静电敏感元件和部件的防护

1、 第五章 静电敏感元件部件的防护 在维修过程中还要注意一个不可忽视的问题静电防护。由静电导致的损坏会以一种间歇的、随机的和不可见的模式在制造业的工厂中和航线设施之间出现。人们正在最大程度的遭受静电敏感装置的威胁。 本章对防静电符号、静电的产生及危害、防静电措施、静电敏感元件的运输和储藏、防静电测试等都作了具体的说明。51概述 ESDS是electrostatic-discharge-sensitive(静电放电感应)的缩写。 随着数字系统和微电子装置在商用航空器上的广泛应用，由于静电放电造成组件损坏的影响范围也正在增加。这些十分精密的组件被称作静电放电敏感(ESDS)组件。这些ESDS组件能够

2、通过在航线可更换组件(LRU)和标志卡上的防静电符号进行识别。 当两种不同材料发生摩擦的时候，静电电荷(自由状态下的电子能量)就产生了。这些材料能产生正的或是负的电荷。包括普通塑料如聚乙烯、聚氯乙烯、泡沫材料、聚亚安酯以及人造纺织品、玻璃纤维和橡胶，通常这些被使用的材料都能产生电荷。在这些材料和其它材料之间的滑动、摩擦或是分割动作都会频繁的产生高达15,000V以上的静电电压。所以人体、工作台、地板(特别是上过蜡的)、家具、衣服、干净的工作服、封装材料、高压气体或液状装置都会产生静电。最常摧毁静电敏感元件的低能源是人体，因为人体穿着不导电衣服并和地板接触，产生并且保持一定能量的静电。 一个人在

3、航空器的地毯上走动或是简单地蹭一蹭他的头发都能积累1,000V以上的静电电荷。大多数人都不会感觉到3,000V以下的静电放电。静电放电过程中如果可以看见火花，那么静电电压一定是在12,000V以上。如果静电放电能被看见或是感觉到，就能设定放电前的电势差高达数千伏。然而，足以损坏ESDS组件的电压只需100V或是更少。 当静电放电通过或穿过一个装置表面的时候，它的物理或电特性就会发生改变。静电放电(ESD)是在具有不同静电电势的物体之间的一种静电电荷的传输过程，它是通过直接接触引起的或是通过一个静电场感应的。和二极管、TTL逻辑门等传统的半导体装置一样，ESDS元件也容易受到过大的电压及电流的损

4、害。但是能正常地保护半导体的预防措施却不足以保护静电敏感元件。因为静电敏感元件阻抗很高，这些部件更容易受电能量的损害，而这种电能量没有足够的能量损坏传统的半导体。由于静电放电而损坏一个ESDS航线可更换组件的内部器件就能够导致故障。大量的静电放电，随着时间的推移还会使电子系统的特性发生改变。 静电和交、直电流的性质是不一样的，主要有以下几个方面： 1、起电方式的不同 一般工业用电是由电磁感应原理产生的，而静电大部分是因触摸、摩擦、分离而起电的。 2、能量相差很大 静电在空间积蓄的能量密度一般最大不超过45焦耳米3，而电磁机器空间积蓄的能量密度却很容易达到108焦耳米3，二者能量相差105倍。

5、3、表现形式不同 静电电位往往高达几千伏，甚至几万伏，而工业用电的相电压为220伏，线电压为380伏，静电电流很小，常为毫微安(10-9A)数量级，而工业用电则常为安培，几十安培数量级。 4、欧姆定律的实用性不同 正业用电的电路符合欧姆定律，R=VI，然而，静电释放电路则很难适用欧姆定律，因为静电的泄漏和释放的途径，除物体内部和表面外，还有空间，且随物体和周围状态而变化，故无法准确计测静电泄漏电流和泄漏电阻。 5、静电电量不大，而静电电压很高静电放电：静电消失有两种主要方式，即中和及泄漏。中和主要是通过空气消失的，中和静电的主要方式有三种，即电晕放电、刷形放电和火花放电。泄漏主要是通过带电体本

6、身消火的，如绝缘体上的静电的消失，由于绝缘体表面电阻和体电阻很大，所以静电泄漏很慢。静电感应：静电感应就是导体在静电场中，其表面不同部位感应出不同电荷或导体上原有电荷重新分布的现象。由于静电感应，不带电的导体可以变成带电的导体，即不带电电导体可以感应静电。在现场，由于静电感应和感应起电，可能在导体(包括人体)上产生很高的电压，有时是导致危险的火花。这是很容易忽视的危险因素。 静电屏蔽：在爆炸危险场所，可利用静电屏蔽原理，防止雷云等静电的危害。52 防静电标识 航空设备维修中常见的防静电标识和符号如下：一、包装标识 (图521)：二、航线可更换组件装配标识 (图42. 22)：三、防静电符号(图

7、523)：四、一套典型的ESDS装置(图524) 5. 3 静电电荷的产生 物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子是由带负电的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数和电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子，而侵入其它的原子，原来的原子因缺少电子数而带有正电现象，称为阳离子、接收电子的原子因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。 造成不平衡电子分布的原因是电子受外力而摆脱轨道，这个外力包括各种能量(如动能，位能，热能，化学能等)在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。 当两个不

