1．靜電放電    

　　靜電放電（ESD）是大家熟知的電磁相容問題，它可引起電子裝置失靈或使其損壞。當半導體器件單獨放置或裝入電路模組時，即使沒有加電，也可能造成這些器件的永久性損壞。對靜電放電敏感的元件被稱為靜電放電敏感元件（ESDS）。

　　如果一個元件的兩個針腳或更多針腳之間的電壓超過元件介質的擊穿強度，就會對元件造成損壞。這是MOS器件出現故障最主要的原因。氧化層越薄，則元件對靜電放電的敏感性也越大。故障通常表現為元件本身對電源有一定阻值的短路現象。對於雙極性元件，損壞一般發生在薄氧化層隔開的已進行金屬噴鍍的有源半導體區域，因此會產生洩漏嚴重的路徑。

　　另一種故障是由於節點的溫度超過半導體矽的熔點（1415℃）時所引起的。靜電放電脈衝的能量可以產生區域性地方發熱，因此出現這種機理的故障。即使電壓低於介質的擊穿電壓，也會發生這種故障。一個典型的例子是，NPN型三極體發射極與基極間的擊穿會使電流增益急劇降低。

　　器件受到靜電放電的影響後，也可能不立即出現功能性的損壞。這些受到潛在損壞的元件通常被稱為“跛腳”，一旦加以使用，將會對以後發生的靜電放電或傳導性瞬態表現出更大的敏感性。

　　要密切注意元件在不易察覺的放電電壓下發生的損壞，這一點非常重要。人體有感覺的靜電放電電壓在3000 — 5000V之間，然而，元件發生損壞時的電壓僅幾百伏。

　　靜電放電的危害效應是在二十世紀七十年代開始認識到的，這是由於新技術的發展導致元件對靜電放電的損壞越來越敏感。靜電放電造成的損失每年可達到幾百萬美元以上。因此，許多大型的元件和裝置製造廠引進專業技術以減小生產環境中的靜電積累，從而使產品合格率和可靠性提高了許多。使用者根據自己的經驗也懂得了防治靜電放電損害的重要性。

２．如何對付靜電放電？

　　控制靜電積累的第一步是要弄清楚靜電荷的產生機理。

　　靜電電壓是由不同種類的物質相互接觸與分離而產生。儘管摩擦能夠使電荷積累得更多，但是摩擦並不是必要的。這種效應即是大家熟知的摩擦起電，所產生的電壓取決於相互摩擦的材料本身的特性。磨擦起電序列表列出了各類物質的帶電難易程度。對於相互接觸的兩種物質，電子會從序列表較上的物質轉向較下的物質，這樣就會使兩種物質分別帶正負電荷。序列表中的物質離得越遠，各自所帶的電荷數量也越大。常見物質的磨擦起電序列如表1所示。

●　人體	＋ －
●　玻璃
●　雲母
●　聚醯胺
●　毛織品
●　毛皮
●　絲綢
●　鋁
●　紙
●　棉花
●　鋼鐵
●　木頭
●　硬橡膠
●　聚脂薄膜
●　聚乙烯
●　聚氯乙烯
●　聚四氟乙烯（PVC）大多數是負極性的

電荷也可通過感應產生，這是帶電體使其附近的另一物體上的電荷發生分離的結果。 

３．實際問題解決

　　問題的解決包括：如果靜電放電敏感元件（ESDS）在生產和維護期間暴露在外面，那麼在這些元件附近，應防止電荷的積累，並且在運輸和保管過程中，將這些元件按防靜電放電的方法包裝。

　　防止靜電放電，有許多方法可以採用。最好的辦法是滿足要求且成本最低的方法，這樣的方法對於不同的產品和不同的場合都是不同的。

４．靜電放電保護區域（EPA）

　　靜電放電保護區域（EPA），有時指安全操作區，是任意一種靜電放電控制措施的核心所在。在此區域中，靜電放電敏感元件（ESDS）或電路板，或包含這些的元件，都可以很安全地工作，因為電荷的數量得到控制，而不會產生破壞性電壓。這種區域中通常包含工作臺或工作臺組、工作站、自動外掛機一類的處理裝置或者一塊生產區。EPA的範圍必須清楚的標明，最好設定一圍欄以防止未經允許的無關人員入內。EPA區域內應使用靜電荷積累最小的材料，並且可使電荷以受控制的方式洩入到大地中。

