⁷Ω的固體表面。

靜電非導體：在任何條件下，體電阻率等于或大于10¹⁰Ω·m（即導電率等于或小于10^-10S/m）的物料及表面電阻率等于或小于10¹¹Ω的固體表面。

靜電亞導體：介于二者之間。

（2）靜電導電型材料、靜電耗散型材料、靜電屏蔽材料和不易帶電型材料

     導靜電型材料：

     ① 表面電阻率小于1×10⁵Ω或體積電阻率小于1×10⁴Ω·cm的材料（YD/T 754-1995）

     ② 該材料表面電阻、體積電阻應小于1×10⁶Ω（SJ/T 31469-2002）

    靜電耗散型材料：

     ③ 表面電阻率大于1×10⁵Ω和小于或等于1×10¹²Ω，或體積電阻率大于1×10⁴Ω·cm或等于1×10¹¹Ω·cm的材料（YD/T 754-1995）

     ④ 該材料表面電阻、體積電阻應在1×10⁶Ω～1×10¹⁰Ω之間（SJ/T 31469-2002）

屏蔽材料：電阻率很低的導電體，表面電阻率≤10²Ω，一般摩擦不起靜電。

不易產生靜電材料，摩擦起電電壓小于或等于2KV的材料。

（3）導靜電地板、靜電耗散地板和不易產生靜電地板

導靜電地板（ECF）：電阻2.5×10⁴Ω～1×10⁶Ω；

耗散地板（DIF）：電阻1×10⁶Ω～1×10⁹Ω；

不易產生靜電的地板（ASF）：摩擦起電應小于2KV。

2．帶電系列表

二種材料摩擦帶電，必然是一種材料帶正電，另一種材料帶負電，而帶電量大小，則取決于二種材料的性質、摩擦力大小、分離速度、表面粗糙度以及周圍環境狀況而異。下表的帶電系列揭示的二個規律：

（1）二種材料摩擦帶電，處于表中前面的材料帶正電，處于表中后面的材料帶負電。

（2）二種材料摩擦帶電，處于表中相對位置錯開越多，帶電便越顯著。

四、ESDS元器件、組件和設備的分級

     1級：易遭受0-1999V ESD電壓危害的電子產品；

     2級：易遭受2000-3999V ESD電壓危害的電子產品；

     3級：易遭受4000-15999V ESD電壓危害的電子產品。

對大于16000V ESD 電壓危害電子產品，則認為是非靜電敏感產品。列于ESDS產品的還包括所有安裝ESDS元器件的印刷電路板，高于1GHz頻率工作的半導體器件及微型計算機控制裝置。

