电子产品的静电防护研究 电气工程专业.doc

题 目 电子产品的静电防护研究 【摘要】 静电作为自然伤害源，给人类社会带来了巨大的损失和风险。另外，由于静电场的静电击穿和静电放电的其他影响，在电子产品的生产，运输，储存和转移过程中，静电击穿和静电场的静电放电等引起。如果产品失效，打火机会造成经济损失，而重型产品可能会造成人员伤亡。 现如今，全球微电子技术正在不断蓬勃发展，多样化电子产品的迭代速度迅速提升。在此背景下，大规模甚至于超大规模的集成电路应运而生，ASIC和超高级集成电路已广泛应用于各个领域 。近年来，由于航空航天和军事领域的特殊需求，各种微电子器件大大提高了电路的集成度，并实现了微功耗，高可靠性和通用性。这样开发的器件的电磁灵敏度大大提高，并且过电压电阻显着降低。但是正是这样静电的危害就越突出，因为静电带来的静电放电会产生各种电磁干扰。而又由于各种微电子器件的电磁灵敏度很高就会导致各种微电子器件的性能降低或者出错造成不必要的经济或者财产损失。 在最近的几年下来因为静电的危害事故频发导致全球各地的不仅仅是电子工业损失巨大，还又在面料厂或者加油站等的地方导致事故的发生而且还危及到人员的生命安全。 所以在世界各国方面的专家都在研究如何降低静电带来的危害，而研究人员也同样在电子元器件的设计中加入静电防护的相关设计保证产品的安全行和使用寿命。 【关键词】 静电 静电防护 静电放电 产品安全 目 录 引 言---------------------------------------------------------------------------- 1 第一章 静电 --------------------------------------------------------------------2 1.1 什么是静电------------------------------------------------------------------2 1.1.1静电产生的原因------------------------------------------------------------2 1.1.2静电的特点--------------------------------------------------------------- 2 1.2 静电的危害----------------------------------------------------------------- 6 1.1.1静电引力（吸附）--------------------------------------------------------6 1.1.2静电的击穿与放电--------------------------------------------------------7 1.1.2.1静电的放电-----------------------------------------------------------7 1.1.2.2静电的击穿-----------------------------------------------------------8 第二章 静电防护的目的与途径------------------------------------------------9 2.1 静电防护的目的---------------------------------------------------------9 2.2 静电防护的方法 ---------------------------------------------------------10 2.2.1 预防和保护----------------------------------------------------------------10 2.2.2 人体的防静电-------------------------------------------------------------11 2.2.3 工厂车间的防静电---------------------------------------------------------11 第三章 防静电制品的分类与应用------------------------------------------- 12 第四章 防静电系统------------------------------------------------------------13 结 论----------------------------------------------------------------------------14 致 谢----------------------------------------------------------------------------15 参考文献------------------------------------------------------------------------16 附 录----------------------------------------------------------------------------17 引 言 电子产品会使用在于各种复杂环境中。为了保证其可靠运行，电子产品设计过程中必须注意电子产品的保护，以提高电子产品适应各种工作环境的能力。而在这些潜在的危险中静电的危害又是不容小觑的，每年有成批的电子元器件由于静电带来的危害导致无法使用，造成的经济损失可达数亿。 静电造成电子产品损害的主要手段一是静电放电，二是静电击穿。 静电放电的电磁脉冲不仅会对电子设备造成紧张和滋扰，还会带来潜在的风险，从而降低电子设备的安全性，刺激巨大的工程混乱。 