靜電對電子制造的影響與設計預防

這幾天的天氣真冷，廣東地區都接近零度，天氣非常干燥，靜電非常活躍，人們對靜電現象并不陌生，當你脫下冬天的毛衣時，可以聽到“劈啪”的放電聲，在光線不足的地方甚至可以看見火花，你在日常生活中所感覺到、聽到甚至看到的其實就是靜電在放電，大自然中的雷電實質也是一種強大的放電現象。

現實生產中，靜電已經成為人們常常遇到的親密“伴侶”，對這種靜電放電現場已經習以為常了，盡得它會給大家帶來不適或恐怕，但這一切對人體來說并沒有產生什么直接的危害。但對于電子設備而言卻完全不同了，半導體元器件的高密度、高增益對靜電放電越來越敏感，MOS電路的擊穿僅為100伏，而有些高要求的元器件在30伏左右，靜電放電的危害性及防護的重要性，一現代電子制造業，越來越被人們所重視，事實上，ESD給制造業帶來的損害繼續給電子工業制造每年帶來數十億美元的代價。

靜電產生的原因

我們知道，物質都是由分子組成，分子是由原子組成，原子中有帶負電的電子和帶正電的質子組成。在正常狀況下，一個原子的質子數與電子數量相同，正負平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞于原子核周圍，一經外力即脫離軌道，離開原來的原子而進入其他的原子，使原子因缺少電子數而帶有正電現象，另外的原子因增加電子數而呈帶負電現象。這種物體表面所帶過剩或不足的相對靜止不動電荷，稱之為靜電。引起靜電的方式通常有固體起電、感應起電、摩擦起電、人體帶電等等。

人體帶電主要有三種形式。一是接觸分離帶電，即人在活動中衣服之間，與外界物質之間的摩擦，鞋與地面接觸分離。二是感應帶電;三是吸附帶電，當人體在具有帶電微粒空間活動時，由于帶電微粒被人體所吸附，使人體帶電。某些外界因素對靜電產生的影響非常大，濟主要的要數人體和濕度了。

人為因素

由于人在不停地運動,人的身體很容易帶上靜電荷;人的皮膚、頭發和身體這樣的絕緣材料會儲存相當大數量的靜電荷;由于人在操作，會將人體的靜電傳輸(發射)電荷到元器件或設備上。

低濕度(空氣干燥)

濕度對靜電的積累和消散的影響很大，濕度較低時，靜電電位高;濕度較高時，靜電電位低。這主要因為濕度較高時，絕緣材料表面吸附了水分子(有時還有導電雜質)而降低了絕緣，便于靜電泄漏。不同物質受濕度影響不同，吸濕性大的，容易被水份潤濕，受濕度影響較大;吸濕性小，受濕度影響也小。如玻璃表面，易被水潤濕，而石蠟、聚四氟乙烯等不易被水潤濕的物質，受濕度的影響較小。

所接觸的材料類型

不同的材料產生靜電的大小不一樣，特別是合成材料、普通塑料和絕緣體更容易產生或存儲靜電。

靜電放電(ESD)

   所謂靜電放電，指具有不同靜電電位的物體，由于直接接觸或靜電感應引起物體間的靜電電荷轉移。這是在靜電場的能量達到一定程度后，擊穿其間介質而進行放電的現象。

靜電在電子工業中的危害

   靜電放電對人體的影響似乎并不明顯，但在電子元件的生產過程中，或在電子產品的安裝、調試及檢驗過程中，如不消除靜電，將會影響生產或降低產品質量。尤其是半導體器件和微電路生產行業，由于靜電放電更會引起器件失效。

隨著科學技術的飛速發展，電子、郵電通訊、航天航空等高新產業的迅速崛起，尤其需求電子儀器儀表和設備等電子產品日趨小型化，多功能及智能化。高密度信成電路(如MCU)已成為電子工業對上述要求中不可缺少的器件。這種器件具有線間距短、線細、集成度高、運算速度快、低功率、低耐壓和輸入阻抗高的特點，因而導致這類器件對靜電越來越敏感。靜電放電(ESD)的能量，對傳統的電子元件的影響甚微，人們不易覺察，但是這些高密度集成電路元件中，不論是MOS 器件，還是雙極型器件都可能因靜電電場和靜電放電電流引起失效，或者造成難以被人們發現的"軟擊穿"現象，給整機留下潛在的隱患，直接影響著電子產品的質量、壽命、可靠性和經濟性。

靜電放電引起的元器件擊穿損害是電子工業濟普遍、濟嚴重的靜電危害，它分即時失效和延時失效。

即時失效是一次性造成元器件介質擊穿、燒毀或長久性失效。延時失效是造成器件的性能劣化或參數指標下降，也就是說即使產品已經通過了所有的檢驗和測試，仍然有可能在送到客戶手中后失效。

下面是引起失效的的幾種情況：

對PN 結造成軟擊穿，產品可靠性下降;

芯片內單晶硅金屬鍍模擊穿，產品廢品率上升;

芯片內引線擊穿使產品廢品率上升。

電子元件與ESD電壓損害的關系

不同的器件對靜電放電(ESD)敏感程度不同。這種差別是由于器件的設計和摻入器件內的雜質成分不同而造成的

  人是電子產品生產工作中的主體，由于人體的不停運動，加上人與地板、衣服等其他物體之間的摩擦、接觸與分離，是主要的靜電源，人體因各種活動而產生的靜電電壓約 0.5~2kV，在濕度較低的環境中，其靜電電壓會增加10多倍甚至更高。

靜電對家電制造的影響以及設計預防

    可以說靜電是無處不在，這樣就對電子制造提出了較高要求。機器產生的靜電，我們可以通過讓機器接地，這樣可以有效解決機器產生的靜電對制造中家電的損壞。對于人為產生的靜電，可以查找到其產生的源頭，從而從源頭上解決。我們的思路很簡單，就是給源頭靜電提供一個泄放通道，讓其能夠在到達敏感元件前將靜電消耗掉。通過分析以及實際生產經驗總結，濟容易受到靜電損傷的是MCU，而且危害也濟大，一旦損壞，則整個元器件都失去功效。所以我們一般會針對MCU采取以下一些簡單方法來解決靜電。

RC電路或者單電阻、單電容電路

我們知道，電阻是耗能元件，那么在靜電的通路上放置一個合適大小的電阻將是一個理想的選擇，而且成本也不高。

單二極管電路

  對于部分電路，在通路上增加電阻可能會影響其固有功能的，可以采用對電源上拉或者下拉一個二極管。我們知道，靜電是非常快速的，所以要求這個二極管反應速度也要快，否則，起不到泄放靜電的作用。我們通常使用性價比比較高的IN4148(當然采用TVS管效果會更好，不過成本需要高一些)。

除了在電路上采取一些措施外，我們還可以在設計PCB板時，在PCB板上采取些措施：

地線采用單點共地的方式;如果可能，盡量每一個信號線附近都有地線，這樣方便通過寄生電容來釋放靜電;靜電一般都是**放電，所以可以在電路中故意設置一個銳角走線，然后在此銳角處設計靜電防護;其它走線盡量寬而短;在線路上有意的預留一些安裝電阻、電容位置，在生產中無法消除靜電時，增加電阻、電容等消除靜電。

結束語

   靜電是無處不在的，其時時刻刻都影響著我們的生活，包括我們的身體、產品;只有我們充分認識了靜電，才能避免其造成的影響，甚至可以利用其為我們服務。