人在地毯上走动 在工作台上操作 从工作椅上站起
器件所能承受的静电电压
静电破坏电压 (V) 30~1800
器件类型
VMOS
OP-AMP
190~2500
•
几千伏到几万伏
几十伏到几百伏
器件
人体静电电压
要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏，这一 点非常重要。人体有感觉的静电放电电压在3000 — 5000V之间， 然而，元件发生损坏时的电压仅几百伏。
静电对电子产品损害的特点


3. 随机性 电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说， 从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程 都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机动性 性。其损坏也具有随机动性性。 4.复杂性 静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、 微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高的技术 并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此，有 些静电损伤现象也难以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。这在对静电放电 损害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不明 的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静 电对电子器件损伤的分析具有复杂性。
人类对静电的认识
静电学是电学中最古老的学科
据有资料记载,古希腊哲学家塔勒斯
(Thales)公元前640-546年在研究天然磁 石的磁性时发现用丝绸、法兰绒摩擦琥 珀（Amber）之后也有类似于磁石能吸 引轻小物体的性质。电这个词起源于希 腊语（琥珀）
二十世纪中后期静电危害震惊 世界
美国从1960年到1975年由于静电引起的火灾爆炸事 故达116起。 1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威、英国 三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发 生爆炸以后引起了世界科学家对静电防护的关注。 我国在石化企业发生了30多起较大的静电事故，其 中损失达百万元以上的有数起。
金属与金属的接触起电
• 两种不同的金属I和II相接触时，当它们之 间的距离小于25×10-10m时，由于量子力学的 隧道效应，两种金属内的电子穿过界面而互相 交换。 • 由于两金属的功函数不同，对电子的吸引力不 同，当达到平衡时，一种金属失去电子带正电， 另一种金属得到电子带负电，界面两侧出现了 等量异号电荷（偶电层），两金属之间产生了 一定的电位差（接触电势差）。

高科技工业生产中静电危害的形成
高工业生产的高速发展以及高分子材料的迅速推广 应用，一些电阻率很高的高分子材料如塑料，橡胶 等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化， 使得静电能积累到很高的程度， 另一方面，静电敏感材料的生产和使用，如轻质油 品，火药，固态电子器件等，工矿企业部门受静电 的危害也越来越突出，静电危害造成了相当严重的 后果和损失。



图1
+
A
+ + + +
C
静电感应引起放电
++ + ++
B

其他起电方式
热电起电 压电起电 断裂起电 电解带电
亥姆霍兹层
喷射起电等
人活动产生的静电电压 (参考数据)
人体活动 静电电压 (KV) 相对湿度 (10-20)% 35 6 18 静电电压 (KV) 相对湿度 (65-90)% 1.5 0.1 1.5
8
德尔安
2313
1974
制导系统控制器件故障，火箭 翻滚，发射失败
电子工业中静电问题的产生
静电是时时刻刻到处存在的，但是在二十 世纪40－50年代很少有静电问题，因为那时是 晶体三极管和二极管，而所产生静电也不如现 在普遍存在。在60年代，随着对静电非常敏感 的ＭＯＳ器件的出现，静电问题也出现了，到 70年代静电问题越来越来严重。80－90年代， 随着集成电路的密度越来越大，一方面其二氧 化硅膜的厚度越来越薄(微米－纳米），其承
•
序列表中的物质离得越远，各自所带的电荷数量也越大。 常见物质的磨擦起电序列如下表所示：
（+） 兔毛 玻璃 云母 人发 尼龙 羊毛 毛皮 铅 丝 铝 棉花 钢 木材 琥珀 封腊 硬橡胶 铜、镍 银、黄铜 金、白金 硫磺 醋酸酯纤维 聚酯 赛璐珞 硅 聚四氟乙烯
感应静电起电 物体不接触也能起电
当带电物体A接近不带电物体C时 在导体C的a端和b端分别感应出负电和正电
电子工业中静电问题的产生
承受的静电电压越来越低，另一方面， 产生和积累静电的材料如塑料，橡胶等大量 使用，使得静电越来越普遍存在，仅美国电 子工业每年因静电造成的损失达几百亿美圆， 因此静电防护已成为电子工业的隐形杀手。 是电子工业普遍存在的＂硬病毒＂，在某个 时刻内外因条件具备时就要发作。
静电对电子产品损害的 四种形式

元件从生产到使用的整体过程中都会产生静电，依各阶 段的可分为： 1.元件制造过程 在这个过程，包含制造，切割、接线、检验到交货。 2.印刷电路版生产过程 收货、验收、储存、插入、焊接、品管、包装到出货。 3.设备制造过程 电路板验收、储存、装配、品管、出货。 4.设备使用过程 收货、安装、试验、使用及保养。
代表性的培训内容
• • • • • • • 基本知识与基本原理 静电防护操作要求 防护器材 测量与标准 敏感度分类 包装、标志 防静电工作区
静电起电定义
• 静电起电包括使正、负电荷发生分离的一切过 程，如通过固体与固体表面、固体与液体表面 之间的接触、摩擦、碰撞，固体或液体表面的 破裂等机械作用产生的正、负电荷分离。也包 括气体的离子化、喷射带电以及在粉尘、雪花 和暴风雨中的带电现象。