五、術語（英文縮寫注解）

   1）ESD （Electrostatic Discharge）靜電放電

   2）EMC （Electro-Magnetic Compatibility）電磁兼容

   3）ESDS （Electrostatic Discharge sensitive）靜電放電敏感（的）

   4）ESSD （Electrostatic Sensitive Device）靜電敏感器件

   5）EPA （Electrostatic Discharge Protective area）防靜電工作區

   6）EBP （Earth Bonding Point）接地連接點

   7）IC （Integrated Circuit）集成電路

   8）MOS （Metal oxidation Semiconductor）金屬-氧化物-半導體

   9）CMOS （Complementary Mos）互補金屬-氧化物-半導體

   10）HMOS （High Density Mos）高密度金屬-氧化物-半導體

   11）PMOS （P-channel Mos）P溝道金屬-氧化物-半導體

   12）NMOS （N-channel Mos）N溝道金屬-氧化物-半導體

   13）VMOS （Vertical Mos）垂直槽金屬-氧化物-半導體

   14）MIS （Medium Scale Integration）中規模集成電路

  15）LSI （large Scale Integration）大規模集成

   16）VLSI （Very Large SI）超大規模集成

   17）VHSI（Very large Speed Integration）超高速集成

六、常用有機化工材料縮寫字

PE 聚乙烯       HDPE 高密度聚乙烯         LDPE  低密度聚乙烯

PP 聚丙烯       PVC  聚氯乙烯             PVAC   聚乙酸乙烯酯

PS 聚苯乙烯     PET  季戊四醇（聚酯）     PMMA  聚甲荃丙烯酸甲酯

ER 環氧樹脂     PA6  尼龍                  PC  聚碳酸酯

PU 聚氨脂       ABS  工程塑料             HIPS 耐沖擊性聚苯乙烯

（二）電子工業靜電危害

一．電子行業生產中的靜電

  1．半導體IC生產線的靜電。

  ① 穿著尼龍衣、塑料基底鞋緩慢在清潔地板上走動，人身會帶7KV-8KV電壓。

  ② 玻璃纖維制成的晶體載料盒滑過聚丙烯桌面時，易產生10KV靜電。

  ③ 晶片裝配線：晶片5KV，晶片裝料盒35KV，工作服10KV，桌面10KV，有機玻璃蓋8KV，石英晶體1.5KV，晶片托盤6KV。

  ④ 光刻間塑料地面500V-1000V，擴散間塑料地面500V-1500V，瓷磚地面也是500V-1500V，塑料墻紙700V，塑料頂棚0-1000V，鋁板送風口，回風口500V-1000V，金屬活動皮革椅面500V-3000V。

  ⑤ 修理電路板用的吸錫器，使用時新的吸錫器可產生50000V，舊的可產生小于1000V。

2．TFT-LCD生產流程中的靜電

（1）

（2）

3．工作實驗室中產生靜電典型例

表：典型靜電電壓                                              V

二．電子工業的靜電危害

1．靜電危害的一般特點

（1）庫侖力的危害；

（2）靜電放電的危害：

         ① 電擊；② 絕緣擊穿，產品報廢；③ 干擾誤動作；④ 爆炸火災。

（3）靜電感應的危害。

2．靜電危害表現：

（1）靜電庫侖力的危害：

吸上粉塵、污物，帶給元器件，增大泄漏或造成短路，使性能受損，成品率大大下降。這種情形多發生在外延、氧化、腐蝕、清洗、光刻、點焊和封裝等工藝過程中。實例：

      ① 如半導體的光刻對塵埃特別敏感，在曝光工序時，無論是在晶片上還是在防護罩上的任何級別的塵埃都能引起管芯圖形的失效。

② 外延生產工序中，晶片表面沾染塵埃，其后果可能是工序生長率的偏離、不，晶粒的生長或晶體結構錯位。

③ MOS和EPROM器件柵極氧化工序中，由于塵埃的沾染使器件的成品率和可靠性大受影響。氧化層是一種由硅和氧原子的無規則網結成的玻璃多晶體形狀，任何塵埃的污染可能破壞這無規則結構，或破裂柵極氧化層，使其器件因ESD失效更敏感。

（2）靜電放電引起的危害：

如有數千、數萬伏的高電位物體發生脈沖刷形放電或火花放電時，瞬間會有很高的放電電流流過，若人體帶上10KV（100pF）的電荷，其放電電流流向大地時是形成瞬間脈沖電流峰值為20A，造成可觀的影響，靜電放電（ESD）還伴隨著電磁波發射，會引起種種危害。實例：

     ① MOS IC、EPROM等半導體器件將被靜電放電（ESD）擊穿或半擊穿

MOS場效應管其柵極是硅氧化膜引出，柵極與襯底間是隔著一層氧化膜，當柵極與襯底間的電壓超過一定值，氧化膜便被擊穿，如果是MOS IC，則全部報廢了。當SiO₂耐壓場強E=（5～10）·10⁶V/cm，SiO₂膜厚1000-2000Å之間時（取D=1000Å），其施加電壓大于U_B=50-100V氧化膜便會被擊穿。柵極電容很小（約幾個PF），輸入阻抗很高（約10¹⁴Ω以上），這樣，少量的電荷就會產生很高電壓，電荷也很難泄漏，只要大于50V（無保護）就會燒毀，所以，只要人手一摸柵極，元件就壞了，因為人帶電超過50V是平常事。

