静电是我们身边的不速之客，静电放电(ESD, electrostatic discharge) 已经成为电子工业的隐形杀手。一方面随着纳米技术的日益发展，集成电路的集成密度越来越高，相应的耐静电击穿电压(Vesd)也越来越低，另一方面，一些表面电阻率很高的高分子材料如塑料、橡胶制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化, 使静电能积累到很高的程度,具备了可怕的破坏性,仅美国电子工业每年因ESD造成的损失就达几百亿美元。ESD是电子工业中普遍存在的＂ 硬病毒＂，在某个内外因条件具备的时刻便会发作，针对这把高悬的达摩克利斯之剑，可以遵循以下四项原则，建立起有效的静电控制程序。 

        把静电控制体现到设计中 

  
        要做到更为有效的ESD控制，首先在器件和产品的设计中，应充分体现静电防护的思想，在器件内部设置静电防护元件(ESD Protection Device)，尽量使用对静电不敏感的器件以及对所使用的静电放电敏感(ESDS, ESD-sensitive)器件提供适当的输入保护，使其更合理地避免ESD的伤害。 

        MOS工艺是集成电路制造的主导技术, 以金属－氧化物－半导体场效应管为基本构造元件。由于MOS器件中场效应管的栅、源极之间是一层亚微米级的绝缘栅氧化层，故其输入阻抗通常大于1000M ，并且具有5pF左右的输入电容，极易受到静电的损害。因此，在MOS器件的输入级中均设置了电阻-二极管防护网络，串联电阻能够限制尖峰电流, 二极管则能限制瞬间的尖峰电压。器件内常见的防护元件还有：电容、双极晶体管、可控硅整流器（SCR，见图1）等, ESD发生时，它们在受保护器件之前迅速作出反应，将ESD的能量吸收、释放，使被保护器件所受冲击大为降低。正常情况下，防护元件在其一次崩溃(First Breakdown)区内工作，不会受到ESD损伤，一旦外加电压或电流过量(Overstress)，进入二次崩溃(Secondary Breakdown)区的防护元件将受到不可逆转的损害，失去对器件的保护作用。  

        目前许多厂家已经研制出具有内部保护电路的器件，一系列相应的测试标准也已颁布执行，如MAXIM公司研制的模拟开关MAX4551,具有 15kV的ESD保护功能，它们必须在正常工作、停机模式和断电状态下,依据IEC1340-3-1人体模型（见图2）、IEC 1000-4-2空气间隙放电、IEC 1000-4-4快速瞬变(FTB)放电等标准，接受多项模拟ESD测试，确保符合IEC1000－4－2 Level 4 的要求。 

        整机产品设计时，可在ESDS器件最易受损的管脚处（例如Vcc和I/O管脚），根据被保护电路的电特性、可用的电路板空间决定加入抑制电路或隔离电路。以应用很广的瞬态电压抑制器（TVS）为例，当受到外界瞬态高能量冲击时，TVS以皮秒级的速度，将其瞬态电压保护二极管两极间的高阻抗变成低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，被保护器件可免受ESD的损伤。TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低（＜1 A）、箝位电压易控制、体积小等优点，可有效地抑制共模、差模干扰，是电子设备ESD保护的首选器件。 

        此外,生产环境的防静电设计也是ESD控制的关键所在,设计的依据是电子器件绝缘膜耐静电击穿电压(Vesd)、整机中敏感器件的Vesd以及生产设备的耐静电性能。制造商必须定义和坚持一个特殊的ESD控制级别，该级别由生产过程中最为敏感的元件所决定，生产环境必须保障该级别的安全性。当不知道最敏感元件的级别时，制造商应该执行EIA-625 标准，它将ESD保护的工作区域定义为"安全区"，不包含可能产生高于200V的放电源。国际上已有多篇论文提出以二次崩溃电流做为静电敏感级别的判定依据，能够精确测量二次崩溃电流的传输线触波发生器(TLPG)也已成为ESD防护研发中的重要工具。 
  

        坚持预防为主，消除产生静电的过程 

  
        显然，设计不是完整的答案。逃避ESDS元件和产品是不现实的，但是在生产和储运过程中尽可能地减少产生静电的工序和材料，可以在很大程度上消除静电的产生与积累。 

        电子产品的生产，视静电如虎。由于静电破坏于无形，故消除ESD危害要以预防为主，防患于未然。作业区中必须设置静电保护区域(EPA, electrostatic protected area)，IEC1340-5-1（1995）《电子器件防护规范一般要求》中，对EPA给出了一个形象的配置实例图（见图3），该模型一直被众多的电子产品制造厂家所采用。它的核心是等电位搭接，即将图中标注的所有人员、材料、工作面连接在一起并电气连接到公共地，防止不同物体之间产生电位差，因为ESD不会发生在保持相同电势或零电势的材料之间，所以EPA环境中的ESDS器件或电路板，都可以免受ESD损害。 

        为抑制静电的产生和积累，EPA区域内应尽量避免使用表面电阻率高的普通塑料、聚乙烯、苯乙烯制品，如化纤地毯、尼龙服、布质仪器罩等，这些物品一经磨擦就会产生静电且不易释放；要尽可能地减少尘埃，尘埃粒子通常附着电荷；操作者应杜绝用手、服装触及电路板和各种IC引脚；清洗印刷电路板(PCB)时，只使用ESD认可的自然毛刷和溶剂；在所有操作和检查中尽可能地减少印刷电路装置(PCA, printed circuit assembly)的移动，可能的话减少操作次数；器件应存储在完全闭合的屏蔽容器内，或者引脚朝下放在耗散性接地垫子上；PCB或器件上跟踪工作过程(WIP, work in process)的标签也应使用静电耗散性标签。 

        敏感器件的物流也是一个不容疏忽的环节。在这个过程中，元器件不可避免地要与外包装相摩擦产生静电，而且暴露在外界电场中(如经过高压设备附近)的敏感器件也极易受到破坏，很可能在我们还没有意识到的状况下，敏感器件已经受损，因此储运时应采用耗散性或防静电屏蔽包装，不能用易产生静电的尼龙及普通塑料制品，且只在准备使用时才将ESD器件从包装中取出来。静电耗散材料 ( dissipative materials )提供了静电的缓慢泄放通道，可以防止快速放电，常用于运输双列直插式封装的器件；防静电包装由导电的特殊塑料制成，当器件在内部移动时，不会产生静电，可以防止元件引脚间出现较高的电势差，适合运输带引脚的器件；而屏蔽，是指用金属物将敏感器件紧密包围起来，形成"法拉第笼"(faraday cage)，这样既能抑制静电的产生，又可防止外界电场对敏感器件放电，典型应用如金属化装运袋,它的内层是聚酯薄膜(Mylar)，然后喷涂连续的铝层,这种包装适用于任何距离的装运，但封口处必须完全闭合。 
 

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