8、同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累是物体带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。通常在从一个物体上剥削一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电，在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。 固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。气体也是由分子、原子组成，当空气流动时分子、原子液会发生“接触分离”而起电。所以在我们的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电，当静电积累到一定程度时就会发生放电。 非导体(绝缘)材料会在它们的表面存储静电电

9、荷。由于这种材料是绝缘体，正极性充电面和负极性充电面能同时存在于同一表面。同样道理，在这个表面也可能共同存在同一种极性的两个不同电位。任意接触或是覆盖这个表面的薄膜导体材料将会短路掉存储的电荷。这种短路作用的范围仅仅存在于接触这种导体材料的表面上。碳注入或是镀金属等等，都是用来减少静电产生和绝缘体电荷存储容量的方法。 导体材料也能在它们的表面存储静电电荷。因为它们是导电的，所以在导体材料的表面没有电势差。取而代之的，他们存在着同一种电荷或是同一电势。电荷的存储容量随着材料的表面积增大而增加。电荷的消除可以通过将导体材料的任意一点接地来完成。 所以，通常物体保持电中性状态，这是由于它所具有的正负

10、电荷量相等的缘故。如果两种不同材料的物体因直接接触或静电感应而导致相互间电荷的转移，使之存在过剩电荷，这样就产生了静电。带有静电电荷的物体之间或者它们与地之间有一定的电势差，称为静电势。如前所述，在现实生活中，静电产生的方式很多，如接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等，但主要是两种形式，即摩擦产生静电和感应产生静电，如图53-1所示。前者是两种物体直接接触后形成的，通常发生于绝缘体和绝缘体之间或者绝缘体与导体之间；后者则发生于带电物体与导体之间，两种物体无需直接接触。一、 摩擦产生静电 只要两种不同的物体接触再分离就会有静电产生。但由于摩擦产生的热能为电子转移提供了足够的能量，因此使静电

11、产生作用大大增强。 当两种物体相互摩擦的时候，接触和分离几乎同时进行，是一个不断接触又不断分离的过程。分离速度快、接触面积大，使得摩擦所产生的静电荷比固定接触后再分离所产生的静电荷的数量要大得多。摩擦生电主要发生在绝缘体之间，因为绝缘体不能把所产生的电荷迅速分布到物体的整个表面，或迅速传给它所接触的物体，所以能产生相当高的静电势。 表53-2列出了常见物体带电顺序表，从带正电依次排列到带负电，其中任何两种物体摩擦时，可以按此表来判断它们带电的极性，还可以大致估计所带电荷的多寡程度。排在前面的材料与排在后面的材料相互摩擦时，前者带正电，后者带负电。同种材料与不同种材料相互摩擦时所带电荷的极性可能

12、不同，如棉布与玻璃棍摩擦带负电，但与硅片摩擦时带正电。棉布与玻璃摩擦后所带电量大于它与尼龙摩擦所带电量。摩擦产生静电的大小除了与摩擦物体本身的材料性质有关外，还要受到许多因素的影响，如环境的湿度、摩擦的面积、分离的速度、接触压力、表面洁净度等。 二、感应产生静电 静电产生的另一个重要来源是感应生电。当一个导体靠近带电体时，那么在它们之间不必互相接触就会产生一个静电场，导体会受到该带电体形成的静电场的作用，在靠近带电体的导体表面感应出异种电荷，远离带电体的表面出现同种电荷。尽管这时导体所带净电荷量仍为零，但出现了局部带电区域。显然，非导体不能通过感应产生静电。此时只有通过一个导体的屏障才能屏蔽这

13、些电场。 三、影响静电产生和大小的因素 静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度有密切的关系。在高湿度环境中由于物体表面吸附有一定数量杂质离子的水分子，形成弱导电的湿气薄层，提高了绝缘体的表面电导率，可将静电荷散逸到整个材料的表面，从而使静电势降低。所以，在相对湿度高的场合，如海洋性气候地区(如我国的东南沿海地区)或潮湿的梅雨季节，静电势较低。在相对湿度低的场合，如大陆性气候地区(如我国的北方地区)或干燥的冬季，静电势就高。与普通场所相比，在空气纯净的场所(如超净车间)内，因空气中的离子浓度低，所以静电更加容易产生。 表53-2是电子生产中产生的静电势的典型值。从中可以看到，同样的动作在

14、不同的湿度下，产生的静电电压可以相差一个量级以上。54 静电的来源 在电子制造业中，静电的来源是多方面的，如人体、塑料制品、有关的仪器设备以及电子元器件本身。 一、人体静电 人体是最重要的静电源，这主要有三个方面的原因。其一，人体接触面广，活动范围大，很容易与带有静电荷的物体接触或摩擦而带电，同时也有许多机会将人体自身所带的电荷转移到器件上或者通过器件放电。其二，人体与大地之间的电容低，约为50250pF，典型值为150pF，故少量的人体静电荷即可导致很高的静电势。其三，人体的电阻较低，相当于良导体，如手到脚之间的电阻只有几百欧姆，手指产生的接触电阻为几千至几十千欧姆，故人体处于静电场中也容易

