靜電在我們的日常生活中可以說是無處不在，我們的身上和周圍就帶有很高的靜電電壓，幾千伏甚至幾萬伏。平時可能體會不到，人走過化纖的地毯靜電大約是35000伏，翻閱塑料說明書大約7000伏， 對于一些敏感儀器來講， 這個電壓可能會是致命的危害。靜電學主要研究靜電應用技術，如靜電除塵、靜電復印、靜電生物效應等。更主要的是靜電防護技術，如電子工業、石油工業、兵器工業、紡織工業、橡膠工業以及航天與**領域的靜電危害，尋求減少靜電造成的損失。

近年來隨著科學技術的飛速發展、微電子技術的廣泛應用及電磁環境越來越復雜，靜電放電的電磁場效應如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問題，已經成為一個迫切需要解決的問題。一方面， 一些電阻率很高的高分子材料如塑料，橡膠等的制品的廣泛應用以及現代生產過程的高速化，使得靜電能積累到很高的程度；另一方面，靜電敏感材料的生產和使用，如輕質油品，火藥，固態電子器件等，工礦企業部門受靜電的危害也越來越突出。

靜電危害造成了相當嚴重的后果和損失。它可以在不經意間將昂貴的電子器件擊穿，造成電子工業年損失達上百億美元。在航天工業，靜電放電造成火箭和衛星發射失敗，干擾航天飛行器的運行。1967年7月29日，美國Forrestal 航空母艦上發生嚴重事故，一枚A4飛機上的導彈突然點火，造成了7200萬美元的損失，并損傷了134人，調查結果是導彈屏蔽接頭不合格，靜電引起了點火。1969 年底在不到一個月的時間內荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產生的靜電引起相繼發生爆炸。我國近年來在石化企業曾發生30多起因靜電造成了嚴重火災爆炸事故。許多工業發達國家都建立了靜電研究機構，我國從60 年代末開始開展了一些靜電研究工作，80年代開始以來，我國的靜電研究發展極為迅速。1981年成立了中國物理學會靜電專業委員會并召開了弟一次國內靜電學術會議，國內性的和各地方的靜電學術會議不斷召開，靜電研究和應用的范圍也越來越廣，科研隊伍不斷壯大。

   那么什么是靜電呢?

表1-8    靜電可能產生的電位

4.1.2   什么ESD

    ESD是代表英文ElectroStatic Discharge即“靜電放電”的意思。ESD是本世紀中期以來形成的以研究靜電的產生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應如電流熱（火花）效應（如靜電引起的著火與爆炸）及和電磁效應（如電磁干擾）等的學科。近年來隨著科學技術的飛速發展、微電子技術的廣泛應用及電磁環境越來越復雜，對靜電放電的電磁場效應如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問題越來越重視。

4.1.3   靜電的電荷量

靜電的實質是存在剩余電荷。電荷是所有的有關靜電現象本質方面的物理量。電位、電場、電流等有關的量都是由于電荷的存在或電荷的移動而產生的物理量。在科研院所、高等院校、檢測站和工礦企業等部門經常需要測量物體的電荷量或電荷密度。表示靜電電荷量的多少用電量Ｑ表示，其單位是庫侖Ｃ，由于庫侖的單位太大通常用微庫或納庫。

1庫侖＝1000000微庫

1微庫＝1000000納庫

4.1.4   靜電電壓

由于在很多場合測量靜電電位較容易，另一個常用的靜電參數是靜電電位，其單位為伏 ，但由于靜電電壓通常很高，因此常用一個較大的單位-千伏(kV)。1kV=1000V。

4.1.5   美規S20.20的靜電防護建議

美國靜電協會所發布的國際標準靜電防護規范ANSI/ESD S20.20中，建議全球電子業對電子元件、半成品、儀器設備的靜電防護，標準參考靜電位應設在100V。

美規S20.20的三基本ESD防護準則：

=在環境中的所有導體，包括人員，必需綁接或電氣地連接并且附接至一個明確的接地或一個特別設計的（虛擬）接地。

=環境中必要大的非導體不能因附接至接地而消除其上的靜電荷，離子化系統可提供這些必要的非導體上面的電荷的中和。

=在靜電防護區之外ESD敏感物品的運送都需要靜電保護材料的包裝。

4.1.6S20.20靜電接地基本概念

   靜電接地(ESDGrounding):透過一條接地路徑，提供“等電位”效果，以減少靜電放電對“ESD敏感元件”（ESDS）造成的傷害。

4.1.7國際通用防護區警示符號(圖1-24)

4.1.8  如何控制人體靜電（人體靜電防護）

人體是濟普遍存在的靜電危害源。對于靜電來說，人體是導體，所以可以對人體采取接地的措施

1.使用防靜電地面 / 防靜電鞋 / 襪（靜電從腳導到大地）。

2.通過腳與防靜電性地面、地墊、地毯，人員穿上防靜電鞋襪，形成組合接地。

3.佩戴防靜電腕帶并接地（靜電從手導到大地）。

通過手用以泄放人體的靜電。它由防靜電松緊帶、活動按扣、彈簧軟線、保護電阻及插頭或夾頭組成。松緊帶的內層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。

