电子元器件抗ESD损伤的基础知识

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Q?d （1.3） A??从（1.3）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）和脚底面与地间的物质的介电常数ε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。 1.3.5 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1.4是电子生产中产生的静电势的典型值。从中可以看到，同样的动作在不同的湿度下，产生的静电电压可以相差一个量级以上。

表1.4 电子生产中产生的静电势的典型值（单位：V） 事件 走过乙烯地毯 在工作椅上操作人员的移动 将DIP封装的器件从塑料管中取出 将印刷电路板装进泡沫包装盒中 10％ 12000 6000 2000 21000

相对湿度 40％ 5000 800 700 11000 50％ 3000 400 400 5500 1.4 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。

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1.4.1 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50一250pF，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1.4列出了在几种活动中人体的静电势，图1.2则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。

图1.2 操作者手上的静电

(2) 人体静电与环境湿度有关，湿度越低则静电势越高。从表1.4可以清楚地看到这一点。

(3) 人体静电与所着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1.5列出了质地不同的工作服和内衣摩擦时人体所带的静电势。

表1.5 质地不同的工作服和内衣摩擦时人体的静电势（kV）

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(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％是脚底对地电容，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，人体静电势越高。由图1.2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。 1.4.2 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。 1.4.3 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。 1.4.4 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，如表1.6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。

表1.6 电子元器件操作环境的其它静电源

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1.5 静电放电的三种模式

静电对电子产品的损害有多种形式，其中最常见、危害最大的是静电放电（ESD）。带

静电的物体与元器件有电接触时，静电会转移到元器件上或通过元器件放电；或者元器件本身带电，通过其它物体放电。这两种过程都可能损伤元器件，损伤的程度与静电放电的模式有关。实际过程中静电的来源有很多，放电的形式也有多种。但通过对静电的主要来源以及实际发生的静电放电过程的研究认为，对元器件造成损伤的主要是三种模式，即带电人体的静电放电模式、带电机器的放电模式和充电器件的放电模式。图1.3和1.4分别是人体放电和充电器件放电的实例图。 1.5.1 带电人体的放电模式(HBM)

由于人体会与各种物体间发生接触和磨擦，又与元器件接触，所以人体易带静电，也容

易对元器件造成静电损伤。普遍认为大部分元器件静电损伤是由人体静电造成的。带静电的人体可以等效为图1.5的等效电路，这个等效电路又称人体静电放电模型（Human Body Model）。其中，Vp带静电的人体与地的电位差，Cp带静电的人体与地之间的电容量，一般为50-250pF；Rp人体与被放电体之间的电阻值，一般为102-105Ω。