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
• 工作时常接触到的物体有： • 桌面、地板、椅子、衣服、纸张、卷宗、包 装材料、流动空气。
1.3静电带电序列
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ຫໍສະໝຸດ 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。
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
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。
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
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）。
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。
+ +
静电感应引起放电
•
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
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。
•
4
侦察兵
S-112
1964
38-42
3.09-1.86
5
侦察兵
5128
1964
38-42
3.09-1.86
6 7
大力神 IIIC 大力神 IIIC 德尔安
C-10 C-14
1967 1967
26 17
8.94 52
8
2313
1974
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
生产场所中的静电危害源
物体或工艺加工 材料或活动
人
工作服 椅子 组装、清洗、测试 和维修区
站起 行走 操作
静电是如何产生的 小 结
• 任何两个不同材质的物体接触后现分离即可产 生静电。 • 摩擦的实质是一种接触分离过程。 • 当带电物体接近不带电物体时会感应静电。 • 大部分器件的静电破坏电压都在几十至几百伏， 而在干燥的环境中人活动所产生的静电可达几 千伏到几万伏。
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。
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。
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
•
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 图1 • + ++ + + • A+ C B ++
静电放电造成火箭飞行失败统计表
序号 1 2 3 火箭名称 民兵I 飞行试验 代号 FTM-502 FTM-503 F-II 发射时间 1962 1962 1971 高度/KM 7.6 21.8 27 真空度 /mmHg 316 39.6 7.94 故障简况及原因 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 静电放电使制导计算机故障后 自动转移到应急后备状态 静电放电使制导计算机故障后， 经地面发射指令，修正到预定 轨道 制导系统控制器件故障，火箭 翻滚，发射失败 民兵I 欧罗尼II
• 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。
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。
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。
静电对电子产品损害
• 如果元件全部破坏，必能在生产及 品管中被察觉而排除，影响较小，如果 元件轻微受损，在正常测试下不易发现， 在这种情形下，常会因经过多层之加工， 甚至已在使用时，才发现破坏，不但检 查不易，而且其损失亦难以预测。要耗 费多少人力及财力才能清查出所有问题， 而且如果在使用时才察觉故障，其损失 将可能巨大。