15、感应起电，而且人体某一部分带电即可造成全身带电。 影响人体静电的因素十分复杂，主要体现在以下几个方面： 1、人体静电与人体所接触的环境以及活动方式有关。 表53-2列出了在几种活动中人体的静电势，图5。41给出了操作人员在做不同的动作时手上静电势的变化曲线。 2、人体静电与环境湿度有关，湿度越低静电势越高。 从表54-1可以清楚地看到这一点。下表是在两种不同湿度条件下人体活动产生的静电电位。在干燥的季节，人体静电可达几千伏甚至几万伏。 3、人体静电与所穿着的衣物和鞋帽的材料有关，化纤和塑料制品较之棉制品更容易产生静电。工作服和内衣摩擦时产生的静电是人体静电的主要起因之一，表4242列出了质地不

16、同的工作服和内衣摩擦时人体所带的静电势。若穿上化纤衣服和绝缘鞋在绝缘的地面行走等活动，人体身上的静电可达几千伏甚至几万伏。 4、人体静电与个体人的体质有关，主要表现在人体等效电容与等效电阻上。 人体电容越小，则因摩擦而带电越容易，带电电压越高，人体电阻越小，则因感应带电越容易。人体电容与所穿戴的衣服和鞋的材料以及周围所接触的环境(特别是地板)有关，人体电阻则与皮肤表面水分、盐和油脂的含量、皮肤接触面积和压力等因素有关。由于人体电容的60足脚底对地电容，而电容量正比于人体与地之间的接触面积，所以单脚站立的人体静电势远大于双脚站立的人体静电势。 5、人体静电与人的操作速度有关，操作速度越快，人体静

17、电势越高。由图541可以看出这一点。 6、人体各部位所带的静电电荷不是均等的，一般认为手腕侧的静，电势最高。 除静电对人体电击外，近期的研究表明，静电放电产生的电磁场强度很强(近场峰值电场可达几百伏m到几千伏m)且频率非常宽，几十兆至几千兆以上。这种强电磁场作用时间短但其强度远比手机辐射的电磁场强，且人体活动多时放电的次数非常多(通常在2千伏以下的放电人体是没有电击感觉的)，其对人体的作用是不可忽视的。而人体静电是否与癌症是否有联系，需进一步研究。但是人体长期遭受静电电击和这种强电磁辐射的作用对人体是不利的，所以应穿防静电服与防静电鞋，以及安装检测防静电服和防静电鞋效果的检测仪器与设备，在有条

18、件时应安装静电检测报警装置。 二、仪器和设备的静电 仪器和设备也会由于摩擦或静电感应而带上静电。如传输带在传动过程中由于与转轴的接触和分离产生的静电，或是接地不良的仪器金属外壳在电场中感应产生静电等。仪器设备带电后，与元器件接触也会产生静电放电，并造成静电损伤。 三、器件本身的静电 电子元器件的外壳(主要指陶瓷、玻璃和塑料封装管壳)与绝缘材料相互摩擦，也会产生静电。器件外壳产生静电后，会通过某一接地的管脚或外接引线释放静电，也会对器件造成静电损伤。 四、其它静电来源 除上述三种静电来源外，在电子元器件的制造、安装、传递、运输、试验、储存、测量和调试等过程中，会遇到各种各样的由绝缘材料制成的物品

19、，如表54-3所列。这些物品相互摩擦或与人体摩擦都会产生很高的静电势。55 静电放电 处于不同静电电位的两个物体间的静电电荷的转移就是静电放电(ESDElectro Static Discharge)。这种转移的方式有多种，如接触放电、空气放电。 一般来说，静电只有在发生静电放电时，才会对元器件造成伤害和损伤。如人体带电时只有接触金属物体、或与他人握手时才会有电击的感觉。 对电子元器件来说，静电放电(ESD)是广义的过电应力的一种。广义的过电应力(EOS-Electrical Over Stress)是指元器件承受的电流或电压应力超过其允许的最大范围。表551是三种过电应力现象的特点比较。 从

20、表中可以看到，静电放电现象是过电应力的一种，但与通常所说的过电应力相比有其自身的特点：首先其电压较高，至少都有几百伏，典型值在几千伏，最高可达上万伏；其次，持续时间短，多数只有几百纳秒；第三是相对于通常所说的EOS，其释放的能量较低，典型值在几十个到几百个微焦耳；另外，ESD电流的上升时间很短，如常见的人体放电，其电流上升时间短于10ns。 静电放电(ESD)可引起电子设备失灵或使其损坏。当半导体器件单独放置或装入电路模块时，即使没有加电，也可能造成这些器件的永久性损坏。对静电放电敏感的元件被称为静电放电敏感元件(ESDSElectro Static Discharge Sensitive)。

21、 如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度，就会对元件造成损坏。这是MOS器件出现故障最主要的原因。氧化层越薄，则元件对静电放电的敏感性也越大。故障通常表现为元件本身对电源有一定阻值的短路现象。对于双极性元件，损坏一般发生在薄氧化层隔开的已进行金属喷镀的有源半导体区域，因此会产生泄漏严重的路径。 另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的熔点(1415)时所引起的。静电放电脉冲的能量可以产生局部地方发热，因此出现这种机理的故障。即使电压低于介质的击穿电压，也会发生这种故障。一个典型的例子是，NPN型三极管发射极与基极间的击穿会使电流增益急剧降低。 器件受到静电放电的影响后