圖 1 靜電放電保護區

表２  靜電放電保護區

A1接地輪	A2接地滑片	A3接地面	B1腕套測試器	B2腳跟接地   測試器	B3腳跟接   地底腳板
C1腕套和   腕套繩	C2接地線	C3靜電放電   接地設施	C4地	C5接地搭接點	C6大地   接地點
C7手套	C8腳趾和   腳跟帶箍	D1電離劑	E1工作面	F1腿和座套已   接地的轉椅	G1人體接   地地板
H1工作服	H2工作帽	I1具有接地   面的擱板	I2接地機架	J1靜電放電   保護區標誌

　　典型的靜電放電保護區如圖1所示，此圖摘自EN100015-1，其中許多是新近的。該圖給出了各種可能的措施，但並沒有必要全部使用這些措施，這主要由特定的環境決定。所採用的其本原理就是等電位搭接，即將所有表面連線在一起，防止不同物體之間產生電位差。

　　工作面[E1]是靜電損耗性的，通過靜電放電的接地設施[C3]連線到地[C4]。工作站的操作人員通過導電腕[C1]上的導線和地電位點相連，然而，對於活動頻繁的人員，最好是通過腳跟和腳趾帶箍[C8]與靜電損耗地板[G1]相通（即接地）。腕套的接地導線在接地點[C5]處進行端接。

　　操作人員所穿的破舊工作服[H1、H2]也應是靜電損耗性的，並在靠近靜電放電敏感元件附近遮住工作人員自己的衣服，所有破舊的手套也應是導電材料的。

　　轉椅[F1]不應視為操作人員接地的基本方法，但值得注意的是，轉椅上必須鋪一層抗靜電的材料，使座套、靠背和扶手均有與地相通的路徑。

　　元件應存放在帶有接地面的擱板[I1]上，或者是接地的機架[I2]上。這些東西與工作臺都應通過接地導線[C2]與靜電放電的地面相接。

　　當用手推車裝運元件或子配件時，其表面導電效能應與工作面和導電機架的導電效能相似。如果接地輪[A1]導電性良好，且與手推車車架電氣連線，那麼不再需要使用接地滑片了。如果EPA的地板沒有接地，那麼當手推車停下來裝卸東西時，則應將其接地點[C6]與大地接地點[C5]相連。

　　在操作人員的正常工作期間，對所採用的這些措施的效果應該用靜電伏特計測量其靜電勢和靜電場來評估。

在保護區內和進出口處，應使用標誌[J1]來提醒他們注意。

　　應對腕套及其接地導線用導通測試儀定期進行檢測。導電輪和腳趾帶箍也應作類似的檢測[B2，B3]。

５．安全性

　　EPA內一般有加電的工具和裝置。在這種環境中，將單個物件或裝置直接連線到地是很危險的。正是由於此原因，腕套接地導線、轉輪及腳趾帶箍的連線處均要串入一隻不低於1M的電阻。有些腕套接地導線的每端均有一隻這樣的電阻，因此，即使腕套接地導線接在加電維修的產品的帶電接線端，也不會有危險。

    腕套接地導線測試儀是一種檢測電阻的阻值是否合適（如果太高 ，不可能實現等電勢搭接；如果太低，會出現安全危害）的儀器。

　　腕套接地導線要配以可快速拔下的與其它電氣插座不相容的插頭，這樣可以保證它不會誤插到其它電氣插座上，並且，在緊急情況下容易拔下。

６．靜電放電保護區內的實際工作

　　在靜電放電保護區內，如果不遵守明確的工作規範，電荷和電勢就不能保持在允許的範圍內。一些會導致問題的例子包括：將裝在不抗靜電的塑料封面內的檔案、塑料容器、杯子等帶進靜電放電保護區內，使用會破壞地板或工作表面靜電特性的清潔劑。