     ② 半導體P-n結，P-i-n 結和肖特基勢壘結，對ESD的敏感性取決于幾何圖形、尺寸、電阻率、雜質、結電容、熱阻、反向漏電流和反向擊穿電壓。如雙極型晶體管中的發射結比集電結，或集電極—發射極更容易受ESD損害，是因發射結的尺寸和幾何結構比較小；具有高阻抗柵極的結型場效應管對ESD特別敏感，是因為其具有小于1nA的柵漏、柵源的低漏電流，大于5OV高擊穿電壓。而肖特基勢壘二極管和TTL肖特基集成電路對ESD也特別敏感，是因為它屬于淺結，能夠使金屬通過此種結而滲透。

     ③ 薄膜電阻器對ESD的敏感取決于電阻器材的成分，配方和電阻器的功率，其后果是造成電阻值的變化，含膜的電阻對ESD特別敏感，經常發生ESD問題的是0.05w金屬膜電阻。

④ 組裝中要損壞器件，或造成電子儀器設備故障或誤動作

A．靜電放電損壞元器件使整塊印刷電路板失去作用，造成經濟損失；

B．靜電放電的噪聲引起機器設備的誤動作或故障—間接放電影響，電容放電測得結果，除產生瞬間脈沖大電流外，還會產生跨越數兆赫茲，甚至數百赫茲的強大噪聲。近年來，靜電放電噪聲引起計算機誤動作的基礎研究取得很大進展。

C．放電時產生的電磁波進入接收機后，會產生雜音，干擾信號，從而降低信息質量，或引起信息誤碼差。

（3）靜電感應的危害

受靜電感應的物體與帶電體*等價，并有靜電力學現象和放電現象的發生，如果感應物體的電阻是較小的良導體時，還會發生火花放電造成危害。實例：

      ① 生產操作的車間里

       高電壓設備、線路附近，人員在操作焊接、擺弄MOS器件或MOS IC時，由于 靜電感應，極易引起人體對器件的靜電放電，從而損環器件。

      ② 管道輸送的空調氣流（離子流），對人體吹風時相當于充電，當帶電人體接觸敏感器件，靜電放電會擊穿損壞器件。

歸納起來，靜電引起的現象足以造成電子器件和電子儀器設備性能失調，其對電子器件設備危害的狀況見下表所示。

三、半導體靜電擊穿現象

1．靜電擊穿的部位

器件靜電擊穿主要發生在ΡΝ結區域或氧化膜中，其次有時也發生焊（布）線膜部分的熔斷現象。

查找故障發生的位置，可以從以下全過程去進行：

    ① 觀察易于受到靜電脈沖電流作用的地方，如輸入或輸出回路，阻抗較高的地方；

    ② 從器件結構上較弱的部位去查找，如熱容量較小之處，場效應管的柵極氧化膜等耐壓性能較差的地方；

    ③ 從電場較為集中的邊緣部分去查找。

對于二板管、三板管等分流器件，發生故障的模式比較簡單，但是，對于集成度較高的IC、MSI、LSI、VSI之類，發生故障部位查找判斷就不是那么容易。通常是通過實驗，再現故障現象，將其與實際故障的模式進行分析對比，從而判斷出靜電的沖擊來自何處。

2．半導體器件靜電擊穿機理—— 一般可以考慮為熱擊穿的多。

      結區擊穿———表面——漏電痕跡——距離  │

            │        │                離子  │

            │        │                灰塵  │—————絕緣擊穿

            │        │──放電────吸濕─│

            │── 內體 ──正向────雜質─│

                         │             缺陷  │──非均勻性──熱散逸    │

                         │ 反向────針孔  │                          │

                                                                          │熱擊穿

     焊（布）線膜擊穿────（布）焊線膜────熱熔斷──────────

                     │───（布）焊線───│

 氧化膜擊穿────結合擊穿────非均勻性────絕緣擊穿

              │                                  │

              │─────本征擊穿────────│ 

說明：

① 結區的擊穿

Si器件通電時，溫度隨之升高，Si的電阻也隨之增高，當溫度超過一定，Si的電阻反而下降，從而又導致輸入電流增大和溫度上升，進而降低電阻，形成所謂的熱散逸現象。這是熱擊穿中的zui基本形態。可以認為在靜電作用下產生的正向擊穿就屬這一機理 。

