靜電放電以多種不同方式影響電子組件。較大的靜態(tài)電壓會進入設備并損壞復雜的內(nèi)部電路。ESD的影響變得更加明顯，因為MOS技術的所有形式的高輸入阻抗都意味著不會消散電壓，而且極高的電壓很容易損壞導體和絕緣屏障的小尺寸。隨著集成電路特征尺寸的減小，這意味著設備變得更容易受到靜電損壞。

ESD敏感度

在研究ESD對電子設備的影響時，值得一看的是設備本身，以及它們?nèi)绾问艿紼SD的影響。發(fā)現(xiàn)某些電子設備比其他電子設備對ESD更敏感。但是，從問題的角度來看，值得將靜態(tài)電平與電源電壓相關聯(lián)。人們不會考慮向邏輯器件施加甚至五十伏的電壓。在沒有采取任何ESD保護措施的情況下，通過處理它們，可以向它們施加幾千伏的靜態(tài)電壓。

對ESD敏感的設備通常是那些包括MOS-金屬氧化物半導體技術的設備。這些設備具有很高的阻抗，不允許電荷以更受控的方式消散。但是，這并不意味著雙極器件不受損壞。

最低250V的靜態(tài)電壓可能會損壞標準CMOS芯片。其中包括74HC和74HCT邏輯系列，因為它們的電流消耗較低，因此在許多使用“膠粘邏輯”的設計中被廣泛使用。但是，許多新的微處理器和LSI芯片使用的特征尺寸要小得多，并且無法承受此類電壓，因此它們對ESD非常敏感。通過在5 V的電源電壓下運行它們會破壞許多新設備，并且它們更容易受到ESD的損壞。

邏輯設備并不是唯一需要采取防靜電措施的設備。用于射頻應用的GaAsFET極易損壞，并可能被低至100V的靜態(tài)電壓破壞。ESD也會影響其他形式的分立FET。再次經(jīng)常用于許多RF應用的MOSFET非常敏感。

即使是普通的雙極型晶體管也可能會被約500V的電勢損壞。對于較新的晶體管而言尤其如此，其可能具有更小的內(nèi)部幾何形狀以提供更高的工作頻率。這僅是很少的ESD敏感性水平的廣泛指示。但是，這表明所有半導體設備都應被視為靜電敏感設備，即SSD。

如今，不僅半導體設備被視為SSD。在某些地區(qū)，甚至無源組件也開始被視為對靜電敏感。隨著小型化的趨勢，單個電子元件變得越來越小。這使它們對ESD損壞的影響更加敏感。

靜電放電機制

靜電放電（ESD）的影響取決于大量變量。其中大多數(shù)很難量化。累積的靜電水平會根據(jù)所涉及的材料，一天中的濕度甚至人的身材而有所不同。每個人都代表一個電容器，在其上保持電荷。一般人代表一個約300 pF的電容器，但是一個人與另一個人的電容差異很大。

放電發(fā)生的方式也不同。通常，電荷會很快消散：通常不到100納秒。在這段時間內(nèi)，峰值電流可能會上升到二十或三十安培。峰值電流和放電時間取決于多種因素。但是，如果使用金屬物體（例如鑷子或尖嘴鉗），則與通過手指放電相比，電流峰值更高，并且在更短的時間內(nèi)即可達到。這是因為金屬為放電提供了低得多的電阻路徑。但是，無論采用哪種放電方式，都會消耗相同量的電荷。

IEC61000-4-2和其他模擬波形

為了消除ESD并防止由此造成的損壞，有必要查看可能發(fā)生的不同情況并對其進行表征。這些情況將表現(xiàn)出不同的電壓累積水平，不同的充電水平和不同的放電特性。當前，有許多方法可以在制造環(huán)境中對集成電路的ESD性能進行評級。三種常見方法包括：

HBM：人體模型-該模型模擬被充電的人，然后通過裸露的手指通過被測電路對地面進行放電。

MM：機器模型-此模型模擬帶電的制造機器，通過設備放電到地面。機器將具有導電表面，因此產(chǎn)生的電流水平可能更高，但時間更短。

CDM：帶電設備模型-這模擬集成電路被充電然后放電到接地的金屬表面。增益短，但可能會遇到高電流水平。這些方法在制造環(huán)境中測試IC時效果很好，但不適用于系統(tǒng)級應用。為此，具有外接功能的電子產(chǎn)品（包括手機，MP3播放器，數(shù)碼相機等）必須能夠承受靜電放電。