22、，也可能不立即出现功能性的损坏。这些受到潜在损坏的元件通常被称为“跛脚”，一旦加以使用，将会对以后发生的静电放电或传导性瞬态表现出更大的敏感性。 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。 静电放电的危害效应是在二十世纪七十年代开始认识到的，这是由于新技术的发展导致元件对静电放电的损坏越来越敏感。静电放电造成的损失是个惊人的数字。因此，许多大型的元件和设备制造厂引进专业技术以减小生产环境中的静电积累，防治静电放电，从而使产品合格率和可靠性提高了许多。56 静电的主要参数和单位 一、电荷

23、量 静电的实质是存在剩余电荷。电荷是所有的有关静电现象本质方面的物理量。电位、电场、电流等有关的量都是由于电荷的存在或电荷的移动而产生的物理量。在科研院所、高等院校、检测站和工矿企业等部门经常需要测量物体的电荷量或电荷密度。表示静电电荷量的多少用电量Q表示，其单位是库仑C，由于库仑的单位太大通常用微库或纳库 1库林(C) =106 微库(uC) 1微库(1lC)=103 纳库(nC)二、 静电电压 带有静电电荷的物体之间或者它们与地之间有一定的电势差，这就称之为静电势，也叫静电电压。实际环境中产生的静电电压通常是指带电体与人地之间的电位差。如果将大地作为零电位，静电带电体的静电电压显然有正负之

24、别，通常说静电电压几千伏或几万伏是指其绝对值。 通常把静电带电体与另一个物体或大地看成一个电容器。电容器的电容量C、电容器一个电极上的电荷量Q，和电容器两个极间的电位差V之间有如下关系： V = QC从上式可以知道，静电带电物体的电容对其静电势有显著影响。带电物体与另一个物体或地之间的静电电压与它们之间的电容量成反比；即电容量越小，静电电压越大。静电荷相同，静电势可能有数量级的差别。如将上式中的电容等效成平板电容器，其电容量C可表示为：从上式也可以了解与静电电压有关的各因素。 例：人体带静电，其静电电压与所带的电荷量Q和人脚与地面的距离d成正比，与两脚的面积A(如果人是站立的)和脚底面与地问的

25、物质的介电常数成反比。 又例：在桌面的聚乙烯袋的静电势为几百伏，当人将袋子提起离开桌面时，因它对地间距增大，电容减小，会使静电势增加到几千伏。 测量静电电压的仪表通常分为接触式和非接触式，对于测量有源带电体如静电发生器(高压电源)等的静电电压常用接触式，但由于接触式仪器在与被测物体接触时会使带电物体的静电放电，而使其电荷量减少或使带电物体的电容增加，这两个因素都将使物体的静电电位降低，因而测出的结果与物体真实带电情况相差较大，所以在测量许多物体的静电电压时更常用的方法是用非接触式静电电压表，这种仪表在测量时不与被测物体有任何接触，因而对被测量物体的静电影响很小。 三、库仑定律和库仑力处于无限大

26、均匀电介质中的两个电荷，若其电荷量分别为ql和q2，它们之间的相互作用力(即库仑力，同性电荷相斥，异性电荷相吸)的大小与q1、q2的乘积成正比，与两者间的距离r的平方成反比，与所在介质的介电常数成反比。即： 其中：F：电荷间的静电作用力 K： 比例常数，K = 9 X 109 mF f： 介质的相对介电常数 四、电场强度 电场强度是用来定量描述电荷周围空间中各点电场强弱的物理量。电场中任意一点的电场强度，其数值上等于单位电荷在该点所受的作用力。即：E = Fq 五、电容电容是导体储存电荷的能力的一种表征，如使空间中某一个被绝缘的导体带上电荷，该导体就具有电位，该导体的电荷利电位之间存在某种固定

27、的关系。即：C = QU 由于种种原因，一旦存在与地绝缘的金属导体，因为它与地之间的静电电容相对来说数量很小，所以即使只有少量的静电电荷积聚，也会出现很高的静电电压。5，7 静电的危害 一、静电敏感元件 大多数未采取保护措施的元器件静电放电敏感度都是很低，很多在几百伏的范围，如MOS单管在100200V之间，GaAs FET在100300V之间，而且这些单管是不能增加保护电路的；一些电路尤其是CMOS IC采取了静电保护设计，虽然是明显的提高了抗ESD水平，但大多数也只能达到20004000V，而在实际环境中产生的静电电压则可能达到上万伏。因此，没有防护的元器件很容易受到静电损伤。而且随着元器

28、件尺寸的越来减小，这种损伤就会越来越多。所以我们说，绝大多数元器件是静电敏感器件，需要在制造、运输和使用过程中采取防静电保护措施。表57-1列出了一些没有静电保护设计器件的静电放电敏感度。 二、静电对电子行业造成的损失 电子行业如微电子、光电子的制造和使用厂商因为静电造成的损失和危害是相当严重的。据美国1988年的报道，它们的电子行业中，由于ESD的影响，每年的损失达50亿美元之多；据日本统计，它们不合格的电子器件中有45是由于静电而引起的；我国每年因静电危害造成的损失也至少有几千万。 ESD对电子元器件的危害还表现在它的潜在性。即器件在受到ESD应力后并不马上失效，而会在使用过程中逐渐退化或

