防静电技术及失效分析

现代电子技术Modern Electronics TechniqueMay 2024Vol. 47 No. 102024年5月15日第47卷第10期静电是一种存在于物体表面、正负电荷在局部失衡时产生的现象, 是静止的或者相对静止的电荷，其对电子产品的危害主要表现是静电放电的高压或者高能量导致器件受损。

因此在电子产品生产制造过程，需要合适的静电防护技术和防护措施[1⁃3]。

为了进一步实时地监控所有防护措施是否有效，当前，很多电子制造企业部署了基于物联网技术的静电放电（Electro ⁃Static Discharge, ESD ）防护监控系统[4⁃5]，用于监控生产线的ESD 防护措施的有效性。

静电放电的损害往往只有10%的比例造成电子元器件即时完全失效，通常表现为短路、开路以及参数的严重衰变，超出其额定范围，器件完全丧失了其功能，本文称此类失效为ESD 硬失效（Hard ESD, H⁃ESD ）。

而另外的90%比例的静电损伤会潜伏下来, 造成积累效应[5]。

所以，一般情况下，一次ESD 不足以引起器件立即完全失效，但元件内部会存在某种程度的轻微损伤，通常表现为器件的电性能参数值在规格限内的偏差或漂移，造成此类器件处于“亚健康”状态，抗损伤的能力变弱。

由于这种ESD 轻微损伤并不明显，不易在生产过程中被检出，从而易被忽视，但这种元器件如果继续工作，随着工作时长带来的老化作用，极易出现失效，本文称此类现象为ESD 软失效（Soft ESD, S⁃ESD ）。

H⁃ESD 一般能在产品出货前的电学性能和功能检测中及时发现；而S⁃ESD 通常在出货给到客户甚至终端用户使用后DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2024.10.013引用格式：刘祖耀，张海贝，颜志强，等.基于工业数据挖掘的ESD 软失效分析[J].现代电子技术，2024，47（10）：69⁃72.基于工业数据挖掘的ESD 软失效分析刘祖耀1， 张海贝1， 颜志强1， 汪中博2， 司立娜1， 刘 路1（1.深圳长城开发科技股份有限公司， 广东 深圳 518025； 2.西安电子科技大学 机电工程学院， 陕西 西安 710071）摘 要： 针对电子产品出货后出现ESD 软失效而导致的退货现象，文章通过机器学习算法分析产品ICT 电性能测试参数、生产线ESD 防护监控数据和产品ESD 软失效的相关性。

防静电规范制作：郑业确认：承认：一、ESD产生的危害静电放电（ESD）常会发生在电子装配和包装过程中，它容易造成元器件损坏，而又容易被人们低估和忽视。

越来越多敏感的电子元件很易被静电所损坏，ESD每年给世界的电子制造工业造成很大的损失。

静电放电（ESD）的定义为，带有静电电荷（电子不足或过剩）的载体放电，产生电子流。

如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度，就会对元件造成损坏。

这是MOS器件出现故障最主要的原因。

氧化层越薄，则元件对静电放电的敏感性也越大。

故障通常表现为元件本身对电源有一定阻值的短路现象。

对于双极性元件，损坏一般发生在薄氧化层隔开的已进行金属喷镀的有源半导体区域，因此会产生泄漏严重的路径。

如果带有足够高静电电荷的载体靠近有相反电势的集成电路（IC）时，静电电荷会"跨接"，产生电子流，引起静电放电（ESD）。

ESD以极高的强度且迅速发生，通常将产生足够的热量熔化半导芯片的内部电路，在电子显微镜下观察，会发现其外表象向外吹出的小子弹孔，从而引起电子元件不可修复的损坏。

这种ESD造成的损坏，只有少数的情况会在最后测整个元件时，发现元件已经失效。

但其它大多数的情况，ESD损坏只引起电子元件部分的性能下降，这意味着损坏的电子元件可能会毫无察觉地通过最后测试，因而产品到用户手中使用后就会出现过早的失效，这样一来其结果必然损坏制造商的产品质量声誉。

