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什么是ESD
日期：2025-05-02 10:54
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摘要：
什么是ESD
什么是ESD？它是英文Electrostatic Discharge的縮寫(xiě)，即"靜電放電"的意思。簡(jiǎn)單的說(shuō)，ESD就是電荷的快速中和。電子工業(yè)每年花在這上面的費(fèi)用有數(shù)十億美元之多。我們知道所有的物質(zhì)都由原子構(gòu)成，原子中有電子和質(zhì)子。當(dāng)物質(zhì)獲得或失去電子時(shí)，它將失去電平衡而變成帶負(fù)電或正電，正電荷或負(fù)電荷在材料表面上積累就會(huì)使物體帶上靜電。電荷積累通常因材料互相接觸分離而產(chǎn)生，也可由摩擦引起，稱為摩擦起電。
有許多因素會(huì)影響電荷的積累，包括接觸壓力、摩擦系數(shù)和分離速度等。靜電電荷會(huì)不斷積累，直到造成電荷產(chǎn)生的作用停止、電荷被泄放或者達(dá)到足夠的強(qiáng)度可以擊穿周圍物質(zhì)為止。電介質(zhì)被擊穿后，靜電電荷會(huì)很快得到平衡，這種電荷的快速中和就稱為靜電放電。由于在很小的電阻上快速泄放電壓，泄放電流會(huì)很大，可能超過(guò)20安培，如果這種放電通過(guò)集成電路或其他靜電敏感元件進(jìn)行，這么大的電流將對(duì)設(shè)計(jì)為僅導(dǎo)通微安或毫安級(jí)電流的電路造成嚴(yán)重?fù)p害。
有多種模型可以用來(lái)表述器件如何受到損害，如人體模型(HBM)、機(jī)器模型(MM)、帶電器件模型(CDM)以及電場(chǎng)對(duì)器件的影響等。對(duì)于自動(dòng)裝配設(shè)備而言，主要考慮后三種損壞模型(模式)，我們?cè)谙旅娣謩e進(jìn)行討論。
機(jī)器模型/模式 自動(dòng)裝配設(shè)備使用導(dǎo)軌、傳動(dòng)帶、滑道、元件運(yùn)送器和其他裝置來(lái)移動(dòng)器件使之按工藝要求的方向運(yùn)動(dòng)，如果設(shè)備設(shè)計(jì)不當(dāng)，傳動(dòng)帶和運(yùn)送系統(tǒng)上可能會(huì)積累大量電荷，這些電荷將在工藝過(guò)程中通過(guò)器件泄放。設(shè)備部件通過(guò)器件放電就稱為機(jī)器模型/模式。
帶電器件模型/模式 如果一個(gè)器件因某種原因累積了電荷并與一個(gè)帶電少的表面相接觸，電荷就會(huì)通過(guò)器件上的導(dǎo)電部分泄放。當(dāng)器件向其他材料放電時(shí)，就稱為帶電器件模式，用帶電器件模型表示。
電場(chǎng)影響 電場(chǎng)感應(yīng)會(huì)在IC阻性線路間產(chǎn)生電位差，引起絕緣體介質(zhì)擊穿。造成失效的另一個(gè)原因是器件上的電荷在電場(chǎng)中會(huì)被極化，從而產(chǎn)生電位差并向異性電荷放電，形成雙重放電或中和。在ESD控制中使用了具有不同電阻特性的材料，這些材料用在自動(dòng)裝配設(shè)備中可以獲得理想的效果。描述材料電阻特性通常用表面電阻率或電阻率。
常見(jiàn)概念及應(yīng)用
表面電阻率 簡(jiǎn)單地說(shuō)表面電阻率就是同一表面上兩電極之間所測(cè)得的電阻值，將電極形狀和電阻值結(jié)合在一起通過(guò)計(jì)算可得到單位面積的電阻值。現(xiàn)在市面上可以買(mǎi)得到讀數(shù)為單位面積電阻值的測(cè)量?jī)x。
體電阻率 體電阻率是通過(guò)材料厚度的電阻值，單位是Ω·cm。
導(dǎo)電材料 導(dǎo)電材料指表面電阻率和體電阻率分別小于106Ω和106Ω·cm的材料。