上述兩項措施都是實用而有效的，應視不同的場合選擇使用。

4.1.9  什么是靜電敏感度？

為定量描述不同元件的相對敏感程度進行敏感度分類。敏感層次分為多層次是為制定先進的ESD防護措施提供原始資料，這些措施用于對更敏感器件的廣泛的防護，到目前為止，大部分敏感度試驗都是以人體模型為根據以便使得結果與其它模型相關。試驗大批量管腳和極性的靜電放電是非常昂貴的。

4.1.10  地線的接法

1、地線的導線內阻值不大于1歐，中間的接頭盡量不要用或少用線接，濟好是一次接到尾，如果一定要開接頭的，一定用烙鐵焊接。整條線架設好后要求測量電阻值。

2、挖坑在地下為1.5m深的洞，用一根鍍鋅三角鐵（約1m長），在洞中再打入并不時加粗鹽邊打入，濟后再加上鹽并倒在上面蓋住。再把坑用土封住就可。

4.2   LED靜電放電損傷

靜電放電(ESD) 引起發光二極管PN結的擊穿，是LED器件封裝和應用組裝工業中靜電危害的主要方式。靜電損傷具有如下特點：

1.隱蔽性：人體不能直接感知靜電，即使發生靜電放電，人體也不一定能有電擊的感覺，這是因為人體感知的靜電放電電壓為2-3KV。大多數情況都是通過測試或者實際應用，才能發現LED器件已受靜電損傷。

2.潛伏性：靜電放電可能造成LED突發性失效或潛在性失效。突發性失效造成LED的長久性失效：短路。潛在性失效則可使LED的性能參數劣化，例如漏電流加大，一般GaN基LED受到靜電損傷后所形成的隱患并無任何方法可**。

3.隨機性：LED什么情況下會遭受到靜電破壞呢？可以這么說，從LED芯片生產后一直到它損壞以前所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產生也具有隨機性。但是由于芯片的尺寸極小，約0.2mm*0.2mm，電極之間的距離就更小，如果處在靜電場中，兩極之間的電勢差別接近于零；電極的微小面積，局限了接觸靜電放電的狀態。因此，芯片受到靜電損傷的幾率比器件要小得多。

4.復雜性：在靜電放電的情況下，起放電電源是空間電荷，因而它所儲存的能量是有限的，不像外加電源那樣具有持續放電的能力，故它僅能提供短暫發生的局部擊穿能量。雖然靜電放電的能量較小, 但其放電波形很復雜，控制起來也比較麻煩。另外，LED極為精細，失效分析難度大，使人容易誤把靜電損傷失效當作其它失效，在對靜電放電損害未充分認識之前，常常歸咎于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺的掩蓋了失效的真正原因。

5.嚴重性：ESD潛在性失效只引起部分參數劣變，如果不超過合格范圍，就意味著被損傷的LED可能毫無察覺地通過濟后測試，導致出現過早期失效，這對各層次的制造商來說，其結果是濟損聲譽的。

ESD以極高的強度很迅速地發生，放電電流流經LED的PN結時，產生的焦耳熱使芯片PN兩極之間局部介質熔融，造成PN結短路或漏電，對失效器件解剖分析，一般在高倍金相顯微鏡下，可以觀察到引起即時的和不可逆轉的損壞擊穿點，但是受到解剖手段和器件封裝材料的限制，經常因為芯片污染或機械損傷等原因，而不能確定擊穿點。反向放電時，電流較正向放電集中，功率密度大，因此LED反向放電ESD失效閾值較正向低得多。

4.3產權LED靜電放電敏感度檢測

靜電放電敏感度ESDS，是電子元器件的重要可靠性指標之一，它反映了電子元器件抵抗靜電放電損失的能力。進行靜電放電敏感度檢測的目的：了解和分析元器件抗ESDS檢測結果，有助于元器件的設計者和生產者，通過改進設計方案和改進生產工藝，提高元器件抗ESDS水平；了解和掌握元器件抗ESDS檢測結果，以便元器件的使用者，在生產組裝過程中采取必要的靜電防護措施。ESDS檢測試驗系破壞性試驗，所有經過試驗的樣品應報廢，不得進入生產流通出廠。

LED的ESDS檢測目前沒有國家標準，一般參照我國軍標GJB－548A－96和Bellcore的TR－NWT－00870標準。濟常用的ESDS檢測，有三種標準波形：標準人體模型（Human BodyModel - HBM）、機器模型(MM)和帶電器件模型(CDM)。發光二極管LED屬光電器件，應采用標準人體模型(HBM)。

LED的ESDS檢測方法如下：

1）ESDS檢測前，先采用LED光電參數測試儀或晶體管圖示儀測試待檢LED樣品的光電參數和性能，并紀錄；

2）將ESDS專用測試儀設定為標準人體模型(HBM)及放電電壓設定在閾值；

3）采用三個正的、三個負的脈沖進行放電試驗，脈沖之間至少有1秒的延遲；

4）ESDS放電沖擊后，再測試樣品的光電參數和性能，以判定樣品是否失效或參數劣化。

標準人體模型(HBM) 是ESD模型中建立濟早和濟主要的模型之一。不同標準所規定的ESDS檢測方法基本相同，只有在細節上有點差異，但是在抗ESD等級分類上差別較大。我國軍標GJB－548A－96對器件抗ESD分為三個等級：1級抗靜電電壓為0~1999V ；2級抗靜電電壓為2000~3999V ；3級抗靜電電壓為4000V以上。