要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏，这一点非常重要。

人体有感觉的静电放电电压在3000 — 5000V之间，然而，元件发生损坏时的电压仅几百伏。

二、防静电规范要点环境：生产区域温度一般要求在温度15℃~30℃,相对湿度要求40%~85%,每天进行检查并记录数据.,不符时要采取措施使之达到要求。

1、防静电设施：①建立专门防静电网，保持接地电阻≤5Ω.②动力电地线要有效接地，接地电阻≤5Ω，所有输出口（插座）设有接地线。

产品静电防护措施讲解一、引言静电，一种在我们日常生活中无处不在的自然现象，虽然大多数情况下它并不被察觉，但对于电子产品等敏感设备来说，却可能带来严重的损害。

在微电子技术飞速发展的今天，产品静电防护显得尤为重要。

1. 静电对产品的危害静电对产品的危害主要表现在以下几个方面：首先，静电可以引起电子元器件的误动作或损坏。

当静电电压达到一定程度时，会直接击穿半导体器件，造成永久性损坏。

其次，静电会对产品的电路板造成潜在损害。

静电放电过程中产生的电磁场容易干扰电路板上敏感元件的工作，甚至引发电路短路。

此外，静电还可能导致产品外观受损。

例如，静电吸附的灰尘和杂物可能会影响产品的散热性能，甚至引发机械故障。

因此，针对产品的静电防护措施至关重要，它关系到产品的可靠性和使用寿命。

以上就是关于静电对产品的危害的简要介绍。

接下来，我们将探讨静电产生的原因及原理，以便更好地理解如何进行有效的静电防护。

二、静电产生的原因及原理1. 静电产生的原因静电是由于物体表面的电荷分布不均而产生的现象。

以下是一些常见的静电产生原因：•摩擦起电：当两种不同材料通过摩擦接触时，由于原子核对电子的束缚能力不同，导致电子从一个物体转移到另一个物体，从而产生静电。

•感应起电：当一个带电体接近一个中性导体时，导体上的电荷会重新分布，导致靠近带电体的一侧出现相反电荷，远离带电体的一侧出现同种电荷。

•电荷分离：液体或气体中的离子在电场作用下，正负离子会分离，产生静电。

•电解起电：电解质溶液中的离子在外加电压作用下，发生氧化还原反应，产生静电。

2. 静电产生的原理静电产生的本质是电荷的转移，以下是静电产生的基本原理：•原子结构：物体由原子组成，原子由带正电的原子核和围绕原子核的电子云组成。

当物体表面与其他物体接触时，电子可能从一个物体转移到另一个物体。

•电子束缚能力：不同材料对电子的束缚能力不同，束缚能力弱的材料更容易失去电子，而束缚能力强的材料更容易获得电子。

部电子第五研究所元器件可靠性研究分析中心的电子元器件抗ESD技术静电现象是客观存在的，防止静电对元器件损伤的途径只有两条：一是从元器件的设计与制造上进行抗静电设计与工艺优化，提高元器件内在的抗静电能力；另一方面，就是采取静电防护措施，使器件在制造、运输与使用过程中尽量避免静电带来的损伤。

对元器件的使用方，包含后工序厂家、电路板、组件制造商与整机厂商来说，要紧甚至只能采取后一种方法来防止或者减少静电对元器件的损害。

2.1 静电防护的作用与意义为什么要在制造过程中采取防静电操纵措施？我们从下列三个方面来说明。

2.1.1 多数电子元器件是静电敏感器件多数未采取保护措施的元器件静电放电敏感度都是很低，很多在几百伏的范围，如MOS 单管在100-200V之间，GaAs FET在100－300V之间，而且这些单管是不能增加保护电路的；一些电路特别是CMOS IC采取了静电保护设计，可尽管以明显的提高抗ESD水平，但大多数也只能达到2000－4000V，而在实际环境中产生的静电电压则可能达到上万伏（如第1章的表1.4与表1.6。

因此，没有防护的元器件很容易受到静电损伤。

而且随着元器件尺寸的越来减小，这种损伤就会越来越多。

因此我们说，绝大多数元器件是静电敏感器件，需要在制造、运输与使用过程中采取防静电保护措施。

表2.1列出了一些没有静电保护设计器件的静电放电敏感度。

表2.1 一些器件的静电敏感度2.1.2 静电对电子行业造成的缺失很大电子行业如微电子、光电子的制造与使用厂商由于静电造成的缺失与危害是相当严重的。

据美国1988年的报道，它们的电子行业中，由于ESD的影响，每年的缺失达50亿美元之多；据日本统计，它们不合格的电子器件中有45％是由于静电而引起的；我国每年因静电危害造成的缺失也至少有几千万。