至于反向偏壓加于結區上，由于極薄的PN結合面幾乎要承受全部電壓，結區的熱耗變大，而在結區非勻質之處，即由熱散逸，溫度急劇上升，而形成所謂熱點，導致擊穿。

② 膜（鋁）布線擊穿

其原因可能是靜電放電，或放電電流，或是受結區溫度的影響，總之，都是熱的因素擊穿。如熱的作用下，鋁線熔斷而形成開路，或者由于熔融的鋁而產生跨接短路。

③ 氧化膜的擊穿

      a 單孔型擊穿：形成幾μm—幾百μm的圓孔，這時的電場是在0.5MV∕cm以上，靜電能量與電容存的能量差不多

b 傳播型擊穿：在高靜電壓，串聯10KΩ以下的電阻時產生象蟲子咬過一樣的擊穿模式，這種形式似乎的單孔型擊穿作為觸發源，通過介質使孔中氣體擊穿形成。

C 自動恢復型擊穿，當SIO₂膜很薄時（幾千Å—幾萬Å）擊穿后。由于該部分的蒸發、消失，具有自動恢復性能。

3．在判斷器件故障的模式時，應注意以下問題

      ① 考慮通常使用情況下，與相比，廢品發生了哪些異常，為此可以測量兩者輸出波形和絕緣阻抗的變化，從而確定異常的狀態。

② 對難易再現故障狀態，若用電容的放電實驗進行檢驗，則可以改變電容大小，觀察擊穿電壓與電容的關系，若利用短時脈沖放電方法檢驗，觀察擊穿電壓與脈沖寬度之間的關系，然后將以上電容或脈沖寬的變化所形成的不同故障方式。與廢品故障模式進行對比，從而推測出引起器件損傷的靜電能量值。

（三）電子工業的靜電防護措施

主要從元器件和整機的設計考慮靜電防護、靜電防護工作區設計、防靜電安全操作程序等三個方面進行。

一．元器件和整機的靜電保護設計

1．靜電保護設計要求

為使用靜電敏感器件、電子儀器及設備具有較強的抗靜電能力，在新產品設計上要仔細考慮靜電保護，要求：

① 靜電敏感器件的設計在滿足技術性能的前提下，要盡量采用耐靜電損壞的材料、器件和線路設計中要考慮一定保險系數的保護電路。

② 在整機產品設計中應選擇不易受靜電損壞的元器件，對于必須采用靜電敏感元器件時，應將它們設置在受保護的位置上。

③ 隨著電子產品的小型化使其元器件組裝密度日趨提高，其它結構件在空間位置設計的合理性與否將決定靜電危害的大小，如機殼內部通風的散熱問題，靜電屏蔽，開關接地等靜電抑制技術問題。

④ 為抑制靜電噪聲的影響，印刷電路板的設計要盡量合理。

     ⑤ 靜電敏感器件采用后，應在整機另匯總表、組裝配圖上標有靜電警告符號。

2．器件的保護措施

（1） Si硅材料雙極型IC結構 

  大致分為外部保護和內部保護二類。

① 外部保護：一般是輸入端上串聯電阻或者并聯二極管，這樣可以限制靜電放電的電流，增大放電時間常數，或者形成靜電能量的旁路，從而保護器件免遭靜電擊穿。

通過試驗，采取保護措施后，擊穿強度可提高二倍至五倍，但IC上采用這種保護是比較困難，而且必須注意附加電阻或二極管的方式，特別是二極管，如果安裝位置、引線長度，耐壓及電流容量考慮不周時，效果只有預期的一半。

② 內部保護：IC的擊穿多發生在輸入端附近的電路中，所以保護電路通常是設置在與輸入端有關的部分。采用同前外部保護電路的方法。

但一般保護電路并非萬全之策。較大能量作用下，仍會發生擊穿，另外對器件的性能和成本也會發生影響，如增大電阻的熱噪聲，使頻率響應特性變壞，加之二極管的置入，會使芯片尺寸增大，輸入電容增加，從而使頻率響應劣化等等。

為此可采用改進器件的結構，以提高耐靜電性能。如增大發射極周長；將包括電極墊片的鋁線整體做在P型擴散層上，使以往的鋁線與襯底間的絕緣用SiO₂氧化膜改為Pn結；改進內部引線圖案，改變摻雜濃度等等。試驗結果在SiO₂膜上不會出現針孔，在小電容區域的擊穿電壓較以前IC為高，故障率大致縮小十分之一。

