靜電放電或ESD是日常生活中的事實，近來在電子行業(yè)中尤為重要。幾年前，當使用熱電子閥/真空管時，這不是問題，即使引入晶體管，也很少有人認為這是問題。但是，當引入MOSFET時，其故障率上升了，對此問題進行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，靜電累積足以導致器件中的氧化層失效。從那以后，人們對ESD的認識大大提高，因為它已顯示出對許多設(shè)備都有影響。實際上，當今許多制造商認為所有組件都是靜電敏感的，而不僅僅是最容易損壞的MOS器件。

由于對ESD的重視，電子設(shè)備制造商花費了數(shù)千英鎊來確保其工作場所免受靜電的影響。他們確保所制造的產(chǎn)品在制造測試期間不會出現(xiàn)高故障率，并且能夠長期顯示出高可靠性。

什么是ESD？

靜電只是兩個表面之間電荷的積累。當表面摩擦在一起時會出現(xiàn)這種情況，這會導致一個表面上的電子過多而另一表面上的電子不足。電荷堆積在其上的表面可被視為電容器。除非電荷具有可流動的路徑，否則電荷將保留在原位。由于電荷通常沒有真正的流動路徑，因此所得電壓可能會保留一段時間，這會產(chǎn)生術(shù)語“靜電”。但是，當確實存在導電路徑時，電流將流動并且電荷將減少。有一個與放電有關(guān)的時間常數(shù)。高電阻意味著較小的電流將流經(jīng)更長的時間。低電阻將導致更快的放電。

顯然，所產(chǎn)生的電壓和電流水平取決于多種因素。人的大小，活動水平，放電所針對的物體，當然還有空氣的濕度。這些都有明顯的作用，因此幾乎不可能預測將要發(fā)生的放電的確切大小。但是，影響產(chǎn)生的電壓的主要因素之一是被摩擦在一起的材料的類型。發(fā)現(xiàn)不同的材料給出不同的電壓。產(chǎn)生的電壓取決于兩種材料在摩擦電串聯(lián)中的位置。

電動摩擦系列

它們在串聯(lián)中相隔越遠，電壓越大。在系列中較高的一個將獲得正電荷，而在較低系列中的一個將負電荷。查看下面的摩擦電系列列表，可以看到用塑料梳子梳理頭發(fā)會在頭發(fā)上帶正電荷，并且梳子會帶負電。

可以采用多種方式建立費用。即使在地毯上走動，也會產(chǎn)生一些非常大的電壓。通常，這可能會產(chǎn)生10 kV的電勢。在惡劣的情況下，它甚至可能導致該值變成該值的三倍。即使在乙烯基地板上行走也可能導致產(chǎn)生約5 kV的電勢。實際上，表面摩擦在一起的任何形式的運動都會導致靜電的產(chǎn)生。使用電子組件在工作臺上工作的人很容易產(chǎn)生500 V或更高的靜態(tài)電勢。

ESD的實際例子

在房間中行走時，最常見的產(chǎn)生電荷的例子之一。即使是這種日常事件，也會產(chǎn)生一些令人驚訝的高電壓。實際電壓取決于各種因素而有很大不同，但是可以給出估計來說明問題的嚴重程度。

為了說明問題的嚴重程度，下表中詳細介紹了各種實例：

這些是近似值，并假設(shè)相對濕度最高為25％。由于濕度上升，所以這些水平下降：與75％左右的濕度，靜態(tài)水平可以下降的一個因素的非常約25以上。所有這些數(shù)字都是非常近似的，因為它們非常依賴于特定條件，但是它們?yōu)轭A期的ESD水平提供了一個數(shù)量級的指導。

盡管ESD導致的結(jié)果看起來很高，但通常不會引起注意?？梢愿杏X到的最小靜電放電約為5kV，即使這樣，這種放電量也只能在某些情況下感覺到。原因是，即使產(chǎn)生的峰值電流可能很高，它們也只能持續(xù)很短的時間，并且由于它們后面的電荷相對較小，因此人體無法檢測到它們。來自電子或電氣設(shè)備的，如此大小的電壓（可能提供更多的電流并且持續(xù)更長的時間）將產(chǎn)生更大的影響，并且非常危險。

靜態(tài)轉(zhuǎn)移

靜電可以通過多種方式轉(zhuǎn)移到半導體器件，從而導致ESD損壞。最明顯的是被帶電且導電的物品觸摸時。最明顯的例子可能發(fā)生在半導體在工作臺上并且有人走過地板建立電荷然后將其撿起時。然后，帶電的手指會非常迅速地將靜電荷賦予半導體，并可能造成損壞。工具可能更有害。金屬螺絲刀的導電性更高，將更快地釋放電荷，從而導致更高水平的峰值電流。

但是，不必觸摸組件即可對其造成損壞。塑料杯之類的物品帶有很高的電荷，將其中之一放置在IC旁邊可以“感應”相反的電荷到IC中。這也可能損壞半導體器件。用人造纖維制成的扎帶也會造成ESD危害，因為它們會充電并容易掛在敏感的電子設(shè)備附近。

ESD失效機制ESD可以通過多種方式損壞半導體組件。最明顯的結(jié)果來自極高的靜態(tài)電壓，從而產(chǎn)生高水平的峰值電流，這可能導致局部燒毀。即使電流流過很短的時間，集成電路中微小的特征尺寸也意味著很容易造成損壞。芯片本身中的互連導線或區(qū)域可能會被高峰值電流熔斷。

ESD可能造成損壞的另一種方式是，高電壓電平導致設(shè)備本身的組件發(fā)生擊穿。它可能擊穿器件中的氧化層，導致器件無法操作。由于某些IC的尺寸遠小于微米，即使電壓相對較低也會導致?lián)舸@也就不足為奇了。

盡管ESD造成的損壞會立即損壞設(shè)備，但它們也有可能造成所謂的潛在故障。發(fā)生這種情況是因為ESD不會完全破壞設(shè)備，但造成的損壞只會使設(shè)備變?nèi)酰瑥亩锌赡茉谄涫褂脡勖笫?。這些潛在的缺陷通常無法檢測到。結(jié)果是，可靠性的整體水平大大降低，或者（對于模擬設(shè)備更是如此）性能可能下降。由ESD引起的潛在故障的成本可能很高，因為在維修中，維修一項維修的成本要比在工廠修理出故障的維修的成本高得多。原因是維修技術(shù)人員通常需要在現(xiàn)場維修該物品，或者需要將其運送到維修機構(gòu)。

當互連部分被ESD熔斷時，可能會導致潛在故障。通常，導體的一部分會被靜電破壞，從而使其在以后變得脆弱。損壞芯片的另一種方法是將由損壞引起的材料散布在半導體表面上，這可能會導致替代的導電路徑。

由于組件很容易受到ESD損壞的事實，大多數(shù)制造商將所有半導體都視為靜電敏感器件，因此許多制造商將包括無源組件（如電容器和電阻器）在內(nèi)的所有器件也視為靜電敏感器件。觀察這一點時，必須記住，當今大多數(shù)批量生產(chǎn)的設(shè)備都使用表面安裝組件，這些組件的尺寸比傳統(tǒng)組件小得多，這使得它們更容易受到ESD的損壞。

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