图2.1是美国Ti公司对某一年对客户失效器件原因进行分析统计的结果，从中能够看到由EOS/ESD引起的失效占总数的47%；图1.2是美国半导体可靠性新闻对1993年从制造商、测试方与使用现场得到的3400例失效案例进行的统计，从中能够看到,EOS/ESD造成的失效也达到20%。

防静电基础知识1. 1概述：高科技的进展历程中，电子技术和高分子化学技术是两个重要的方面。

电子产品设计的小型化和高集成化，相应的加工技术日趋微、细、薄，使得对静电危害不可忽视。

随着电子技术和产品向国民经济各部门的广泛渗透，静电的阻碍面越加普遍。

正是由于高分子化学技术的进展，促成了高分子材料在工业、国防和人民生活各个方面的广泛应用。

一般高分子材料的特点之一确实是它具有专门高的电阻率，使其专门易于产生静电。

静电造成的故障与危害，通称静电障害。

从传统的观点来看，它是火工、化工、石油、粉碎加工等行业引起火灾、爆炸等事故的要紧诱发因素之一，也是亚麻、化纤等纺织行业加工过程中的质量及安全事故隐患之一，依旧造成人体电击危害的重要缘故之一。

因此，静电防护是各行业最为关注的安全问题之一。

随着高科技的进展，静电障害所造成的后果已突破了安全问题的界限。

静电放电造成的频谱干扰危害，是在电子、通信、航空、航天以及一切应用现代电子设备、仪器的场合导致设备运转故障、信号丢失、误码的直截了当缘故之一。

例如，电子运算机和程控交换机是两种有代表性的现代电子设备，如安装、使用环境不当，它们的工作都会受到静电的困扰。

此外，静电造成敏锐电子元器件的潜在失效，是降低电子产品工作可靠性的重要因素。

据日本80年代中期的一项统计资料，在失效的半导体器件中，有45%是因静电危害造成的。

降低静电障害是最有效的手段是实施防护。

因为，静电作为一种自然现象，不让它产生几乎是不可能的，但把它的存在操纵在危险水平以下，使其造成的障害尽可能小，则是可能的。

有效地进行静电防护与操纵，依靠于对静电现象的认识和对其发生、存在、清除的操纵，依靠于把握和了解静电与环境条件的关联性和静电发生的规律。

以上观点是从静电危害的防护角度而言的。

对静电的应用研究本身确实是一项重要的高科技门类，但鉴于不属于本书讨论的范畴，在此不再赘述。

2. 1静电：依照分子和原子结构的理论，自然界中的一切物质差不多上由分子构成的，而分子又是由原子组成的。

失效分析(和可靠性)没有那么高深莫测失效分析现在已经成为了热门技术。

业界也有不少专家在讲授失效分析知识。

总的来说，失效分析在一般人的眼中，是很高深莫测的一门学问。

这以失效分析方面的专家动辄就拿昂贵的仪器，拿高深IC的解剖来说事不无关系。

事实上，有的仪器他们可能也没用过，只有美国的大机构才用得起。

学院派的专家就不用说了，他们由于没有工作经验，所以只能讲解一些理论，他们的主要东西基本上是靠照搬美国的理论来的。

所以，大理论一听，真的很高深。

而一些研究所的专家，可能用过一些仪器（但是他们用得也不全），也做过一些解剖，但是，很少有企业用到那些仪器。

即使是一些有工作经验的专家出来传授失效分析知识，也不能免俗，总是以那些高深的分析和解剖为主要讲解内容。

（我不清楚他们是有所保留，还是觉得不讲高深一点镇不住人）在我看来，一味地强调高深的失效分析，不顾中国企业现状，就像没有教会人走路就先教人跑步一样。

中国电子行业现在的状况可以说是可靠性非常差。

即使一些大公司有可靠性相关部门，很多大公司对可靠性测试花了大投入，但是对失效分析不够重视，失效分析人员沦为修理人员。

而可靠性测试的理论基础也是基于发达国家的理论过来的，所以有时并不是那么符合我国，因为我国的技术水平以发达国家不在同一个层面，所以出的问题也不是同层面的问题。

中国人有个很大的缺点，就是喜欢形式主义，所以不管是大公司还是小公司，在失效分析和可靠性方面，空有形式，少有实质。

可靠性领域，有两个榜样。

美国和日本。

美国以严格全面的测试保证可靠性。

日本却是更重视失效分析。

当然，美国失效分析也是老大，但是日本相对来说更重视实用的失效分析（当然日本也重视可靠性实验）。

美国是技术巨无霸，可靠性测试方面日本也没办法达到那样的水平，所以日本实事求是地选择失效分析为重点，不断完善，从而使品质不断提升。