IEC61000-4-2標準定義了電子設備應承受的標準測試條件。它假定用戶不會采取任何預防措施來防止ESD損壞，并且它定義了設備應承受的各種等級。

IEC61000-4-2定義的靜電放電典型曲線的上升時間約為1 ns，峰值電流約為30A。該波形被用作測試電子設備對靜電放電敏感性的一部分。

IEC 61000-4-2脈沖波形用于ESD仿真IEC 61000-4-2脈沖波形用于ESD仿真

設備靈敏度分類

ESD人體模型和帶電設備模型ESD測試模擬方法包括分類系統(tǒng)，這些系統(tǒng)定義了組件對指定模型的敏感性。

這些ESD分類根據(jù)其ESD敏感度提供了易于分組和比較的組件。該分類大致指示了組件所需的ESD保護級別。

ESDS組件靈敏度分類-人體模型（ESD STM5.1-2007）類    電壓范圍0級    <250伏1A級    250伏至<500伏1B級    500伏至<1,000伏1C級    1000伏至<2,000伏2級    2000伏至<4,000伏3A級    4000伏至<8000伏3B級    ≥8000伏 

ESDS組件靈敏度分類-充電設備模型（ESD STM5.3.1-2009）類    電壓范圍C1級    <125伏C2級    125伏至<250伏C3級    250伏至<500伏C4級    500伏至<1,000伏C5級    1,000伏至<1,500伏C6級    1,500伏至<2,000伏C7級    ≥2,000伏

ESD損壞和故障機制

IC因ESD導致故障的方式也各不相同，并且還取決于許多因素，包括電荷向IC內(nèi)部拓撲耗散的方式。

當以非常高的電壓表示的靜電荷產(chǎn)生較高的峰值電流而導致燒毀時，IC可能會由于ESD失效而出現(xiàn)故障，這是明顯的方法之一。即使電流通過的時間很短，IC內(nèi)的微小尺寸也可能意味著小的互連鏈路或芯片本身中的設備可能會因散熱量而熔化。在某些情況下，連接或組件可能無法完全銷毀。相反，它只能被部分破壞。發(fā)生這種情況時，該設備將繼續(xù)運行，并且性能可能不會降低。在其他時候，操作可能會稍有下降。對于模擬設備而言尤其如此，在模擬設備中，損壞區(qū)域的小碎片會散布在芯片表面。

ESD可能導致故障的另一種方式是電壓本身導致IC內(nèi)部擊穿。電壓很有可能擊穿絕緣氧化層而使IC永久損壞。再次，這可能會立即損壞芯片，或留下潛在損壞的部分損壞區(qū)域。

電荷也可能以其他方式轉(zhuǎn)移到電子組件并造成損壞。它可能因電壓擊穿或產(chǎn)生電流流入設備而導致?lián)p壞。之所以會發(fā)生這種情況，是因為高電荷的物品會在附近的任何物品中產(chǎn)生相反的電荷。塑料飲料杯很容易攜帶高靜電電壓，如果將它們放在敏感電子設備旁邊的工作表面上，它們會感應出電荷，從而可能導致?lián)p壞。盡管良好的實驗室和工作場所慣例禁止在工作區(qū)域內(nèi)喝酒，但這些杯子甚至絕對不能用作小螺釘，零件等小容器的容器。

潛在的ESD損壞

當對設備造成損壞但仍可使用時，該缺陷會留下潛在的缺陷。這種形式的ESD損壞可能會導致其使用壽命后期失效。由于打開設備或什至由于正常操作而導致的后續(xù)浪涌電流可能會給缺陷造成壓力并導致其故障。在某些情況下，這也可能是由振動引起的。

IC內(nèi)部導體潛在損壞的圖示，顯示了由靜電放電引起的變窄導體的面積IC內(nèi)部導體上的ESD潛在損壞圖這些潛在的缺陷尤其令人擔憂，因為這種形式的ESD損壞可能會導致設備壽命后期出現(xiàn)故障，從而降低其可靠性。實際上，由于這一點，抗靜電保護能力差的制造工廠可能會生產(chǎn)出可靠性低的設備。實際上，據(jù)估計，對于每個遭受即時損壞的設備，至少有十個受潛在損壞的影響，并在以后失效。

當大電流脈沖穿過金屬-半導體觸點時，會發(fā)生另一種潛在的ESD損壞。由此產(chǎn)生的熱量可能足以引起鋁和硅的局部合金化。這可能會形成所謂的合金尖峰，它們可以從接觸墊水平或垂直傳播。最終，這些可能會導致與附近路口的短路。

除此之外，還發(fā)現(xiàn)集成電路中擴散阱的角非常容易受到潛在的ESD破壞。這是由這些區(qū)域中發(fā)生的場增強引起的。

ESD調(diào)查

盡管確定設備損壞的原因并不容易，但是一些專業(yè)實驗室也可以進行這些調(diào)查。他們通過移除IC的頂部以露出下面的硅芯片來實現(xiàn)這一點。使用顯微鏡對其進行檢查以顯示損壞區(qū)域。這些調(diào)查是相對昂貴的。對于常規(guī)故障，通常不采取這些措施。而是僅在有必要確定故障的確切原因時才采取這些措施。

ESD是制造電子設備的任何公司所關注的主要問題。靜電放電造成的損壞可能導致組件立即失效，也可能導致潛在的失效發(fā)生，并在以后顯現(xiàn)出來，從而大大降低了產(chǎn)品的整體可靠性。

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