静电击穿

什么是静电：

静电（static electricity），是一种处于静止状态的电荷。在干燥和多风的秋天，在日常生活中，人们常常会碰到这种现象：晚上脱衣服睡觉时，黑暗中常听到噼啪的声响，而且伴有蓝光，见面握手时，手指刚一接触到对方，会突然感到指尖针刺般刺痛，令人大惊失色；早上起来梳头时，头发会经常“飘”起来，越理越乱，拉门把手、开水龙头时都会“触电”，时常发出“啪、啪”的声响，这就是发生在人体的静电。

静电是一种电能，它存在于物体表面，是正负电荷在局部失衡时产生的一种现象。静电现象是指电荷在产生与消失过程中所表现出的现象的总称，如摩擦起电就是一种静电现象。

为什么要防静电：

由于电子行业的迅速发展，体积小、集成度高的器件得到大规模生产，从而导致导线间距越来越小，绝缘膜越来越薄，致使耐击穿电压也愈来愈低。而电子产品在生产、运输、储存和转运等过程中所产生的静电电压却远远超过其击穿电压阈值，这就可能造成器件的击穿或失效，影响产品的技术指标，降低其可靠性。由此可见，静电是电子行业发展中的一大障碍。所以预防静电必须提到议事日程上来，以确保产品的质量。

静电的危害：

静电在我们的日常生活中可以说是无处不在，我们的身上和周围就带有很高的静电电压，几千伏甚至几万伏。平时可能体会不到，人走过化纤的地毯静电大约是35000伏，翻阅塑料说明书大约7000伏，对于一些敏感仪器来讲，这个电压可能会是致命的危害。

电子行业中静电障害可分为两类：一是由静电引力引起的浮游尘埃的吸附；二是由静电放电引起的介质击穿；

1． 静电吸附

在半导体元器件的生产制造过程中,

由于大量使用了石英及高分子物质制成的器具和材料，其绝缘度很高，在使用过程中一些不可避免的摩擦可造成其表面电荷不断积聚，且电位愈来愈高。表1列出了半导体元器件及其使用环境中部分物品表面的静电电位。

表1

名 称 芯　片 工作台表面 操作人员

静电电位 5.0(kV) 35(kV) 100(kV)

从表1可见，它们的静电电位都很高。由于静电的力学效应，在这种情况下,

很容易使工作场所的浮游尘埃吸附于芯片表面，而很小的尘埃吸附都有可能影响半导体器件的良好性能。所以电子产品的生产必须在清洁环境中操作，并且操作人员、器具及环境必须采取一系列的防静电措施，以防止和降低静电危害的形成。

2．介质击穿的分类

由静电引起元器件的击穿是电子工业中静电危害的主要方式。在强电场中，随着电场强的增强，电荷不断积累，当达到一定程度时，电介质会失去极化特征而成为导体，最后产生介质的热损坏现象，这种现象称为电介质的击穿。介质击穿分热击穿、化学击穿和电击穿三种形式。

（1）热击穿

介质工作时，当损耗产生的热量大于介质向周围散发的热量时，介质的温度迅速升高，导电随之增加，直至介质的热损坏。可见热击穿的核心问题是散热问题。所以热设计是产品设计的重要环节之一。

（2）化学击穿

在高压下，强电场会在介质表面或内部的缺陷小孔附近产生局部空气碰撞电离，引起介质电辉，生成化学物质--臭氧和二氧化碳，使绝缘性能降低，致使介质损坏。

（3）电击穿 电击穿是介质在强电场作用下,

被击发出自由电子而引起的。自由电子随电场强度的增加而急剧增加，从而破坏介质的绝缘性能。可见电击穿的本质是电荷积聚所致,

因而防止电荷积聚就可防止电击穿。一般把击穿的临界电压称为击穿电压, 临界场强称为击穿场强。

3．静电的击穿与放电

（1）静电放电

静电放电与外加稳定电源产生的放电虽然同为电荷积聚所致，但又有着明显的区别。首先，在静电放电的情况下，起放电电源是空间电荷，因而它所储存的能量是有限的，不像外加电源那样具有持续放电的能力，故它仅能提供短暂发生的局部击穿能量。虽然静电放电的能量较小,

但其放电波形很复杂，控制起来也比较麻烦。半导体器件的软击穿就与它有关。

（2）静电击穿

由静电击穿引起的元器件击穿损坏是电子工业中，特别是电子产品制造中最普遍、最严重的危害。

静电放电可能造成器件硬击穿或软击穿。硬击穿是一次性造成器件的永久性失效，如器件的输出与输入开路或短路。软击穿则可使器件的性能劣化，并使其指标参数降低而造成故障隐患。由于软击穿可使电路时好时坏（指标参数降低所致），且不易被发现，给整机运行和查找故障造成很大麻烦。软击穿时设备仍能带"病"工作，性能未发生根本变化，很可能通过出厂检验，但随时可能造成再次失效。多次软击穿就能造成硬击穿，使设备运行不正常，既给用户造成损失，也影响厂家声誉和产品的销售。

