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| １．靜電放電 |
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靜電放電（ESD）是大家熟知的電磁兼容問題，它可引起電子設(shè)備失靈或使其損壞。當半導(dǎo)體器件單獨放置或裝入電路模塊時，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）。 |
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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(zhì)的擊穿強度，就會對元件造成損壞。這是MOS器件出現(xiàn)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(xiàn)為元件本身對電源有一定阻值的短路現(xiàn)象。對于雙極性元件，損壞一般發(fā)生在薄氧化層隔開的已進行金屬噴鍍的有源半導(dǎo)體區(qū)域，因此會產(chǎn)生泄漏嚴重的路徑。 |
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另一種故障是由于節(jié)點的溫度超過半導(dǎo)體硅的熔點（1415℃）時所引起的。靜電放電脈沖的能量可以產(chǎn)生局部地方發(fā)熱，因此出現(xiàn)這種機理的故障。即使電壓低于介質(zhì)的擊穿電壓，也會發(fā)生這種故障。一個典型的例子是，NPN型三極管發(fā)射極與基極間的擊穿會使電流增益急劇降低。 |
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器件受到靜電放電的影響后，也可能不立即出現(xiàn)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，將會對以后發(fā)生的靜電放電或傳導(dǎo)性瞬態(tài)表現(xiàn)出更大的敏感性。 |
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要密切注意元件在不易察覺的放電電壓下發(fā)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(fā)生損壞時的電壓僅幾百伏。 |
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靜電放電的危害效應(yīng)是在二十世紀七十年代開始認識到的，這是由于新技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)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，許多大型的元件和設(shè)備制造廠引進專業(yè)技術(shù)以減小生產(chǎn)環(huán)境中的靜電積累，從而使產(chǎn)品合格率和可靠性提高了許多。用戶根據(jù)自己的經(jīng)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？ |
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控制靜電積累的第一步是要弄清楚靜電荷的產(chǎn)生機理。 |
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靜電電壓是由不同種類的物質(zhì)相互接觸與分離而產(chǎn)生。盡管摩擦能夠使電荷積累得更多，但是摩擦并不是必要的。這種效應(yīng)即是大家熟知的摩擦起電，所產(chǎn)生的電壓取決于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(zhì)的帶電難易程度。對于相互接觸的兩種物質(zhì)，電子會從序列表較上的物質(zhì)轉(zhuǎn)向較下的物質(zhì)，這樣就會使兩種物質(zhì)分別帶正負電荷。序列表中的物質(zhì)離得越遠，各自所帶的電荷數(shù)量也越大。常見物質(zhì)的磨擦起電序列如下表所示： |
| 表1摩擦起電序列 | ||
| ● 人體 |
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| ● 玻璃 | ||
| ● 云母 | ||
| ● 聚酰胺 | ||
| ● 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(shù)是負極性的 | ||
| 電荷也可通過感應(yīng)產(chǎn)生，這是帶電體使其附近的另一物體上的電荷發(fā)生分離的結(jié)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(chǎn)和維護期間暴露在外面，那么在這些元件附近，應(yīng)防止電荷的積累，并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，有許多方法可以采用。最好的辦法是滿足要求且成本最低的方法，這樣的方法對于不同的產(chǎn)品和不同的場合都是不同的。 |
| ４．靜電放電保護區(qū)域（EPA） |
| 靜電放電保護區(qū)域（EPA），有時指安全操作區(qū)，是任意一種靜電放電控制措施的核心所在。在此區(qū)域中，靜電放電敏感元件（ESDS）或電路板，或包含這些的組件，都可以很安全地工作，因為電荷的數(shù)量得到控制，而不會產(chǎn)生破壞性電壓。這種區(qū)域中通常包含工作臺或工作臺組、工作站、自動插件機一類的處理設(shè)備或者一塊生產(chǎn)區(qū)。EPA的范圍必須清楚的標明，最好設(shè)置一圍欄以防止未經(jīng)允許的無關(guān)人員入內(nèi)。EPA區(qū)域內(nèi)應(yīng)使用靜電荷積累最小的材料，并且可使電荷以受控制的方式泄入到大地中。 |
| 圖 1 靜電放電保護區(qū) |
| 表２ 靜電放電保護區(qū) |
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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腳跟接地底板 |
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C1腕套和腕套繩 |
C2接地線 |
C3靜電放電接地設(shè)施 |
C4地 |
C5接地搭接點 |
C6大地接地點 |