静电放电造成微电子电路 损伤的模式
静电放电引发的瞬时大电流（静电火花）
引燃引爆易燃、易爆气体混合物或电火 工品，造成意外燃烧、爆炸事故。 静电放电使人体遭受电击引发操作失误 造成二次事故、静电场的库仑力作用使 纺织、印刷、塑料包装等自动化生产线 受阻。第三类静电危害是由于静电放电 的电磁辐射或静电放电电磁脉冲（ESD EMP）对电子设备造成的电磁干扰引发 的各种事故。
吸尘（缩短寿命）
放电破坏（完全破坏） 放电产生热（潜在损伤） 放电产生电磁场（电磁干扰）
静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大 地有电位差，会产生放电电流。这三种特性能对 电子元件的三种影响： 1．静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻（缩短 寿命）。 2．静电放电破坏，使元件受损不能工作(完 全破坏)。 3．静电放电电场或电流产生的热，使元件受 伤（潜在损伤）。 4．静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百 伏/米）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子 产器造成干扰甚至损坏（电磁干扰)。
静电对电子产品损害 的四个特点
隐蔽性：人体感知的静电放电电压2-3KV 潜在性：操作后性能没有明显的下降 随机性：从一个元件产生以后，一直到它损坏以前 的所有过程 复杂性：分析困难，掩盖了失效和真正原因

静电对电子产品损害的特点
1. 隐蔽性 人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是 发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这 是因为人体感知的静电放电电压为2－3 KV,所以 静电具有隐蔽性。 2. 潜在性 有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显 的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形 成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。
为什么要提升静电防护意识

在本世纪70前代以前，很多静电问题都是由于 人们没有静电意识而造成的，即使现在也有很 多人怀疑静电会对电子产品造成损坏。这是因 为大多数静电损害发生在人的感觉以下,因为 人体对静电放电的感知电压约为3ＫＶ，而许 多电子元件在几百伏甚至几十伏时就会损坏， 通常电子器件被静电损坏后没有明显的界限， 把元件安装在PCB上以后再检测，结果出现很 多问题，分析也相当困难。特别是潜在损坏， 即使用精密仪器也很难测量出其性能有明显的 变化，所以很都电子工程师和设计人员都怀疑 静电，近年但实验证实，这种潜在损坏在一定 时间以后，电子产品的可靠性明显下降
27
39.6
7.94
静电放电造成制导计算机故障,I 级发动机关闭前自毁,发射失败
静电放电使制导计算机阻塞,姿 态失控,约一分钟后,火箭I、II级 过载自毁发射失败 电爆管桥丝和壳体之间因电弧 击穿，II级发动机自毁系统爆炸， 发射失败 电爆管桥丝和壳体之间因电弧 击穿，II级发动机自毁系统爆炸， 发射失败
摩擦起电的实质
• 接触分离起电
• 任何不同材质的物体接触后再分离，即 可产生静电
静电是如何产生的
接触分离起电（本质） 摩擦起电

摩擦实质上是一种接触分离造成正负电荷不 平衡的过程 桌面、地板、椅子、衣服、纸张、卷宗、包 装材料、流动空气。
工作时常接触到的物体有：

1.3静电带电序列
静电放电造成微电子电路 损伤的模式
金属布线与扩散区（或多晶）接触孔产生火花，使 金属和硅的欧姆接触被破坏。 使节点的温度超过半导体硅的熔点（1415℃）时, 使硅熔解，产生再结晶，造成器件短路。 金属化电极和布线熔解、“球化”，造成电路开路。 大电流流过PN结产生焦耳热，使结温升高，形成 “热斑”或“热奔”，导致器件损坏。

静电放电防护意义
• 1、减少损失（例如：美国一年的损失达200多 亿美金，仅电子工业的损失超过100多亿美金） • 2、提高产品质量和可靠性 • 3、提高生产效率 • 4、静电防护回报达1：95以上
静电放电的培训人员
• • • • • • 领导管理人 设计工程师 现场工程师 维护、修理技术人员 仓储人员 质量控制和检测人员
机理分析

一般说来，静电放电都是在微秒或钠秒量级完成的， 因此这一过程是一种绝热过程，放电瞬间通过回路 的大电流，形成局部的高温热源。对微电子器件而 言，其静电放电能量通过器件集中释放，其平均功 率可达几千瓦，热量很难从功率耗散面向外扩散， 因而在器件内形成大的温度梯度，造成局部热损伤， 电路性能变坏或失效。