29、突然失效。这时的器件是“带伤工作”。这是人们对静电危害认识不够的一个主要原因。 器件无法鉴别和剔除，一旦在上机应用时失效，造成的损失就更人。而避免或减少这种损失的最好办法就是采取静电防护措施，使元器件避免静电放电的危害。 静电对电子产品的损害有多种形式，并具有自身的特点。 三、静电损害的形式 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。这二种特性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)

30、频谱极宽(从几十兆到几千兆)，对电子产品造成干扰甚至损坏(电磁干扰)。 这几种形式对元器件造成的损伤，既可能是永久性的(如功能丧失，不能恢复)，也可能是暂时性的(如静电放电产生的干扰使功能暂时丧失)：既可能是突发失效，也可能是潜在失效。其中静电放电(ESD)事件是造成元器件损伤最常见和最主要的原因。如果元件全部破坏，必能在运行及检修中被察觉而排除，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，不但检查不易，而且其损失亦难以预测。要耗费很多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。 四、静电对电子产品损害的特点 相对于其它应力，静电对电子产品损

31、害存在以下一些特点： 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23KV，所以静电具有隐蔽性。 2、潜在性和积累性 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。 3、随机性 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性。其损坏也具有随机性。 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，要求较高的技术往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即

32、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。 五、可能产生静电损害的制造过程 元器件从生产到使用的整体过程中都可能遭受静电损伤，依各阶段的可分为： 1、元器件制造过程。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。 5、设备维

33、修过程。 在这整个过程中，每一个阶段中的每一个小步骤，元件都可能遭受静电的影响，而实际上，最主要而又容易疏忽的一点却是在元器件的传送与运输的过程。在这整个过程中，不但包装因移动容易产生静电外，而且整个包装容易暴露在外界电场(如经过高压设备附近，工人移动频繁、车辆迅速移动等)而受到破坏，所以传送与运输过程需要特别注意以减少损失，避免无谓的纠纷。 所以，从元器件的制造、使用到维修的任一环节都有可能发生静电损害。 六、在飞机维护的操作中静电放电对电子组件的损害有着巨大的影响 1、静电放电损害能导致需要准备额外的备用件和产生备用组件短缺的结果。2、由于静电放电而造成组件损坏，能导致飞机离港延迟。 3、

34、一些单元或许能继续工作，但会由于非灾难性的静电放电损害而使其性能低于最佳状态。 4、一个由于静电放电而改变性能的元件能导致计算机临时性的丢失数据或使结果出错，结果导致设备功能失效并要花费大量的时间去发现并修理故障。 5、某一个故障在查明原因之前或许重现多次，这个故障能被认定是由于ESDS装置受损而引起，要对静电放电源进行定位。 6、更换备用组件时由于不正确的操作而造成损坏是十分危急的，因为供货时间可能会很长。 7、许多易受静电放电损害的组件和电子电路在遭受损害后，除了会出现容易监测到的硬件故障，还会出现隐藏的或是延时的其他故障。 8、性能退化是静电放电损害对电路产生的最常见的影响。组件继续运行

35、，但却伴随着性能的退化或改变。包含着这些元件的单元或许通过了正常的完全装配测试，但是在实际的应用中却不能正确的运行。58 ESDS装置的保护 一、静电防护的目的和原则 静电防护的根本目的是在电子元器件、组件、设备的制造和使用过程中，通过各种防护手段，防止因静电的力学和放电效应而产生或可能产生的危害，或将这些危害限制在最小程度，以确保元器件、组件和设备的设计性能及使用性能不致因静电作用受到损害。 前面我们已经提到，电子工业中静电危害的主要形式是静电放电引起的元器件的突变失效和潜在失效，并进而造成整机性能的下降或失效。所以，静电防护和控制的主要目的应是控制静电放电，亦即防止静电放电的发生或将静电放

36、电的能量降至所有敏感器件的损伤阈值之下。 从原则上说静电防护应从控制静电的产生和控制静电的消散两方面进行，控制静电产生主要是控制工艺过程和工艺过程中材料的选择；控制静电的消散则主要是快速而安全地将静电泄放和中和；两者共同作用的结果就有可能使静电电平不超过安全限度，达到静电防护的目的。 二、基本思路和技术途径 静电放电会对器件造成损害，但通过采取正确和适当的静电防护和控制措施，建立静电防护系统，那么就可以消除或控制静电放电的发生，使其对元器件的损害降至最小。对静电敏感器件进行静电防护和控制的基本思想有两条： 1、对可能产生静电的地方要防止静电的聚集，及采取一定的措施，避免或减少静电放电的产生，或

37、采取“边产生(工作)边泄漏”的方法达到消除电荷积聚的目的，将静电荷控制在不致引起产生危害的程度。 2、对己存在的电荷积聚，迅速可靠地消除掉。 所以生产(工作)过程中静电防护的核心是“静电消除”。为此可建立一个静电完全工作区，即通过使用各种防静电制品和器材，采用各种防静电措施，使区域内的可能产生的静电电压保持在对最敏感器件安全的阈值下。 其基本途径有： (1)工艺控制法 旨在使生产(工作)过程中尽量少产生静电荷。为此应从工艺流程、材料选择、设备安装和操作管理等方面采取措施，控制静电的产生和积聚，抑制静电电位和静电放电的能力，使之不超过危害的程度。还有在材料选择上，包装材料要采用防静电材料，尽量避