（2）Si材料MOS IC結構

       由于這類器件耐靜電性能差的弱點，以前幾乎所有MOS IC都采用這樣或那樣的保護措施。然而，要*避免是不可能的，應把MOS IC器件當作SSD來對待。

       MOS IC擊穿大多數是柵極SiO₂膜的擊穿，今后元器件微型化，大規模集成化以及柵極氧化膜厚度變薄的趨勢，這種擊穿更為嚴重，分析損壞狀況可分為四種情形：① 柵極氧化膜擊穿；② 保護電阻熱熔斷；③ 保護二極管結區的擊穿；④ 布線閥發生閃絡通路擊穿。

       MOS  IC的保護方式，基本上也與雙極型IC的情況相同，多半采用保護電阻及保護二極管，其中：

     R的作用：消耗靜電放電功率，降低柵極二端的電位差，從而提高耐靜電性能。

     二極管作用：MOS柵極二端電壓大體上按D的反向耐壓程度而減小，D比R小，響應快，耐靜電性提高。

（3）化合物半導體器件

在硅器件無法實現其功能的領域，可利用化合物半導體材料所具有的各種工能帶結構，物性常數而制成的化合物半導體器件，尤其在微波通信、光通信領域是一種主要器件，開創了超高速數字IC實用化的新篇章。

       激光二極管、發光二極管、雪崩光電二極管等二極管與MOS場效應管屬此類元件。

       超高頻GaAs MOS場效應管，面臨耐靜電性能與高頻特性，高速特性之間矛盾。寧愿追求性能為目標，降低寄生電容和串聯電阻，勢必要犧牲抗靜電能力，只在組裝時采取防靜電措施，形成一個使人體充分接地的環境條件。

3．電子產品、機器設計應考慮事項

① 設計前應充分掌握所使用半導體器件耐靜電擊穿能力，安裝在底板上時應考慮它們盡可能地不互相接觸，且不讓易帶電的絕緣材料靠近器件。

② 與外部相連的金屬部分，例如連接用的腳線等易受靜電的作用，故不讓它們靠近器件及其布線；盡量避免器件的輸入端在開放狀態下形成回路，萬不得已需要形成開放回路時，則應在輸入端與地之間加入適當的電阻，從而保護輸入部分；而不使用的端子或電路部分應使其接地或用適當的方法形成閉合回路。

③ 與器件輸入連接線應盡量遠離裝置的機殼里，且其輸入信號應盡量使用屏蔽線；在器件的輸入輸出端布線的周圍，不能放置電性能浮動的金屬物體，以防靜電感應對配線放電而擊穿器件。

④ 盡量縮短布線長度，減小布線電容，以避免靜電感應、電磁感應。

⑤ 印刷電路板外圍部分應布置接地線，使用器件的底板實行機架接地時，不僅要用接地線進行直流的連接，且要用高頻電容器進行高頻的連接，而機器外的金屬部分應接地。

⑥ 機器外殼上實行靜電屏蔽是有效的，如在塑料機殼表面涂上導電涂料，并接地，或者要機殼與印刷電路板的間隙上，加上導電性的屏蔽，并接地。

4．在輸送、保管（儲存）時應注意事項：

（1）輸送、儲存半導體器件的容器應當在輸送中不因振動而帶電的材料，具有導靜電性能的容器，金屬容器由于電阻太小，易于產生靜電放電，應避免使用。

（2）使用涂刷有抗靜電劑或可抗靜電樹脂的容器時，必須注意其有效時間。

（3）輸送半導體器件時，為確保電極（出腳）端子等電位，應用短路環，鋁箔等短路，或使用導電性泡沫塑料。

（4）使用皮帶輸送機之類輸送裝置時，或使用小推車，必須進防靜電處理，讓輸送帶或小推車不帶電。

二．電子元器件和整機生產廠房靜電防護工作區設計

    1．靜電防護工作區的提出

歸納電子工業生產靜電危害的特點和電子元器件靜電擊穿機理、特點等，顯然可以從二個方面提出一個共識問題。一個是電子器件（包括MOS、CMOS、PMOS、TTL、IC、MOS、IC、ECLIC、LSI、VLSI等等）及其組裝整機生產廠房車間；另一個是計算機房、微波通信站機房、電臺廣播室，一些集中監控室以及精密電子儀器試驗室等等，都有一個共同的靜電危害問題，其危害特點是：