耗散材料 耗散材料指表面電阻率和體電阻率分別小于1012Ω或1012Ω·cm的材料。
防靜電材料 “防靜電”指的是能夠抑制電荷累積，可以在材料制造過(guò)程中添加或者局部加入某種物質(zhì)得到這種特性。防靜電材料無(wú)需用表面或體電阻率表示。
導(dǎo)電添加劑和薄膜 如果由于成本或者其他設(shè)計(jì)上的原因只能使用塑料材料或復(fù)合材料時(shí)，可以使用添加劑改善靜電特性，將添加劑混入塑料材料中，根據(jù)添加劑和樹(shù)脂百分比不同可獲得所需的導(dǎo)電性或耗散性。
在樹(shù)脂中加入纖維可以使之獲得導(dǎo)電性或耗散性并增強(qiáng)強(qiáng)度，這種纖維可能本身就有導(dǎo)電性或者采用了表面電鍍工藝。雖然添加纖維可得到這些好處，但它也改變了收縮率和韌性。填充劑可以提供導(dǎo)電性和耗散性，增加強(qiáng)度，但常常會(huì)降低基體樹(shù)脂的硬度。表1是一些常見(jiàn)的導(dǎo)電添加劑。
傳送帶 傳送帶用來(lái)輸送元件、PCB和其他器件，材料一般為塑料、纖維制品或橡膠。如果傳送帶要接收從機(jī)器其他部分傳來(lái)的器件，那么它應(yīng)該采用耗散性材料。當(dāng)傳動(dòng)帶表面電阻率為1～106Ω時(shí)，它會(huì)使帶電器件放電速度太快，對(duì)器件造成損害；當(dāng)表面電阻在106～109Ω時(shí)，只要傳送帶通過(guò)轉(zhuǎn)輪滑輪和機(jī)架良好接地，傳送帶上就不會(huì)帶電。
另一個(gè)要考慮的問(wèn)題是傳送帶速度。如果傳送帶運(yùn)動(dòng)速度太快，器件放到傳送帶上時(shí)就可能會(huì)滑動(dòng)(或者器件保持不動(dòng)而傳送帶繼續(xù)在動(dòng))，這時(shí)就會(huì)形成摩擦生電，傳送帶如果接地能使電荷耗散掉，但是器件或PC板仍帶有電荷而會(huì)造成危害。
導(dǎo)向裝置和導(dǎo)軌 導(dǎo)向裝置和導(dǎo)軌用來(lái)提供通道或者使器件放于一個(gè)固定的位置或保持一定的方向性，采用的材料應(yīng)能使電荷耗散掉并且防止器件摩擦生電。表面電阻率為106Ω的材料具有良好耗散性而且不會(huì)損傷器件，如果送入的器件處于無(wú)靜電狀態(tài)，也可以使用導(dǎo)電性材料(表面電阻率低于106Ω)。
有許多因素會(huì)影響電荷的積累，包括接觸壓力、摩擦系數(shù)和分離速度等。靜電電荷會(huì)不斷積累，直到造成電荷產(chǎn)生的作用停止、電荷被泄放或者達(dá)到足夠的強(qiáng)度可以擊穿周圍物質(zhì)為止。電介質(zhì)被擊穿后，靜電電荷會(huì)很快得到平衡，這種電荷的快速中和就稱為靜電放電。由于在很小的電阻上快速泄放電壓，泄放電流會(huì)很大，可能超過(guò)20安培，如果這種放電通過(guò)集成電路或其他靜電敏感元件進(jìn)行，這么大的電流將對(duì)設(shè)計(jì)為僅導(dǎo)通微安或毫安級(jí)電流的電路造成嚴(yán)重?fù)p害。
有多種模型可以用來(lái)表述器件如何受到損害，如人體模型(HBM)、機(jī)器模型(MM)、帶電器件模型(CDM)以及電場(chǎng)對(duì)器件的影響等。對(duì)于自動(dòng)裝配設(shè)備而言，主要考慮后三種損壞模型(模式)，我們?cè)谙旅娣謩e進(jìn)行討論。
機(jī)器模型/模式 自動(dòng)裝配設(shè)備使用導(dǎo)軌、傳動(dòng)帶、滑道、元件運(yùn)送器和其他裝置來(lái)移動(dòng)器件使之按工藝要求的方向運(yùn)動(dòng)，如果設(shè)備設(shè)計(jì)不當(dāng)，傳動(dòng)帶和運(yùn)送系統(tǒng)上可能會(huì)積累大量電荷，這些電荷將在工藝過(guò)程中通過(guò)器件泄放。設(shè)備部件通過(guò)器件放電就稱為機(jī)器模型/模式。
