一、引言

ESD（Electrostatic  Discharge）即“靜電放電”或稱“靜電泄放”。從事電子產品硬件設計和生產工藝的工程師都應該要理解和掌握 ESD 的相關知識。

隨著科技的發展，電子產品越來越要求體積小、輕量化、低功耗、高性能，這就要求集成電路越來越精細、越來越復雜。而靜電對集成電路的破壞卻因其越來越高的集成度而變得更加容易。

二、ESD基本原理

2.1 靜電如何產生

眾所周知，孤立的物體本身是中性的。當兩種不同材質的物體相互接觸時，由于各自原子核對其最外圍的自由電子的吸引力強弱不同，外圍電子就會轉移到引力較大的物體一方。當接觸后分離，就會使其中之一的物體表面帶上更多的負電荷（-），另一物體表面則呈現帶上正電荷（+）。這種在物體表面處于“相對穩定狀態”的電荷（在沒有移動通道、即不會形成電流的時候），就是“靜電”。

這種通過接觸分離方式產生靜電的典型例子就是摩擦起電。人體行走、穿脫毛衣、滾輪傳動、氣體/液體噴射、撕包裝膠帶、攪拌。。。。。。都會產生靜電。

另外，當導體受到外部電場影響，導體上的自由電子將在電場的作用下發生定向移動，使導體中的電荷重新分布以抵消外部電場的作用，從而在導體兩端“感應”出帶正電荷和負電荷的靜電。

高能輻射、超高溫等極端條件下造成電子溢出也會產生靜電。

簡而言之，當物體表面出現不平衡電子，由不足或過剩的電子總量決定了表面電荷量，電子不足則帶正電，電子過剩則帶負電。電荷保持在“靜止”狀態下是安全的（注：這里“靜止”只是形象的說法，并非停止運動）。

在物體表面處于“相對穩定狀態”的電荷是由于自由電子數量的不平衡（不足或過剩）造成的，從而相對另一物體（或大地、或導體的另一端）產生了一定的靜電電勢（電位差、電壓）。在日常生產生活中靜電無處不在，其靜電電壓可以高達幾千上萬伏甚至數十萬伏。通常人體皮膚能感知到靜電時其電壓在2000~3000V，能聽見時的靜電電壓高達5000V，能看見時的靜電電壓高達10000V以上。例如冬季夜晚脫毛衣時會看見火星四濺，伴隨著噼啪的響聲。下表為人體活動產生的典型的靜電電壓（V），請注意空氣濕度對靜電電荷積聚/耗散的影響。

2.2 靜電放電

當這些靜電電荷在不同靜電電勢的物體或表面之間發生轉移時的過程，即稱為“靜電放電”或“靜電泄放”。ESD可分為接觸放電和介質擊穿放電。冬天用手觸碰水龍頭或金屬門把手、甚至兩人握手觸碰瞬間感覺觸電就是一種接觸放電，而雷雨天的閃電則是一種極其強烈的介質擊穿放電。

三、ESD的危害

世界范圍內因靜電放電導致的重大事故如加油站爆炸、石化廠爆炸、火災等不在少數。更多的對電子產品設備及電子元器件造成的損害卻往往被人們漠不關心，甚至毫無覺察，然而每年由此造成的經濟損失可能高達上百億美金，不亞于數萬個加油站爆炸造成的損失。

體積小、功耗低、高性能的集成電路是電子工業發展的基本要求。隨著半導體以”摩爾定律”不斷提高的集成度,元器件越來越精細復雜，增厚氧化膜，提高其耐壓性，顯然是行不通的。因此在器件的集成度要求越來越高的趨勢下，通常將器件氧化膜做得越來越薄使其尺寸減少，器件的耐壓也隨之降低，對靜電也更為敏感脆弱。

半導體器件，特別是集成電路，根據其種類不同承受靜電耐壓的程度也不一樣。各種工藝類型半導體器件的靜電敏感性列表如下：

SSD（Static Sensitive Device-靜電敏感器件）的分級方法有多種，根據國家軍用標準GJB1649-93《電子產品防靜電放電控制大綱》的分級方法。

靜電敏感度介于0～1990V的元器件為1級；

介于2000～3999V的元器件為2級；

介于4000～15999V的為3級；

 靜電敏感度為16000v或16000v以上的元器件、組件和設備被認為是非靜電敏感產品。

按元器件類型列出部分SSD的分級（1級）如下表（原表17.3）。

通常來說，在產品應用的半導體元器件中，運放、功率器件、光器件、光模塊、大規模集成電路、高速器件、射頻器件容易受到ESD損傷。

對于電子產品及元器件而言，靜電造成的可能損害有以下幾個方面。

（1） 吸附灰塵，絕緣下降，影響產品的性能及壽命；

（2） 因靜電電場造成電磁干擾，導致設備運行過程中斷（數據不良、軟件錯誤、校準失誤、處理器停止運作）或誤動作；

（3） 因靜電泄放損傷元器件，影響其正常性能及壽命，甚至完全損壞。

電子產品的全生命周期過程，甚至從電子元器件制造出品、上線焊裝、整機調測、包裝運輸直至產品應用都處在靜電的威脅之下。根據RAC（美國國防部可靠性分析中心）早期的統計，在所有硬件故障中，元器件ESD失效率占15%，而高靜電敏感的元器件EOS/ESD失效率高達60%左右。

四、靜電的另一面

當然，任何事物都具有兩面性，靜電可能對人們的生產生活造成危害，但是也有不少益處和應用，如人們利用靜電技術應用在除塵、印花、噴涂、植絨、分選、淡化海水、噴灑農藥、人工降雨、低溫冷凍、宇宙飛船加料等工農業生產與生活方面。