　　有關人員應接受足夠的訓練，不僅學習需要遵守的規程，還要了解必須遵守這些規程的理由。瞭解可能損壞的元件的有關引數也是有用處的。

　　應指定專人負責靜電放電保護區的保養與維護，同時還要對規程的執行情況進行檢查。這些檢查也應作為質量管理體系認證的一部分加以核查。

７．運輸與存放

　　運輸帶引腳的元件時，通常使用導電泡沫材料。這可以防止元件引腳間出現較高的電勢差，對於雙列直插式封裝的元件，在散裝運輸過程中常採用靜電損耗性管。

　　對於線路板元件，當位於靜電放電保護區外時，應將其置於靜電遮蔽袋或導電搬運箱內進行運輸。有的包裝袋使用導電材料製成，它可確保所有元件在穩定條件下處於同一電勢，同時將偶然跑到袋上的靜電荷耗散掉。這種方法不能用於帶電池的電路板，對於這種情況，應採用襯裡是靜電損耗性材料的，而外層是導電材料的包裝袋。這種袋子的價格更高，但可對加電和未加電的元件提供極好的保護作用。同樣，內部裝有固定電路板的導軌的導電箱不能與邊緣上有裸露聯結器的加電電路板一起使用。

８．現場維修

　　現場需要維修的產品上要設定一個靜電連線點，這樣，維修技術人員在開啟裝置的蓋子之前，可以將腕套的接地導線連上。備件應放在靜電遮蔽袋或箱子中進行運輸，除非備件中不包含靜電放電敏感元件。如果模組工作在暴露狀態下，應將靜電損耗性地板墊連線到產品的靜電搭接點上，作為工作面使用。

９．有關標準

　　1987年，英國進行了將實踐規程編製成檔案的第一次嘗試，其成果是BS5783。與其說這是一個關於應該進行哪些檢測的標準，更不如稱其為一個實踐規範條款。這項工作的第二階段是將這個標準轉換歐洲組織中的一個規範，其編號是CECC 000151，其標題為：“基本規範：靜電敏感元件的保護第一部分：總體要求”。該標準1991年出版，1992年重新編號為EN 1000151。其它部分在1993年（第二部分：低溼度條件要求）和1994年（第三部分：清潔區要求，第四部分：高壓環境要求）出版。這些部分的內容超出本文討論範圍。

　　標準不僅包括安裝、維護和檢驗本文所述的措施方面的要求，而且也詳細闡述了包括測試方法在內的靜電保護器件自身的詳細要求。

　　技術和工藝的不斷髮展和執行標準中積累的經驗，以及自動化機械裝置的普遍使用，使這些標準得到不斷完善，包括使其結構更加合理化，同時將使用者指南從標準化版本中分離出來。修訂工作已納入國際電工委員會所組織的國際論壇中，新制定的標準將在IEC 1340系列中釋出，毫無疑問，這與歐洲標準是相輔相成的。有關標準部分如表2示：

表2 國際電工委員會1340方案結構

表2   國際電工委員會1340方案結構
IEC 1340-1	概要
IEC 1340-1-1	靜電原理指南
IEC 1340-1-2	定義與術語
IEC 1340-2	靜電測量方法
IEC 1340-2-1	靜電荷的消耗
IEC 1340-2-2	可充電性
IEC 1340-2-3	電阻及電阻係數
IEC 1340-3	靜電效應模擬方法
IEC 1340-3-1	人體模型
IEC 1340-3-2	機器模型
IEC 1340-3-3	充電元件模型
IEC 1340-3-4	場效應模型
IEC 1340-4	特殊場合下的標準測試方法
IEC 1340-4-1	地板墊子的估測
IEC 1340-4-2	包裝
IEC 1340-4-3	鞋類
IEC 1340-5	靜電敏感元件的防護細則
IEC 1340-5-1	總體需求
IEC 1340-5-2	使用者指南
IEC 1340-6	靜電控制技術及評測其效應的方法
IEC 1340-6-1	電離劑