帶電器件模型/模式 如果一個(gè)器件因某種原因累積了電荷并與一個(gè)帶電少的表面相接觸，電荷就會(huì)通過(guò)器件上的導(dǎo)電部分泄放。當(dāng)器件向其他材料放電時(shí)，就稱為帶電器件模式，用帶電器件模型表示。
電場(chǎng)影響 電場(chǎng)感應(yīng)會(huì)在IC阻性線路間產(chǎn)生電位差，引起絕緣體介質(zhì)擊穿。造成失效的另一個(gè)原因是器件上的電荷在電場(chǎng)中會(huì)被極化，從而產(chǎn)生電位差并向異性電荷放電，形成雙重放電或中和。在ESD控制中使用了具有不同電阻特性的材料，這些材料用在自動(dòng)裝配設(shè)備中可以獲得理想的效果。描述材料電阻特性通常用表面電阻率或電阻率。
常見(jiàn)概念及應(yīng)用
表面電阻率 簡(jiǎn)單地說(shuō)表面電阻率就是同一表面上兩電極之間所測(cè)得的電阻值，將電極形狀和電阻值結(jié)合在一起通過(guò)計(jì)算可得到單位面積的電阻值。現(xiàn)在市面上可以買(mǎi)得到讀數(shù)為單位面積電阻值的測(cè)量?jī)x。
體電阻率 體電阻率是通過(guò)材料厚度的電阻值，單位是Ω·cm。
導(dǎo)電材料 導(dǎo)電材料指表面電阻率和體電阻率分別小于106Ω和106Ω·cm的材料。
耗散材料 耗散材料指表面電阻率和體電阻率分別小于1012Ω或1012Ω·cm的材料。
防靜電材料 “防靜電”指的是能夠抑制電荷累積，可以在材料制造過(guò)程中添加或者局部加入某種物質(zhì)得到這種特性。防靜電材料無(wú)需用表面或體電阻率表示。
導(dǎo)電添加劑和薄膜 如果由于成本或者其他設(shè)計(jì)上的原因只能使用塑料材料或復(fù)合材料時(shí)，可以使用添加劑改善靜電特性，將添加劑混入塑料材料中，根據(jù)添加劑和樹(shù)脂百分比不同可獲得所需的導(dǎo)電性或耗散性。
在樹(shù)脂中加入纖維可以使之獲得導(dǎo)電性或耗散性并增強(qiáng)強(qiáng)度，這種纖維可能本身就有導(dǎo)電性或者采用了表面電鍍工藝。雖然添加纖維可得到這些好處，但它也改變了收縮率和韌性。填充劑可以提供導(dǎo)電性和耗散性，增加強(qiáng)度，但常常會(huì)降低基體樹(shù)脂的硬度。表1是一些常見(jiàn)的導(dǎo)電添加劑。
傳送帶 傳送帶用來(lái)輸送元件、PCB和其他器件，材料一般為塑料、纖維制品或橡膠。如果傳送帶要接收從機(jī)器其他部分傳來(lái)的器件，那么它應(yīng)該采用耗散性材料。當(dāng)傳動(dòng)帶表面電阻率為1～106Ω時(shí)，它會(huì)使帶電器件放電速度太快，對(duì)器件造成損害；當(dāng)表面電阻在106～109Ω時(shí)，只要傳送帶通過(guò)轉(zhuǎn)輪滑輪和機(jī)架良好接地，傳送帶上就不會(huì)帶電。
另一個(gè)要考慮的問(wèn)題是傳送帶速度。如果傳送帶運(yùn)動(dòng)速度太快，器件放到傳送帶上時(shí)就可能會(huì)滑動(dòng)(或者器件保持不動(dòng)而傳送帶繼續(xù)在動(dòng))，這時(shí)就會(huì)形成摩擦生電，傳送帶如果接地能使電荷耗散掉，但是器件或PC板仍帶有電荷而會(huì)造成危害。
導(dǎo)向裝置和導(dǎo)軌 導(dǎo)向裝置和導(dǎo)軌用來(lái)提供通道或者使器件放于一個(gè)固定的位置或保持一定的方向性，采用的材料應(yīng)能使電荷耗散掉并且防止器件摩擦生電。表面電阻率為106Ω的材料具有良好耗散性而且不會(huì)損傷器件，如果送入的器件處于無(wú)靜電狀態(tài)，也可以使用導(dǎo)電性材料(表面電阻率低于106Ω)。