日本的电子产品曾经是劣质品的代名词，但是后来很多地方，特别是家电，赶上了甚至超越了美国。

防静电工作区技术要求GJB3007–97【提要】本标准规定了供操作静电放电敏感电子产品用的防静电工作区应具备的各项技术要求。

1 范围1．1主题内容本标准规定了供操作静电放电敏感电子产品用的防静电工作区应具备的各项技术要求。

1．2适用范围本标准适用于防静电工作区。

1．3应用指南由于电子产品的静电放电敏感度不同和防静电工作区具体用途以及结构形式的差异，本标准规定的内容和要求允许剪裁。

1．4分级按照防静电工作区内的指定空间所允许的对地静电电位值，将防静电工作区分为二级。

A级——允许的对地静电电位不超过±100V；B级——允许的对地静电电位不超过±1000V；2 引用文件GB438——1995 防静电鞋、导电鞋技术要求GB12014——89 防静电工作服GJB/Z 25——91 电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南GJB1649——93 电子产品防静电放电控制大纲SJ/T10694——1996 电子产品制造防静电系统测试方法3 定义3．1术语3．1．1防静电工作区 electrostatic discharge protected area配备各种防静电设备和器材、能限制静电电位、具有确定边界和专门标记的适于从事静电防护操作的场所。

3．1．2操作handling在静电放电敏感电子产品的制造、老化、筛选、检测、装联、包装、贮存、修理和失效分析等过程中，直接或间接地作用于产品的有效活动。

3．1．3 接地grounding电子连接到能供给或接受大量电荷的物体（如大地、舰船或运载工具外壳等）（见GJB1649第3.1.2条）。

3．1．4 硬接地hard ground直接与大地电极作导电性连接的一种接地方式。

3．1．5软接地soft ground通过一足以限制流过人体的电流达到安全值的电阻连接到大地电极的一种接地方式。

3．1．6大地电极earth electrode埋于地下与大地保持良好的电气连接的金属体或金属体组。

防静电措施失效应急预案一、前言在许多工作场所和生产环境中，防静电措施是至关重要的，以防止静电放电对敏感电子设备、易燃易爆物品等造成损害。

然而，万一防静电措施失效，可能会引发严重的事故和损失。

因此，制定一套完善的防静电措施失效应急预案是必不可少的。

二、适用范围本应急预案适用于_____（具体场所或单位名称）内，在防静电措施失效时可能导致的静电危害事件的应急处理。

三、应急组织机构及职责1、应急指挥小组组长：＿____成员：＿____职责：全面负责防静电措施失效事件的应急指挥工作，制定应急处置方案，协调各部门之间的工作，及时向上级汇报事件进展情况。

2、抢险救援组组长：＿____成员：＿____职责：负责现场的抢险救援工作，采取有效措施控制静电危害的扩大，对受影响的设备和区域进行紧急处理。

3、医疗救护组组长：＿____成员：＿____职责：负责对受伤人员进行紧急救治和转移，确保受伤人员得到及时有效的医疗救助。

4、后勤保障组组长：＿____成员：＿____职责：负责应急物资的采购、储备和调配，为应急处置工作提供物资保障和后勤支持。

5、通讯联络组组长：＿____成员：＿____职责：负责与内部各部门和外部相关单位的通讯联络，及时传递事件信息和应急指令。

四、预防措施1、定期对防静电设备和设施进行检查和维护，确保其正常运行。

2、对员工进行防静电知识培训，提高员工的防静电意识和操作技能。

3、严格控制工作环境的湿度和温度，保持在适宜的范围内。

4、加强对静电敏感物品的管理，采取有效的防护措施。

五、应急响应1、报告程序当发现防静电措施失效时，现场人员应立即向部门负责人报告。

部门负责人接到报告后，应迅速核实情况，并向应急指挥小组报告。

应急指挥小组根据事件的严重程度，决定是否向上级主管部门和相关政府部门报告。

2、响应级别一般静电危害事件（Ⅰ级）：静电放电导致个别设备故障或轻微损坏，但未造成人员伤亡和重大财产损失。

较大静电危害事件（Ⅱ级）：静电放电导致部分设备损坏，影响生产或工作的正常进行，有人员受伤但伤势较轻。