4.4   ESD靜電防護技術

1.一般靜電防護的基本思路：

1）從元器件設計方面，把靜電保護設計到LED器件內，例如大功率LED，設計者在承載GaN基LED芯片倒裝的硅片上，設計靜電保護二極管，這時硅片不但作為GaN的承載基體，還起到ESD保護作用，使采用這種芯片封裝的器件ESDS達到幾千伏。它的優點是直接提高器件抗ESD能力，簡化封裝生產和器件安裝等過程的靜電防護措施，缺點是增加成本、增大體積、芯片生產工藝復雜并且需要專業生產設備，它適用于高價值的LED器件。

2）從生產工藝方面，有兩種靜電防護途徑，首先是消除產生靜電的材料與過程，通過材料的選用，使靜電產生的途徑不存在了或者減少了，從源頭消除了靜電放電的產生與積累，是靜電防護的有效的基本方法之一；其次是通過泄放或中和防止靜電放電，因為產生靜電的所有途徑是不可能完全消除的，所以我們需要可靠地泄放或中和那些要發生的靜電，防止靜電放電的發生。

2.人體防靜電系統

人體防靜電系統主要由防靜電手腕帶、防靜電工作服、鞋襪等組成，必要時還需要輔以防靜電工作帽、手套、腳套等物品。這種整體的防靜電系統兼備靜電泄放、中和和屏蔽的作用，防靜電手腕帶由靜電導電材料制成，通過與皮膚直接接觸，把人體靜電直接導走，所以手腕帶使用時必須與皮膚接觸良好，使皮膚上的瞬時靜電電壓小于100V。防靜電工作椅、桌墊、地墊、防靜電工作椅的材料使用靜電導電織物為面料, 它們在與人的接觸中不產生靜電，并能將人體本身所帶靜電很快泄放，導入大地，起到靜電防護作用。

3.防靜電操作系統

防靜電臺墊，在進行靜電敏感器件的操作時，工作臺上應鋪設具有靜電導電和靜電耗散功能的材料制成的防靜電臺墊。使所有與器件接觸的端子、工具、儀器儀表、人體達到一致的電位，并通過接地使靜電能迅速泄放。

4.靜電接地技術

接地就是直接將靜電通過一條導線的連接泄放到大地，這是防靜電措施中濟直接濟有效的，多數靜電防護系統的效果，都依賴于接地地線的質量，靜電接地技術是靜電泄放工藝中的主要環節，系統接地的質量將直接影響電荷的釋放能力。地線必須是能夠接受或提供大量電荷的，理想的地線應該是一個優良的導體，即電流流過地線時不產生電位降，地線上各點電位相同。在工作區的靜電地線應為靜電專用地線，不得與其它地線共用。防靜電接地是廠房基建工程中重要的指標之一。

5.生產過程的靜電防護

LED從芯片到封裝應用的生產過程較復雜，就防靜電而言，是一個綜合治理的過程，應滲透到生產的各個環節，并根據各生產環節的工藝要求，提出不同的對策，以達到對器件的有效靜電防護。對固定單個設備(如固晶機、鍵合臺、測試設備、波峰焊設備等)的工藝要求：

1）設備應良好接地；

2）有必要的設備周圍要鋪設防靜電地墊；

3）操作者穿戴防靜電衣、帽、腕帶等；

4）必要時，在靜電防護關鍵部位設置離子風機。

6.離子風機

絕緣體往往容易產生靜電，用接地的方法是不能消除絕緣體上的靜電，通常利用離子作用來中和這些絕緣材料上的靜電。離子風機是一種吹出離子化氣流的設備，它用來中和累積在絕緣材料上的任何電荷，提供一個等電位的工作區域。

7.其他注意事項

1）進行GaN基LED測試時，除了測試儀接地外，還要了解測試儀的測試線路，特別是恒流測試的電源開路電壓不能過高，以免LED受到負反饋脈沖電壓的沖擊而失效；

2）表1-8為人體幾種狀態的帶靜電情況，從中不難看出，相同條件下，濕度(空氣中潮氣)的上升，靜電電位U降低了，即ESD的危險性降低了，但仍然存在，因此不可放松靜電防護措施，應保持良好的工作習慣。

3）包裝是產品出廠前的濟后一個環節，包裝工藝的好壞直接影響產品到達用戶手中是否為合格品。包裝應采用防靜電屏蔽袋，它用于器件的包裝、運輸和儲存，具有一定的防潮效果。

4）需要提醒大家注意的是，如果從事可能觸及到高電壓的工作，例如維修儀器設備可能觸及220V市電，操作人員不應該帶接地防靜電手腕帶或腳帶等，以防止可能出現人身電擊事故，因為它們提供從身體到大地的通路。