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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(zhuǎn)椅 |
G1人體接地地板 |
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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(qū)標志 |
| 典型的靜電放電保護區(qū)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，但并沒有必要全部使用這些措施，這主要由特定的環(huán)境決定。所采用的其本原理就是等電位搭接，即將所有表面連接在一起，防止不同物體之間產(chǎn)生電位差。 |
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工作面[E1]是靜電損耗性的，通過靜電放電的接地設(shè)施[C3]連接到地[C4]。工作站的操作人員通過導(dǎo)電腕[C1]上的導(dǎo)線和地電位點相連，然而，對于活動頻繁的人員，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(dǎo)線在接地點[C5]處進行端接。 |
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操作人員所穿的破舊工作服[H1、H2]也應(yīng)是靜電損耗性的，并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(yīng)是導(dǎo)電材料的。 |
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轉(zhuǎn)椅[F1]不應(yīng)視為操作人員接地的基本方法，但值得注意的是，轉(zhuǎn)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。 |
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元件應(yīng)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(yīng)通過接地導(dǎo)線[C2]與靜電放電的地面相接。 |
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當用手推車裝運元件或子配件時，其表面導(dǎo)電性能應(yīng)與工作面和導(dǎo)電機架的導(dǎo)電性能相似。如果接地輪[A1]導(dǎo)電性良好，且與手推車車架電氣連接，那么不再需要使用接地滑片了。如果EPA的地板沒有接地，那么當手推車停下來裝卸東西時，則應(yīng)將其接地點[C6]與大地接地點[C5]相連。 |
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在操作人員的正常工作期間，對所采用的這些措施的效果應(yīng)該用靜電伏特計測量其靜電勢和靜電場來評估。 |
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在保護區(qū)內(nèi)和進出口處，應(yīng)使用標志[J1]來提醒他們注意。 |
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應(yīng)對腕套及其接地導(dǎo)線用導(dǎo)通測試儀定期進行檢測。導(dǎo)電輪和腳趾帶箍也應(yīng)作類似的檢測[B2，B3]。 |
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５．安全性 |
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EPA內(nèi)一般有加電的工具和設(shè)備。在這種環(huán)境中，將單個物件或設(shè)備直接連接到地是很危險的。正是由于此原因，腕套接地導(dǎo)線、轉(zhuǎn)輪及腳趾帶箍的連接處均要串入一只不低于1M的電阻。有些腕套接地導(dǎo)線的每端均有一只這樣的電阻，因此，即使腕套接地導(dǎo)線接在加電維修的產(chǎn)品的帶電接線端，也不會有危險。 |
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腕套接地導(dǎo)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(xiàn)等電勢搭接；如果太低，會出現(xiàn)安全危害）的儀器。 |
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腕套接地導(dǎo)線要配以可快速拔下的與其它電氣插座不兼容的插頭，這樣可以保證它不會誤插到其它電氣插座上，并且，在緊急情況下容易拔下。 |
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６．靜電放電保護區(qū)內(nèi)的實際工作 |
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在靜電放電保護區(qū)內(nèi)，如果不遵守明確的工作規(guī)范，電荷和電勢就不能保持在允許的范圍內(nèi)。一些會導(dǎo)致問題的例子包括：將裝在不抗靜電的塑料封面內(nèi)的文件、塑料容器、杯子等帶進靜電放電保護區(qū)內(nèi)，使用會破壞地板或工作表面靜電特性的清潔劑。 |
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有關(guān)人員應(yīng)接受足夠的訓(xùn)練，不僅學(xué)習(xí)需要遵守的規(guī)程，還要了解必須遵守這些規(guī)程的理由。了解可能損壞的元件的有關(guān)參數(shù)也是有用處的。 |
| 應(yīng)指定專人負責(zé)靜電放電保護區(qū)的保養(yǎng)與維護，同時還要對規(guī)程的執(zhí)行情況進行檢查。這些檢查也應(yīng)作為質(zhì)量管理體系認證的一部分加以核查。 |
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７．運輸與存放 |
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運輸帶引腳的元件時，通常使用導(dǎo)電泡沫材料。這可以防止元件引腳間出現(xiàn)較高的電勢差，對于雙列直插式封裝的元件，在散裝運輸過程中常采用靜電損耗性管。 |