静电击穿这可能造成电子产品的芯片损害导致其不可使用引发机器的故障。 因此所以在世界各国方面的专家都在研究如何降低静电带来的危害，而研究人员也同样在电子元器件的设计中加入静电防护的相关设计保证产品的安全行和使用寿命。 第一章 静电 1.1 什么是静电 当电荷累积在物体或轮廓上时，它构成静电。也就是说，静电信号也分为正静电信号和负静电信号两种类型。当正电荷累积在物体上时，它构成正静电信号。当负电荷累积在物体上时，它会构成负静电信号，但无论是正静电信号还是负静电信号，当静电物体撞击零电位物体时（电荷转移发生在城市）当接地物体或具有电位差的物体时。静电的标志通常是指电荷在其发生和消失过程中表现出的标志。 生活中，人们通常会在脱毛衣时，在黑暗中听到霹雳的声音，通常还有蓝光;当你在冬天见面时，握手当你触摸另一方时，你会突然感觉到指尖的刺痛感，如电击。 1.1.1 静电产生的原因 在自然界中有正负2种电荷，正负电荷彼此没有不同，因为外部影响如摩擦或各种能量的影响，如动能，势能，热能和化学能，都可能导致原子的正负极不平衡，从而使物体充电。 静电一般是由摩擦引起的电荷摩擦形成的，并且还存在通过电荷的吸引而使电荷扩散的趋势。一般情况下，原子核中的正电荷，通常会和电子中的负电荷，进行相互平衡。因此它是不合理的。然而，如果电子通过外力离开轨道，导致不平衡的电子分散，则就像是导致正负电荷不平衡的过程。静电的产生就是通过2个物体（一般是固体）碰撞导致这2个物体身上的正负电荷发生移动，一个物体身上的正电荷多就带了正电，而另一个物体身上的负电荷多就带了负电。 1.1.2静电的特点 静电的特点一般来说有以下几个： 电压高：静电所带的电压一般就可以达到200000伏。而人体体内产生的静电一般也可以达到10000伏以上。不过正因为静电所带的电压很高所以静电对电子产品的危害是巨大的。 泄漏慢：由于堆积静电的物体电阻率很高以是物体的静电泄漏实则很慢。例如人体电阻的平均值一般为2000Ω左右，泄漏较慢。但是静电的累积又是不可避免，所以人在进行对电子产品的加工时根据轻重程度都要进行一定程度的静电防护措施。 影响因数较多：比如产品的材质杂志、产品生产的物料特征、所用的工艺设备（形状、接触面积等）与工艺参数、生产过程中的温湿度以及产品工作时的温湿度等。又因为影响因数多，所以静电的预防非常困难。 1.2 静电的危害 静电在日常生活中应该说是无处不在的，静电对于我们生活中有着不小的危害，例如静电可以改变人体的体表电位差。影响心肌系统的正常传导，诱发室性早博从而引起心律失常，这对于心脏有疾患者会加重病情。静电会释放小火花。会引起火灾引发爆炸。加油站易燃易爆场所应当注意，自助加油时要注意放电，加油过程中不要进车内也不要整理衣服。 在电子领域中，所涉及到的静电障害，通常能够细分成两大类别：其中，主要包含基于静电引力而形成的浮游尘埃吸附，一般被称之为静电吸附；此外，包含基于静电放电而形成的介质击穿，一般被称之为静电击穿。 1.2.1静电引力（吸附） 对于半导体元件而言，当其进行实际制造时，由于或许会广泛运用到由石英和高分子材料制成的仪器和材料，绝缘性能很好，并且在使用时会在器件的表面进行一些不可避免的的轻微的摩擦。这样会使静电电荷不断累积，导致电荷量增加。并且又会静电的机械效应，在这种情况下，灰尘被吸引到部件的表面，并且小的灰尘可能影响半导体器件的性能。而且，不仅集成电路生产过程中半导体元件的静电吸附也是大量下降率的主要原因。 因此，在生产过程中必须保持周围环境清洁，必要时，必须在无尘环境中进行生产，操作人员需要穿静电服等。所有工具和环境必须采取一系列防静电措施。 不仅在电子工业中，而且在电影和塑料工业中，静电吸引都会导致薄膜和薄膜变得可以相容，导致薄膜或CD塑料盘被灰尘污染，这会影响薄膜和CD的质量;在印刷中静电吸引会使纸张束不对齐，使叠印位置不准确，使纸张表面严重污染，甚至造成纸张粘连，影响生产。 1.2.2静电的击穿与放电 在电子领域中，产生静电的因素众多，其中，最为常见的静电来源是人体本身，这主要有3个原因: 人体的接触面积大，活动范围广容易接触其他带电物体。 人体与大地之间的电容低，大约150PF，因此能产生很高的静电势能。 人体一般能看作是良导体所以容易在静电场中感应起电，并且造成全身起电。 1.2.2.1静电的放电 ESD以非常高的强度非常快速地发生，并且通常产生足够的热量以熔化半导体芯片的内部电路，并且在电子显微镜下向外吹出的小弹孔导致立即且不可逆的损坏。更严重的是，只有十分之一的危险是如此糟糕，以至于最后测试的整个组件都失败了。在其他90％的情况下，ESD损坏仅导致部分退化 - 这意味着损坏的部件可以在不事先通知的情况下通过最终测试，并且在运送给客户之后仅发生过早的现场故障。结果对制造商可以纠正任何制造缺陷的地方最不利。 静电的放电形式与带电体的形状有关。电压和材料通常与以下四种形式有关。 电晕放电：电晕放电：在带电体周围产生尖端，曲率半径小，因为电场强度高于电离场强度，它是电晕放电，伴有轻微的吱吱声和弱薰衣草光。与恒定放电情况相比，电晕放电可以照常使用，没有点火损坏。 电刷放电和传播型电刷放电：绝缘体轮廓中产生的声音和光的多分支放电。当绝缘体的背面与金属导体紧密接触时，绝缘体的前侧将呈现扩展型电刷放电。可以在统一的绝缘体上产生重复的刷子放电或扩散型刷子放电。刷形放电不可避免地受到点火损坏;散布式刷子放电点火的风险很大 火花放电：火花放电是指在带电体之间发生一次放电。在火花放电期间会有明亮的闪烁和爆裂声。它的着火风险非常高。 雷电放电：是一种闪电般的放电，由大量悬浮在太空中的高密度带电粒子组成。 1.2.2.2静电放电的硬损伤与软损伤 从静电放电方式的角度来看，其对多样化电子设备产生硬损伤的关键元素，在于该方式释放的能量