38、免未经处理的高分子材料。 (2)泄漏法 旨在使静电通过泄漏达到消除的目的。通常采用静电接地使电荷向人地泄漏；也有采用增大物体电导的方法使接地沿物体表面或通过内部泄漏，如添加静电剂或增湿。最常见的是工作人员带的防静电腕带，静电接地柱。 (3)静电屏蔽法 根据静电屏蔽的原理，可分为内场屏蔽和外场屏蔽两种。具体措施是用接地的屏蔽罩把带电体与其它物体隔离开来，这样带电体的电场将不会影响周围其它物体(内场屏蔽)；有时也用屏蔽罩把被隔离的物体包围起来，使其免受外界电场的影响(外场屏蔽)。如GaAs器件包装多采用金属盒或金属膜。 (4)复合中和法 旨在使静电荷通过复合中和的办法，达到消除的目的。通常利用接地

39、消除器产生带有异号电荷的离子与带电体上的电荷复合，达到中和的目的。一般来说当带电体是绝缘体时，由于电荷在绝缘体上不能流动，所以不能采用接地的办法泄漏电荷，这时就必须采用静电消除器产生异号离子去中和。如对生产线传送带上产生的静电荷就采用这种方法进行消除。 (5)整净措施 旨在避免尖端放电的现象。为此，应该尽可能使带电体及周围物体的表面保持光滑和洁净，以便减少尖端放电的可能性。5，9 静电防护操作要求 一、操作人员 l、操作静电敏感元器件的人员应该进行静电防护知识的培训。 2、操作人员应避免在元器件附近做产生静电的身体活动，如脱穿工作服等。 3、操作人员应用浸沾酒精或加水的洗净剂棉花球清洗手指。

40、4、操作静电放电敏感元器件的人员，应穿静电放电保护工作服。这种工作服应定期用静电计监测。为防止衣服直接接触静电放电敏感元器件，防止腕带从衣服上放电，除长袖工作报袖口应卷起外，还应戴静电放电保护手套，绑扎在裸露手腕上，并向上伸展到肘部。 5、在不能使用人体接地扣带的地方，维护静电放电敏感设备的人员，在静电放电敏感元器件从其保护包装盒移出之前应把身体接地。 6、操作人员应用适当的实验设备(例如兆欧表)定期地检验皮肤接触点和接地线之间的人体接地扣带、静电安全工作台表面、导电地板垫和其他与地连线的电阻率，以保证其符合接地的要求。 7、操作人员必须注意的安全事项： (1)静电敏感元器件防护系统的泄漏电流

41、不允许超过5mA； (2)在进行防静电工作时，静电放电操作者与大地之间的电阻在106一109，才能使用防静电操作系统。 (3)不允许在静电放电敏感元器件通电的情况下进行焊接和拆装。 二、设置静电防护工作区 l、静电防护区应远离大功率源辐射电磁场，工作区的门口应设地线母线柱。静电防护区内禁止放置非生产物，避免产生瞬间高电压源。 2、静电防护区应配备离子发生器，以净化环境减少静电荷积累。静电防护区的固定设备应良好接地；工作区域应铺设防静电地垫；人体、桌面应安全接地。 3、静电防护区内使用的包装材料应选用导电塑料薄膜或抗静电聚脂泡沫塑料，在操作过程中材料不应产生静电荷。 4、防静电工作区内应尽量避免

42、人员走动和移动工件、设备， 以减少摩擦起电。 5、进入防静电工作区的人员应习惯地与地线柱碰触，以便先使人体静电释放。操作者应穿防静电工作服、鞋，戴防静电手套、工作帽，坐椅应配有防静电靠背和坐垫。 6、全部装配操作过程一般应在静电防护区和防静电工作台上进行。工序间周转时，敏感器件应封闭在防静电的保护罩、袋或盒内，并不得掉落。 7、非生产人员进入静电防护区时，先进行人体静电释放，并穿好防静电工作服、鞋，并在工作区内不允许随便触摸敏感器件或靠近正在操作的人员。 三、操作要求 (一)操作 1、对静电敏感元器件：防静电保护性操作应力求简化。 2、在打开包装材料之前，为了使包装容器先放电，应将包装的静电敏

43、感元器件放置在静电安全工作台上进行操作。 3、手指或金属摄取工具只有在接地之后，才可以将静电敏感元器件从静电放电保护包装材料内取出。 4、拿取静电敏感元器件的方法应正确，如用拇指及食指拿集成电路的两个侧面，手不要接触引脚线，最好用专用的组件插拔器拔集成电路。 5、不允许使静电敏感元器件在任何非静电保护表面滑动。 6、静电敏感元器件(尤其是MOS器件)从设备上拔出或插入时，或在接触不好情况下，不要对设备或印制板组装件通电。 7、MOS器件的附加预防措施如下： (1)当MOS器件电源断开时，输入端不允许加信号。 (2)在试验MOS器件时，所有不用的输入引线应接到电源地线，或接到Vss或VDD的引线