4．人体静电

在工业生产中，引起元器件损坏和对电子设备的正常运行产生干扰的一个主要原因是人体静电放电。人体静电放电既可能造成人体遭电击而降低工作效率，又可能引发二次事故（即器件损坏），因此人体静电应引起足够重视。人体形成静电的原因是人体在日常工作中，把人体所消耗的机械能在活动中转换为电能。人体是一个静电导体，当与大地绝缘时（如穿的鞋底为绝缘物质），人体与大地就形成一个电容，使电荷储存起来，其充电电压一般

≤50kV。当电荷储积到一定程度时，一旦条件成熟会放电形成火花，瞬时放电电压可达数千千伏，放电功率可达几千千瓦。

人体自身的动作或与其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。静电在多个领域造成严重危害。摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害。

生产过程中静电防护的主要措施为静电泄露、耗散、中和、增湿，屏蔽与接地。

人体静电防护系统主要有防静电手腕带，脚腕带，工作服、鞋袜、帽、手套或指套等组成，具有静电泄露，中和与屏蔽等功能。

静电防护工作是一项长期的系统工程，任何环节的失误或疏漏，都将导致静电防护工作的失败。

当直接灾难性失败模式发生时，一个元气件在某点上是被击穿，它将再也不能起到作用。这种静电放电损毁类型既简单易发现，因在测试中它通常能被测到。

当潜在失败发生时，静电放电使元气件对于某点上削弱或受伤，在测试中，它将仍然可以通过。但是，长时间受伤的元气件会引起不良的表现，最终导致系统失败。因为潜在失败发生是在最后的检查或是在公司的控制范围外，这个修理成本是非常高的，不仅这种类型损伤很难发现，它将几次影响贵司产品的声誉，当混乱失败模式发生时，一个静电释放引起一个电流漂移，它不是引起整个意义上的失败。但是，在使用时可能断断续续地导致门限泄漏，以致引起软件损失或储存不正确信息。

静电是如何产生的：

1、绝缘体之间摩擦而产生静电

2、传导

3、感应

4、静电感应只对导体、半导体有用。

如何防静电：

接地

接地对于减少在导体上产生的静电荷是非常重要的，人体是导体，并且是主要静电产生发源地。因此，我们必须减少在接触敏感防静电元件或组件的人身上产生的静电荷。预防在人体上产生静电最好是通过人体接地。

几种个人接地装置

在工业中，手腕带是最常用的接地装置。手腕带将安全且有效地排走你身体上的静电荷，合理地发挥一个手腕带的作用需要合理地接触皮肤。一个脏的或松的手腕带可能保留着漏走的静电荷，使防静电控制失效。导电的鞋类或脚接地可以被使用或补充手腕带不足。

工作站接地装置

导电或静电耗散工作表面是一个静电安全工作站必不可少的一部份，特别是那些用手组装发生的地方，当使用手腕带，对于干净工作表面并且合适地接到一个公共点上接地是必要的，导电或静电耗散材料能够产生静电荷，但是当合适地把他们接地后，他们可以有效地漏走静电荷。

隔离

下一个概念是在储存或运输过程中隔离元气件和组件。从带电物体或带电静电场中隔离出来。在储存或运输过程中，绝缘体是最好的方式来阻止静电释放损伤发生。既然接地不能排走静电荷或绝缘体，它是有必要从他们中隔离敏感元气件和组件。在静止工作、出货、搬运区域减少常规塑胶和其它类型的绝缘体是最好方法从绝缘体中隔离产品。隔离也可通过限止进入整个工作区域或工作站来完成。

最后，我们利用这个事实，静电荷不能进入由导体材料或导体层做成的容器。这个效应被称作法拉第杯效应。在储存和运输电子元气件或装载线路板时，确保有近似法拉第杯特性的容器被使用，这些容器将会从静电释放击伤当中隔离出来。

法拉第杯

这种类型法拉第杯通常用在控制静电释放，它是金属袋、导电袋、有盖的周转盒，这些法拉第杯可以携带这些在表面上的静电荷并且在打开之前将它移走。

中和

由于接地和隔离将不能从绝缘体诸如人工合成的布或常规塑胶当中释放电荷，所以中和就显得重要了。从绝缘体中中和或移走在制程工作中自然产生的电荷，称之为电离。离子是存在于空气中简单带电物质，离子是由于自然能源物质产生的，它包括太阳光、照明、露天为焰和辐射。

我们可以通过离子发生器人造成上万亿的离子，离子发生器使用高电压产生一个平衡的混合带电离子，并且用风扇帮助离子漂移到物体上或区域里中和。离子化可以在八秒钟内中和在绝缘体上的静电荷，因此可以减少他们潜在的引起的伤害。通过离子化中合不是接地或隔离的替代品，离子化仅减少静电释放事故发生的可能性或风险。