谈电子设备静电防护

【摘 要】静电放电对人体的影响似乎并不明显，但在电子元件的生产过程中，或在电子产品的安装、调试及检验过程中如不消除静电，将会影响生产或降低产品质量。尤其是半导体器件和微电路生产行业，由于静电放电更会引起器件失效。

【关键词】电子；设备；静电；防护

人们对这种静电放电现象已经习惯，尽管它有时给人们带来不适，但这一切对人体来说并没有产生什么直接的危害。但对于电子设备而言就不同了，半导体器件的高密度、高增益对静电放电越来越敏感，MOS电路的击穿仅为100V，而新的器件仅为30V左右。静电放电的危害性及静电防护的重要性，在现代电子制造业越来越被人们所重视。事实上，与静电放电有关的损害给世界的电子制造工业带来每年数十亿美元的损失。

1.静电在电子设备装接过程中的危害

1.1人在地毯上行走、在工作台上工作、操作普通材料等活动都会产生上千伏的静电。如果静电电压的聚集产生火花放电，电子元件、印制电路板组件和其他电子组件会受到破坏或损坏。

1.2随着科学技术的飞速发展，电子、通信、航天航空等高新产业迅速崛起，需求的电子仪器仪表和设备等电子产品日趋小型化、多功能及智能化，高密度集成电路已成为不可缺少的器件。这种器件具有线间距短、线细、集成度高、运算速度快、低功率、低耐压和输入阻抗高的特点，因而导致这类器件对静电越来越敏感。静电放电的能量对传统的电子元器件的影响甚微，人们不易觉察，但是这些高密度集成电路器件，不论是MOS器件，还是双极型器件都可能因静电电场和ESD电流而导致“硬击穿”或“软击穿”。“硬击穿”会一次性造成芯片内热二次击穿、金属喷键熔融、介质击穿、表面击穿、体积击穿等，使集成电路彻底损坏、永久性失效；“软击穿”则可造成器件的性能劣化或参数指标下降，但还没有完全损坏而形成隐患，在最后质量检验中很难被发现。在使用时，静电造成的电路潜在损伤会使其参数变化、品质劣化、寿命降低，使设备运行一段时间后，随温度、时间、电压的变化出现各种故障，不能正常工作，给整机留下潜在的隐患，直接影响着电子产品的质量、寿命、可靠性和经济性。

2.防静电解决方案

2.1静电防护材料的种类

静电防护材料通常有3种，即静电屏蔽材料、抗静电材料和静电消散材料。静电屏蔽材料可防止静电释放后穿透包装进入组件引起的损害。抗静电材料可作为SSD器件廉价的中转包装或暂存使用。抗静电材料在使用中本身不产生电荷。但是，如果发生了静电释放，静电能穿透包装进入组件，导致SSD元件的EOS/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。

2.2静电防护的方法

在电子产品生产中，主要从两个方面进行静电防护，即防止静电的积聚和对己积聚的静电进行泄放。常用的方法有以下几种。

2.2.1接地法。接地能消除导体上的静电，接地线必须连接牢固，避免折断处产生火花。但绝缘体直接接地反而容易发生火花放电，这时应在绝缘体与大地之间保持一定的电阻。

2.2.2泄漏法。采取增湿措施，就是增加空气的湿度，绝缘体表面湿度也随之增加，这样就降低了绝缘体的绝缘性，增加了静电电荷通过绝缘体泄放的途径，相对湿度在70%以上为适宜。如果采用抗静电加强剂，消除静电效果会更显著。采用电橡胶或喷涂导电塑料的方法效果也很好。

2.2.3静电中和法。设法将静电荷中和掉，主要采用感应中和（消电器）、外接电源中和器和离子风中和法等。

2.2.4工艺控制法。改革工艺，控制静电积累，应从工艺流程、材料选用、设备安装和操作管理等方面采取措施加以控制。

2.2.5消除人体带的静电。应穿用导电纤维制成的防静电工作服和导电橡胶做成的防静电鞋等。

2.3常用静电防护器材

2.3.1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敏感元件的损害。安全工作台应具有对208损害的防护功能，并能够避免在维修、制造或测试设备上产生尖峰脉冲。

2.3.2防静电服。防静电服用不同色的防静电布制成。布料含一定比例的导电纱，导电纱又是由一定比例的不锈钢纤维或其他导电纤维与普通纤维混纺而成，通过导电纤维的电晕放电和泄漏作用消除服装上的静电。由于不锈钢纤维属金属类纤维，所以，由它织成的防静电布料的导电性能稳定，不随服装的洗涤次数而变化。

2.3.3防静电鞋。对于静电来说，人体是导体。因此，要消除人体静电最简单的办法是对人体采取接地的措施。穿防静电鞋、防静电袜并使用防静电鞋垫等，能使静电从人体导向大地，从而消除人体静电。

2.3.4防静电腕带。防静电腕带也可用以泄放人体的静电。它由防静电松紧带、活动按扣、弹簧软线、保护电阻及插头或夹头组成。

2.3.5防静电地垫。

2.3.6防静电手套、指套。

2.3.7防静电上下料架、周转箱。

2.3.8防静电材料。防静电包装袋由基材、全属镀膜层和热封层多层复合而成，具有自身“不起”静电和能屏蔽外界静电、防水蒸气渗透等多种功能。防静电屏蔽材料（袋）是具有防静电、防射频、防水蒸气渗透的包装材料。

2.3.9离子风机。离子风机是能将电离后的空气输送到生产环境，从而消除静电的一种静电消电器。

2.3.10接地工具。防静电接地就是通常所说的静电泄漏，它是将静电防护材料或导体上积聚的静电荷用某些导静电方式泄漏到大地或者一个表面积足够大的悬浮接地导体上。

电子工业防静电接地有软接地和硬接地之分。软接地是指在地线中串接阻值较高的电阻器后再与大地相连，软接地的目地在于将对地电流限制在人身安全电流5mA之下。硬接地是指将地线直接接地或通过一低电阻接地。一般情况下，硬接地用于静电屏蔽或仪器、设备、金属体的接地，而软静电接地较少应用。

2.3.11焊接设备。焊接设备主要包括电烙铁、吸锡枪等。对电烙铁的要求是：烙铁头与地之间的电阻应小于2，烙铁头与地之间的电位差应小于2mV（有效值）。

2.4生产中的防静电操作措施

2.4.1静电警告标识

静电警告标识，用于表示容易受到ESD损害的电子电气设备或组件、敏感组件和设备。

2.4.2生产前准备工作

进入生产车间前必须穿防静电工作服；直接接触元器件、电路板等的操作人员应戴好接地环。防静电腕应完好，手腕带/脚腕带与身体应接触良好；检查ESD装备是否完好。

2.4.3操作过程中注意事项

拿元器件前双手触摸工作台面，使手上的静电通过防静电台面传输到大地。将器件引脚向下放在消散静电的台面上。不要在任何表面上拖动或滑动。全集成电路时最好不要接触引脚。非导体应与静电安全工作区保持1m以上的距离。只有在静电安全工作区才能将元器件及电路板从防静电包装盒中拿出。将静电敏感元器件放在抗静电容器内或包装盒中。将搬运次数减少到最低限度。

参考文献

[1]何小艇.电子系统设计.杭州：浙江大学出版社，2008，

[2]华成英，童诗白.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006