44、上，可按具体器件而定。 (3)在进行介质或绝缘电阻试验之前，要将MOS器件从设备内拨出。 (4)所有被用作试验静电敏感元器件的电源，不应出现电源电压瞬变过程。 (5)在作参数或功能试验之前，应检查设备固有的电压极性。 (6)不要用万用表探测MOS器件的引线或接线端子。在非用不可时，在探测之前，应把探头先接触硬接地线。 (7)当使用测试用的接头，或把某一零件端子插入印制板组装件内(或组件的电插座内)时，应使用分路棒、线夹或无腐蚀的导电泡沫(或保护罩)之类的分流器，以保护MOS器件不受摩擦生电所产生电磁脉冲的损害。 (二)装配 l、装配静电敏感元器件时，不允许插反或插错。2、电烙铁、锡锅、吸锡器应

45、可靠地接地，不允许使用超声波搪锡机对敏感元件进行搪锡。若使用绝缘把手的工具时，应对把手进行抗静电剂处理。 3、应先安装一般元器件，最后安装静电敏感元件，装配过程中不允许用手直接触摸敏感元器件的引脚线。装配带有敏感元件的印制板组装件时，应给印制板的外接电连接器插上静电保护插头(座)，即先将印制板的外接端子短路，直到印制板组装件装入整机。 4、检验带有静电敏感元件的印制板组装件时，应在防静电工作台上进行，检验人员要作可靠地静电释放利接地。当印制板组装件从静电保护插头(座)卸下时，应立即放入防静电袋(盒)内。 5、维护人员应该经常把工具尖端和地面接触而不要和静电敏感组件接触。工具和装置不用时放在地面

46、，减少静电电荷积累。 (三)调试 1、调试所用的仪表，电器设备的地线应与接地干线共地，接地必须可靠，接地电阻不大于0.1。并在工作前必须认真检查。 2、为避免瞬态电压冲击损坏敏感元器件，不允许在电源接通情况下插拔“印制板组装件”，或更换敏感元器件。 3、为防止感应电势高压峰值损伤敏感元器件，用直流稳压电源时，严禁在输出线对线路供电情况下拨动前端开关“通”或“断”，印制板组装件或整机供电顺序须由高端“通”向低端；关机断电顺序应由低端“断”向高端。 4、供印制板组装件或整机用的电源极性不能接反。 5、当信号源与敏感元器件的电源不共用一组电源时，应先通电源，后通信号；停止工作对，应先断信号，后断电源

47、。 (四)清洗 清洗静电敏感元器件或带有敏感元器件的印制板组装件时，外接电连接器应插上静电保护插头(座)，并遵守下列规定： l、清洗液应选用静电耗散性能较好的溶剂，产品技术条件允许时可采用导电溶剂。 2、自动清洗时，应将清洗设备及搁架硬接地。 3、手工清洗时应使用天然绸布材料或鬃毛刷子，不允许使用合成化纤材料及由合成化纤材料制成的工具。 四、定期检查的项目： l、每周检查手腕带和电线，手腕带的金属片到手腕带电线的电阻应该在250K15M之间。 2、每周检查工作台垫子，地线终端和手腕带终端的电阻应该少于1M。 3、每周检查工作台区域。从手腕带的金属片通过手腕带线，工作台垫子，地线到地线终端连接器

48、的电阻应该110M。 4、每天检查脚腕带。保证脚腕带的干净和舒适，检查磨损情况，如果接触的金属片遗失或松垮就更换。 5、每周检查地板垫子。两个连接器间的电阻应该少于1M。 6、每周检查地板垫子的接地线。 五、静电敏感元器件的入库操作 l、所有静电放电敏感元器件在入库时，其包装盒及器件上应有专用的防静电标志。 2、对无静电放电敏感标志及无静电放电保护包装产品，应按有缺损静电放电敏感元器件拒放。 3、清点静电敏感元器件的数量时，尽量不打开静电敏感元器件的包装；如果包装不是透明的或不打开包装不能进行清点时，则必须在静电防护工作区内操作。 4、经检验过的静电放电敏感器件应重新包装在静电保护包装材料内，

49、并保证其包装上的专用标志完整。 六、运输和保管 l、存放静电敏感元器件仓库必须有静电控制和明显的静电敏感标志。 2、在入库和出库过程中，应将元器件存放在静电防护小车内，进行运输或放在托盘上进行搬运。 3、收、发元器件时应在防静电工作台上进行，操作者应带防静电腕带。一般不用打开防静电包装，如必须打开时，应尽量减少元器件与台面及人体的接触次数。 4、元器件在搬运传递时，全部引出脚应处于同一电位的金属箔中，并盛装在加盖表面导电的金属包装盒中；严禁将元器件掉落在地。 5、在静电敏感组件运输或储藏过程中要把组件的引脚放在一起。为此，下列的一种或几种方法的结合将会用到 把组件的引脚插入高密度的导电性的泡沫

