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电子产品生产和使用中的静电防护 ESD Protect in Manufacturing and Operation of Electronic Product ■宋竞男 前言 集成电路技术的迅速发展、生产规模的扩大和集成化程度的提高使静电放电（ESD）的危害严重影响到电子产品的质量和性能。在电子工业领域，由于ESD的影响，美国每年造成的损失约100亿美元，英国每年损失为35亿英镑，日本不合格的电子器件中有70%是由静电引起。在我国，因静电造成的损失也很严重。 静电击穿情况 电子产品因静电导致损坏，通常是其内部的集成电路被静电击穿。随着集成度不断提高，集成电路的内绝缘层愈来愈薄，其互连线与间距愈来愈小，相互击穿电压愈来愈低。MOS电路是集成电路制造的主导技术。通常MOS电路栅级绝缘层二氧化硅膜的厚度为0.07-0.15 m，典型值是0.1 m。即使二氧化硅膜材料的击穿强度高达16Kv/m，但厚度只有0.1 m之薄，故可算出栅氧膜的理论击穿电压为U=16kV/m 0.1 10-6m=0.1kV，即100V 。如果再将工艺误差、材料不均匀性等考虑进去，其耐压值将在100伏以下（0.75mmCMOS电路工艺加工线宽0.5~0.03mm，其绝缘层典型耐击穿电压在80~100V之间），膜厚度更薄时耐压更低。VMOS器件的耐击穿电压只有30V。表1是一些器件的静电敏感电压值。从表1可以看出，MOS电路对静电放电的损伤最敏感。而在微电子器件及电子产品的生产、运输和存储过程中，所产生的静电电压远远超过其阈值，人体或器具上所带静电如不加以适度防护，很容易超过表中所列的低端电压。MOS器件栅氧化截面宽度的减小还将导致承受功率的降低。而且由于尺寸减小，使相应的电容量减小，根据公式U=Q/C，在同样的静电荷水平情况下，如电容量C减小一倍，则静电电压U相应增大一倍。于是击穿的危险性更大，极易使器件和产品形成软或硬损伤，造成失效，甚至严重影响产品质量。据有关资料报导，由于静电放电导致MOS器件的输入回路烧毁或栅极穿通的约占总失效数的20%-50%。对于双列直插式封装的双极型电路，这一数值为10%-15%。 ESD产生情况 了解了集成电路的静电击穿情况，为了进行有效的防护，必须清楚什么情况下会产生静电，以及各种情况下静电电压有什么不同。静电是一种客观自然现象，产生的方式很多，如接触、摩擦、冲流等等。两种不同材料摩擦后分开，会分别带有正、负电荷，处于带电（静电）状态，其带电量多少取决于材料性质、摩擦力大小以及摩擦的频率。图1是一些材料的摩擦带电排序情况。处于排序表两端的材料相互摩擦会产生较强的静电。如人发与PVC摩擦时，人发带正电，PVC带负电，并且带电量会很大。以实际生产环境为例，电子产品生产过程中的很多操作都可以产生静电，简要介绍如下。1．工作服:作业人员穿用的普通工作服（化纤和纯棉制）与工作台面、工作椅摩擦时可产生0.2-10 C的电荷量，在服装表面能产生6kV以上的静电电压并使人体带电。当作业人员手持集成电路或工作服与工作台面放置的元器件接触时，即可导致放电。因元器件各引出线接触电位不同和芯片电介质极薄、绝缘强度很低等原因，很容易造成器件电介质的击穿。2．工作鞋:一般工作鞋（橡胶或塑料鞋底）的绝缘电阻高达1013 以上，当与地面摩擦时产生静电荷使人体和所穿服装带静电。调查表明工作鞋与地面摩擦所产生静电导致器件失效的事例并不多。但因其较高的绝缘电阻，使人体所带静电不能很快泄漏，从而对元器件的生产带来不良影响。3．树脂、浸漆封装表面:电子工业用许多元器件需要用高绝缘树脂，浸漆封装表面。这些器件放入包装后，因运输过程的摩擦，在其表面能产生几百伏以上的静电电压，造成器件芯片击穿。4．各种包装和容器:用PE(聚乙烯)、PT(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)、PUR（聚氨酯）、ABS、聚酯树脂等高分子材料制备的包装和元件盒（箱）都可因摩擦、冲击产生静电和对所包装器件产生不良影响。5．终端台、工作台:终端台、工作台表面受到摩擦产生静电，可对放置其上的电子器件放电。6．各种绝缘地面:混凝土、打蜡抛光地板、橡胶板等都可因摩擦产生静电。另外因其较高绝缘电阻，作业人员带静电在上工作时，短时间内不会将静电荷泄漏。7．温箱:温箱内热循环空气流动与箱体摩擦产生大量静电荷，对器件热烘处理非常不利。8．二氧化碳低温箱:在使用二氧化碳的冷却箱内，二氧化碳蒸汽可以产生大量的静电荷。9．空气压缩机:利用空气压缩机的喷雾、清洗、油漆、喷砂等设备都可因空气剧烈流动或介质与喷嘴摩擦产生大量静电荷。带电介质接触到电子器件时可造成损坏。10．某些电子生产设备:焊烙铁、波峰焊机等某些元器件装配设备内设的高压变压器、