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對于線路板組件，當位于靜電放電保護區(qū)外時，應(yīng)將其置于靜電屏蔽袋或?qū)щ姲徇\箱內(nèi)進行運輸。有的包裝袋使用導(dǎo)電材料制成，它可確保所有元件在穩(wěn)定條件下處于同一電勢，同時將偶然跑到袋上的靜電荷耗散掉。這種方法不能用于帶電池的電路板，對于這種情況，應(yīng)采用襯里是靜電損耗性材料的，而外層是導(dǎo)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組件提供極好的保護作用。同樣，內(nèi)部裝有固定電路板的導(dǎo)軌的導(dǎo)電箱不能與邊緣上有裸露連接器的加電電路板一起使用。 |
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８．現(xiàn)場維修 |
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現(xiàn)場需要維修的產(chǎn)品上要設(shè)置一個靜電連接點，這樣，維修技術(shù)人員在打開設(shè)備的蓋子之前，可以將腕套的接地導(dǎo)線連上。備件應(yīng)放在靜電屏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。如果模塊工作在暴露狀態(tài)下，應(yīng)將靜電損耗性地板墊連接到產(chǎn)品的靜電搭接點上，作為工作面使用。 |
| ９．有關(guān)標準 |
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1987年，英國進行了將實踐規(guī)程編制成文件的第一次嘗試，其成果是BS5783。與其說這是一個關(guān)于應(yīng)該進行哪些檢測的標準，更不如稱其為一個實踐規(guī)范條款。這項工作的第二階段是將這個標準轉(zhuǎn)換歐洲組織中的一個規(guī)范，其編號是CECC 000151，其標題為：“基本規(guī)范：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：低濕度條件要求）和1994年（第三部分：清潔區(qū)要求，第四部分：高壓環(huán)境要求）出版。這些部分的內(nèi)容超出本文討論范圍。 |
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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(nèi)的靜電保護器件自身的詳細要求。 |
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技術(shù)和工藝的不斷發(fā)展和執(zhí)行標準中積累的經(jīng)驗，以及自動化機械設(shè)備的普遍使用，使這些標準得到不斷完善，包括使其結(jié)構(gòu)更加合理化，同時將用戶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系列中發(fā)布，毫無疑問，這與歐洲標準是相輔相成的。有關(guān)標準部分如表2示： |
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表2 國際電工委員會1340方案結(jié)構(gòu) |
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IEC 1340-1 |
概要 |
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IEC 1340-1-1 |
靜電原理指南 |
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IEC 1340-1-2 |
定義與術(shù)語 |
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IEC 1340-2 |
靜電測量方法 |
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IEC 1340-2-1 |
靜電荷的消耗 |
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IEC 1340-2-2 |
可充電性 |
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IEC 1340-2-3 |
電阻及電阻系數(shù) |
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IEC 1340-3 |
靜電效應(yīng)模擬方法 |
|
IEC 1340-3-1 |
人體模型 |
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IEC 1340-3-2 |
機器模型 |
| IEC 1340-3-3 | 充電元件模型 |
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IEC 1340-3-4 |
場效應(yīng)模型 |
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IEC 1340-4 |
特殊場合下的標準測試方法 |
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IEC 1340-4-1 |
地板墊子的估測 |
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IEC 1340-4-2 |
包裝 |
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IEC 1340-4-3 |
鞋類 |
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IEC 1340-5 |
靜電敏感元件的防護細則 |
|
IEC 1340-5-1 |
總體需求 |
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IEC 1340-5-2 |
用戶指南 |
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IEC 1340-6 |
靜電控制技術(shù)及評測其效應(yīng)的方法 |
|
IEC 1340-6-1 |
電離劑 |