① 造成電子元器件靜電擊穿，不是產品報廢，便是使機器失靈，故障不能正常工作。

② 靜電噪聲引起機器的誤動作。據報導，美國曾為此集成電路造成幾十億美元的損失。

靜電是如何產生的呢？主要是廠房、車間、試驗室、控制室等房內均大量采用高絕緣體建筑裝飾材料，如地面、墻、臺、車、椅、箱、盒等，這是產生靜電的潛在因素；其二是人體步行或工作時，與不同物質材料磨擦產生的靜電；其三是空氣調節和空氣凈化引起的靜電離子和靜電問題。為此，這些場所便必須采用不易起靜電，又容易使靜電荷消散，可消除的良好環境，并解決人體帶電等諸問題。

2．靜電防護工作區ESD控制原則

（1）確定元器件靜電敏感度和相應靜電防護工作區的級別；

（2）盡量選用導靜電材料或靜電耗散材料，防止和減少靜電產生；

（3）工作人員、所有導體和靜電耗散物體都應接地（硬接地或軟接地）；

（4）盡量減少接觸摩擦；

（5）使用離子化靜電消除器，中和絕緣體表面電荷。

3．靜電防護工作區ESD控制設計的依據

電子器件生產車間和機房靜電防護工作區設計是消除靜電危害zui主要的措施之一，非常關鍵的問題，不只是新廠基建，還是老廠改造，都應作重要問題列入工程項目內容，從工藝設備、供電、凈化、內裝修設計中心采取措施，且把元器件廠、電子儀器廠以及計算機機房分別采取不同的防靜電措施，而靜電防護工作區設計的主要依據有：

① 確定整機選用敏感器件的耐靜電擊穿電壓。

② 整機設計和裝配工藝中將防靜電和電磁屏蔽結合考慮。

③ 各類計算機耐靜電性能。

④ 把防靜電措施納入潔凈室設計標準。

⑤ 確定元器件絕緣膜耐壓值。

⑥ 防靜電危害的計算公式及其極植。

⑦ 選用各類防靜電材料的依據（靜電釋放半衰期τ_半<2s或0.1s，10⁴Ω<R<10⁹Ω）。

4．靜電防護工作區的設計

    （1）靜電防護工作區域的劃分：*級靜電防護工作區域是靜電zui敏感的區域，靜電位應<100V（50V）；第二級靜電防護工作區域是靜電敏感度中等的區域，靜電位應<500V（200V）；第三級靜電防護工作區域是靜電敏感度較低的區域，靜電位1000V以下，可以根據車間或工段的器件耐靜電敏感度決定其屬哪一級靜電防護工作區域。

    （2）防靜電內裝飾材料的設計：采用防靜電材料的地板、墻面和頂棚，導靜電地板材料體電阻、表面電阻為1×10⁴～1×10⁶Ω，靜電釋放半衰期小于0.1s；靜電耗散型地板材料體電阻、表面電阻為1×10⁶～1×10⁹Ω，靜電釋放半衰期小于1s。此外，還要有耐久性、起塵小、耐水性、耐腐蝕性和阻燃性。目前使用的導靜電和靜電耗散地板材料大致有橡膠地砰、塑料地面、磚或卷材、環氧樹脂和地面涂層以及自流平，導靜電地板又分導靜電貼面板和導靜電活動地板。地板下要搞接地網格，并引出接地。塑料墻紙、墻面涂料、頂棚、窗簾和門等都要采用靜電耗散材料制作并接地。

    （3）靜電安全工作臺站設計：由抗靜電臺面墊、防靜電地墊、防靜電盤、接地電阻和接頭，臺子、坐椅等組成，效果較好的桌子應設有兩付腕帶接頭，工作臺和臺墊、地墊均要通過1MΩ接地。

