静电对电子制造的影响与设计预防

这几天的天气真冷，广东地区都接近零度，天气非常干燥，静电非常活跃，人们对静电现象并不陌生，当你脱下冬天的毛衣时，可以听到“劈啪”的放电声，在光线不足的地方甚至可以看见火花，你在日常生活中所感觉到、听到甚至看到的其实就是静电在放电，大自然中的雷电实质也是一种强大的放电现象。

现实生产中，静电已经成为人们常常遇到的亲密“伴侣”，对这种静电放电现场已经习以为常了，尽得它会给大家带来不适或恐怕，但这一切对人体来说并没有产生什么直接的危害。但对于电子设备而言却完全不同了，半导体元器件的高密度、高增益对静电放电越来越敏感，MOS电路的击穿仅为100伏，而有些高要求的元器件在30伏左右，静电放电的危害性及防护的重要性，一现代电子制造业，越来越被人们所重视，事实上，ESD给制造业带来的损害继续给电子工业制造每年带来数十亿美元的代价。

静电产生的原因

我们知道，物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电的电子和带正电的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子而进入其他的原子，使原子因缺少电子数而带有正电现象，另外的原子因增加电子数而呈带负电现象。这种物体表面所带过剩或不足的相对静止不动电荷，称之为静电。引起静电的方式通常有固体起电、感应起电、摩擦起电、人体带电等等。

人体带电主要有三种形式。一是接触分离带电，即人在活动中衣服之间，与外界物质之间的摩擦，鞋与地面接触分离。二是感应带电;三是吸附带电，当人体在具有带电微粒空间活动时，由于带电微粒被人体所吸附，使人体带电。某些外界因素对静电产生的影响非常大，*主要的要数人体和湿度了。

人为因素

由于人在不停地运动,人的身体很容易带上静电荷;人的皮肤、头发和身体这样的绝缘材料会储存相当大数量的静电荷;由于人在操作，会将人体的静电传输(发射)电荷到元器件或设备上。

低湿度(空气干燥)

湿度对静电的积累和消散的影响很大，湿度较低时，静电电位高;湿度较高时，静电电位低。这主要因为湿度较高时，绝缘材料表面吸附了水分子(有时还有导电杂质)而降低了绝缘，便于静电泄漏。不同物质受湿度影响不同，吸湿性大的，容易被水份润湿，受湿度影响较大;吸湿性小，受湿度影响也小。如玻璃表面，易被水润湿，而石蜡、聚四氟乙烯等不易被水润湿的物质，受湿度的影响较小。

所接触的材料类型

不同的材料产生静电的大小不一样，特别是合成材料、普通塑料和绝缘体更容易产生或存储静电。

静电放电(ESD)

   所谓静电放电，指具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电感应引起物体间的静电电荷转移。这是在静电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象。

静电在电子工业中的危害

   静电放电对人体的影响似乎并不明显，但在电子元件的生产过程中，或在电子产品的安装、调试及检验过程中，如不消除静电，将会影响生产或降低产品质量。尤其是半导体器件和微电路生产行业，由于静电放电更会引起器件失效。

随着科学技术的飞速发展，电子、邮电通讯、航天航空等高新产业的迅速崛起，尤其需求电子仪器仪表和设备等电子产品日趋小型化，多功能及智能化。高密度信成电路(如MCU)已成为电子工业对上述要求中不可缺少的器件。这种器件具有线间距短、线细、集成度高、运算速度快、低功率、低耐压和输入阻抗高的特点，因而导致这类器件对静电越来越敏感。静电放电(ESD)的能量，对传统的电子元件的影响甚微，人们不易觉察，但是这些高密度集成电路元件中，不论是MOS 器件，还是双极型器件都可能因静电电场和静电放电电流引起失效，或者造成难以被人们发现的"软击穿"现象，给整机留下潜在的隐患，直接影响着电子产品的质量、寿命、可靠性和经济性。

静电放电引起的元器件击穿损害是电子工业*普遍、*严重的静电危害，它分即时失效和延时失效。

即时失效是一次性造成元器件介质击穿、烧毁或永久性失效。延时失效是造成器件的性能劣化或参数指标下降，也就是说即使产品已经通过了所有的检验和测试，仍然有可能在送到客户手中后失效。

下面是引起失效的的几种情况：

对PN 结造成软击穿，产品可靠性下降;

芯片内单晶硅金属镀模击穿，产品废品率上升;

芯片内引线击穿使产品废品率上升。

电子元件与ESD电压损害的关系

不同的器件对静电放电(ESD)敏感程度不同。这种差别是由于器件的设计和掺入器件内的杂质成分不同而造成的

  人是电子产品生产工作中的主体，由于人体的不停运动，加上人与地板、衣服等其他物体之间的摩擦、接触与分离，是主要的静电源，人体因各种活动而产生的静电电压约 0.5~2kV，在湿度较低的环境中，其静电电压会增加10多倍甚至更高。

静电对家电制造的影响以及设计预防

    可以说静电是无处不在，这样就对电子制造提出了较高要求。机器产生的静电，我们可以通过让机器接地，这样可以有效解决机器产生的静电对制造中家电的损坏。对于人为产生的静电，可以查找到其产生的源头，从而从源头上解决。我们的思路很简单，就是给源头静电提供一个泄放通道，让其能够在到达敏感元件前将静电消耗掉。通过分析以及实际生产经验总结，*容易受到静电损伤的是MCU，而且危害也*大，一旦损坏，则整个元器件都失去功效。所以我们一般会针对MCU采取以下一些简单方法来解决静电。

RC电路或者单电阻、单电容电路

我们知道，电阻是耗能元件，那么在静电的通路上放置一个合适大小的电阻将是一个理想的选择，而且成本也不高。

单二极管电路

  对于部分电路，在通路上增加电阻可能会影响其固有功能的，可以采用对电源上拉或者下拉一个二极管。我们知道，静电是非常快速的，所以要求这个二极管反应速度也要快，否则，起不到泄放静电的作用。

除了在电路上采取一些措施外，我们还可以在设计PCB板时，在PCB板上采取些措施：

地线采用单点共地的方式;如果可能，尽量每一个信号线附近都有地线，这样方便通过寄生电容来释放静电;静电一般都是尖端放电，所以可以在电路中故意设置一个锐角走线，然后在此锐角处设计静电防护;其它走线尽量宽而短;在线路上有意的预留一些安装电阻、电容位置，在生产中无法消除静电时，增加电阻、电容等消除静电。

结束语

   静电是无处不在的，其时时刻刻都影响着我们的生活，包括我们的身体、产品;只有我们充分认识了静电，才能避免其造成的影响，甚至可以利用其为我们服务。