50、上(典型的是黑色的)。 把组件放入防静电容器中。 把组件插在双列直插式铝管或塑料管上，铝管或塑料管经过防静电产生处理(应该标记勾耗静电)。管的颜色不能表示静电敏感组件的保护能力。管子保护静电敏感组件免受摩擦起电电荷影响。它们不能屏蔽。因此，集成电路管在运输和储藏过程中要放在防静电容器中。 用金属夹子把引脚夹在一起或把它们储藏在接地的金属容器中。 七、静电的定性测试法。见表591八、手腕带的测试1、用手腕带测试仪进行测试：(1)选择一个手腕带测试仪。(2)套上手腕带。(3)将手腕带的插座终端插入测试仪。(4)按下测试钮。2、用万用表进行测试： (1)将万用表调至档位。 (2)调整万用表的档位至合

51、适的电阻范围。 (3)将手腕带的插座终端与万用表的黑表笔相连。 (4)用万用表的红表笔接触手腕带的金属片一端。 (5)测得的电阻范围是250K15M。 (6)套上手腕带。 (7)用食指和拇指捏住万用表的红表笔。 (8)测得的电阻至少为10K510 静电防护器材 静电防护材料或防静电材料在静电防护和控制工程中占有重要的地位，由防静电材料制成的静电防护用品如容器、服装、传送带等是制造过程中必不可少的。 一、与静电防护材料有关的基本概念 这里先介绍一些在静电防护和控制技术中用到的与材料有关的基本概念。 电阻和电阻率：这是静电控制技术中最关键的两个概念，它们经常混淆，不仅被用来表示材料，还用于描述评估

52、材料的测试方法。 体电阻率：指某材料单位厚度上的直流压降与单位面积上通过的电流之比。体电阻系数是材料的基本参数之一，表示其导电性能，单位为欧姆厘米。 表面电阻率：该参数用于厚度一定的薄膜材料，其定义为表面上单位长度的直流压降与单位宽度流过电流之比。它指正方形两对边之间的阻值，只要面积远远大于薄膜厚度，则该阻值与正方形的大小无关。表面电阻率的单位是欧姆。 电阻：从另一方面表示不同形状(面积和长度)和电阻率的材料对电流的阻碍作用，它同时表明材料的表面或表面与地之间的电路连通性以及物体的放电能力，单位是欧姆。 表面电阻：指材料某个面上两点间的直流电压与通过的电流之比，以欧姆表示。表面电阻值与材料的结

53、构无关。 体电阻：指材料两端之间的直流电压与通过电流的比值，它的单位也是欧姆。 绝缘材料：一般指表面电阻系数在1X1012欧姆或体电阻系数在1X1011欧姆厘米以上的材料。绝缘材料的表面或内部基本上没有电流流动，它的电阻很大，难于接地。这种材料内的静电荷会在上面保留很长时间。 导电材料：一般指表面电阻系数小于1X105欧姆或体电阻系数小于1X104欧姆厘米的材料。这种材料电阻小，电子在其表面及内部流动非常容易，可流向任何接触到的其它导体或大地。 耗散材料：一般指表面电阻系数大于或等于1X105而小于lXl012欧姆，或体电阻系数大于或等于1X104而小于1X1011欧姆厘米的材料。 屏蔽材料：

54、一般指导电层每毫米厚度的表面电阻系数小于1X104欧姆，或体电阻系数小于10X103欧姆厘米的材料，采用这种材料制作的法拉第保护罩可防止静电敏感器件受到静电的影响。 抗静电性：通常指材料抑制磨擦起电的特性。材料的抗静电性与其电阻或电阻率没有必然的联系。如有些抗静电材料，电阻很高，属高绝缘型，但起电力很小，多次摩擦都不会产生静电积累。 理解并正确使用静电控制中的这些基本概念，可以使用语更加准确，这样有助于有效地实施ESD控制。 二、静电防护材料的分类如前所述，根据防静电材料的导电性能，可将其分为静电绝缘、耗散、导电和屏蔽四种，如以表面电阻率(单位)划分如下： 注：具体的分界数值不同标准或不同企业

55、有所不同，而且有些分类更细。还有的标准以体电荷密度作为划分的参数。 根据防静电材料的来源分，可以分为天然材料和人造材料两大类。天然材料如金属，棉织物等：而在静电防护工程中，大量使用的是人工制造或经过人为改造的材料。 人造材料主要有两种制造方法：一是在原来的材料中添加带电性材料或物质，如碳黑、石墨、碳纤维的炭类，或金属粉、金属纤维等金属类，或抗静电剂等化合物类。添加的材料或制品具有永久性；另一种方式是表面涂敷，如在工具的把手等表面涂敷表面活性剂，利用分子的极化和亲水基使表面形成单分子导电层，达到静电防护的目的，这种方法具有时效性，会磨损和消失。现在也有耐久的高分子表面活性剂。 三、静电防护器材 静电防护器材主要分为两大类：防静电制品和静电消除器。防静电制品是由防静电材料制成的物品，主要作用是防止或减少静电的产生和将产生的静电泄放掉。而静电消除器用来中和那些在绝缘材料上积累的、无法用泄放方法消除的静电电荷。 1、防静电材料的制品 防静电材料制品的种类相当繁多，但主要可以归为以下几类： (1)防静电服装和腕带 防静电服装和腕带是消除