    （4）管道通風防靜電材料設計：對環境進行空氣調節和凈化，降溫的空氣經初效過濾器、中效過濾器、過濾器、送風管道進入車間內，總管風速約8～10m/s，為此，送風管道和送風口應使用導靜電涂料和導靜電塑料，過濾材料應選用低電阻材料并接地。

    （5）小車、搬運、周轉、包裝箱盒的設計：搬運小車和防靜電轉運車的橡皮車輪應改為導靜電車輪，印刷電路板的周轉箱，塑料包裝袋，上下料架以及元器件存放盒和托盤等等均采用導靜電材料或靜電耗散材料制作。

    （6）靜電泄漏和導流的接地系統設計：

三、靜電安全操作一般程序措施

     1．靜電敏感器件（SSD）、焊有SSD的印刷電路板如含有SSD的小組件，在使用以前應存放在防靜電容器中，如裝在金屬化塑料的靜電防護袋，粉紅色或蘭色的防靜電塑料袋及黑色的防靜電元器件盒、周轉箱等。未在靜電防護容器內儲存和運輸的SSD及含有SSD的印刷電路板，操作人員應拒絕接收。

    2．從靜電防護容器中取出SSD和印刷電路板等，必須在EPA內靜電安全操作臺上進行，且應遵守下列規程：

（1）操作人員穿上防靜電工作服、防靜電襪、防靜電鞋。

（2）戴上防靜電腕帶（或腳環），腕帶不可戴在手套上或衣袖上。

（3）操作時應盡量減少對SSD的接觸次數，手拿SSD時不要觸及引線（手配帶防靜電指套），且不宜使SSD滑過其他物體表面。

（4）決不允許（無論什么時候）未采用防靜電接地措施的人員接觸防靜電工作臺上的器件。

（5）裝敏感器件的防靜電塑料導管，如用抗靜電劑處理（一般為白色透明）只能使用一次。如有可重復使用標記，可重復使用，這種管一般是深色、黑色導靜電塑料管。

（6）靜電敏感的元器件應放在zui后一道工序進行印刷板的組裝焊接，以達到盡量減少人體及其它物體與器件接觸的次數，焊好靜電敏感器件的印刷電路板組件的插頭部位應立即插上保護插板，且應注意手持印刷電路板位置。

（7）操作SSD的環境相對濕度為60%~65%為宜，濕度過大/過小均不宜。

（8）使用帶接地線的三線低壓電路烙鐵，電烙鐵的對地電阻≤2Ω，感應電壓應<2mv，控溫低壓電烙鐵能實現零電位焊接，沒有尖峰電壓，沒有泄漏電流、磁場、靜電荷或低頻干擾。

（9）工作臺上所有金屬設備必須接地，已安裝含有SSD的底板相互不要互相接觸。

（10）不允許在電源接通的情況下，插拔靜電敏感器件或含有該器件的印刷電路板。

（11）含有SSD的部件、整機、在加上信號測試時，應先接通部件、整機電源，后接通信號。

（12）當ESDS產品拆裝時，設備不應接通電源，僅當設備被專門地設計為供組件在電源接通的情況下拆下/更換時例外。

（13）操作ESDS產品的人員應避免在ESDS產品附近做引起靜電的身體活動。

（14）在被包裹或包住的產品開封之前，應將裹裝件放置在ESD防護面上來中和ESD防護罩或包裝件上的電荷。另一方面，電荷能夠通過接觸該包裝件的接地人體來泄漏。

（15）當ESDS產品用毛刷清潔處理時，只能使用由天然鬃毛制的毛刷，并用電離的氣體直接地吹在被清潔面的上方以消除任何靜電荷。如可行，所有自動化的清潔處理設備應接地，并且在清潔處理操作期間ESDS產品的引線鍵和連接端頭被短接在一起。當清潔處理ESDS產品時，在切實可行的地方應使用導電性清洗溶劑。

（16）為清潔處理ESD防護材料，在使用清洗溶劑（如丙酮、酒精或其他清洗劑）情況下應遵守注意事項。這些溶劑的使用可能降低某些ESD防護材料的功效，尤其是那些利用洗滌類抗靜電劑并借滲出表面吸收空氣中的水分形成一濕氣層的材料。