中心議題：

• 半導體器件的靜電破壞模式
• 除靜電措施與除靜電器應用
• 靜電的測量和管理

解決方案：

• 利用除靜電器除去靜電
• 使用導電墊子等來除去作業台的靜電

當今在電子產品設計與製造過程中,人(ren)們(men)很(hen)關(guan)心(xin)的(de)是(shi)如(ru)何(he)迸(beng)行(xing)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)保(bao)護(hu)。因(yin)為(wei)它(ta)是(shi)提(ti)高(gao)產(chan)品(pin)的(de)耐(nai)受(shou)性(xing)並(bing)關(guan)係(xi)影(ying)響(xiang)整(zheng)個(ge)電(dian)子(zi)工(gong)業(ye)長(chang)期(qi)發(fa)展(zhan)的(de)重(zhong)要(yao)問(wen)題(ti)，所(suo)以(yi)靜(jing)電(dian)破(po)壞(huai)與(yu)促(cu)使(shi)靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)(ESD)保護己顯得日益重要。這是因為隨著近來零件小型化和半導體高集成化趨勢,其靜電放電而引起的電路或器件的靜電破壞已成為一大隱患的技術問題。靜電破壞隱患問題是如何產生的呐？
　　
眾所周知，MOS結構的IC
、FET及高頻器件等產品對靜電非常敏感，容易受到靜電破壞。其MOS器件比雙極器件更易遭受到ESD破壞
，並且隨著製造工藝尺寸的每一次縮短而更加脆弱。由於隨著IC製造工藝從500nm左右演變到90nm和更小尺寸
，集成器件的擊穿電壓已大大降低。這與工作電壓的降低直接相關，在計算核心領域幅度最大，而且在I／O、存儲器、模擬電路也是如此。這個趨勢的一個受害者就是傳統的保護器件，它們的閾值電壓超過了當前器件的最高電壓應力極限。IC內部的傳導膜也會遭受ESD導致熔斷引發的故障，從而導致斷路。熔斷行為遵循門特征。內部峰值電流高達30A時，即使ESD的短暫閃擊也能毀壞鈦鎢或鎳鉻薄膜跡線。
　　
為此防範危險的最好保護方法首先應了解危險的性質
，以及它對係統的損害方式。通過靜電電位傳感器“EP傳感器”deceliangyushengchanxianchangyingcaiquzenyangdechujingdiancuoshilaishishidianzichanpindejingdianfangdianbaohu，zhejiushibenwenyantaodesiluyuzhongdian。shouxianduibandaotiqijiandejingdianpohuaimoshizuochanshu。

半導體器件的靜電破壞模式
　　
器件的靜電破壞模式大致分為以下3種：人體帶電模式(HBM)、機器模式(MM)
、器件帶電模式(CDM)。
　　
人體帶電模式(HBM)
，見圖1(a)。人(ren)體(ti)帶(dai)電(dian)模(mo)式(shi)為(wei)人(ren)體(ti)所(suo)帶(dai)的(de)電(dian)荷(he)接(jie)觸(chu)到(dao)器(qi)件(jian)端(duan)子(zi)時(shi)放(fang)電(dian)的(de)模(mo)式(shi)。其(qi)發(fa)生(sheng)原(yuan)因(yin)是(shi)因(yin)未(wei)穿(chuan)著(zhe)防(fang)靜(jing)電(dian)腕(wan)帶(dai)與(yu)導(dao)電(dian)鞋(xie)與(yu)直(zhi)接(jie)用(yong)手(shou)接(jie)觸(chu)端(duan)子(zi)等(deng)造(zao)成(cheng)。
　　
機器模式(MM)，見圖1(b)。機器模式(MM)為金屬裝置所帶的電荷接觸到器件端子時放電的模式。其發生原因是因設備或機器人的帶電、接地不充分與電絡鐵的電源泄漏等造成。
　　
器件帶電模式(CDM)，見圖1（c）。器件帶電模式為器件的導體部(芯片、電線、引線框等)帶靜電
、器件端子接觸到設備或工具夾具時放電的模式。其發生原因是因IC的自動裝配機的搬運部分發生摩擦帶電等造成。


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什麼是靜電與其相關技術
　　
物質因摩擦等原因而導致正負電荷失衡、電子極性偏向一方的現象稱為“帶電”。在幹燥的冬天
，用手接觸汽車車門時有時會聽到劈啪的聲響——這就是靜電（其動電是一般的電）。
　　
靜電是指物質中殘留的電。因衣服和座位摩擦而附帶接觸金屬部分後會放電，約3KV的高電壓。

1靜電產生的原因是什麼
　　
物質均由原子組成。原子由若幹帶負電的電子和帶正電的原子核(質子和不帶電的中子)zucheng。dianzihuanraoyuyuanzihezhouwei。zhexiedianzijiushijingdiandeyuanxing。zaitongchangzhuangtaixia，zhizidaidezhengdianhedianliangyudianzidaidefudianhedianliangxiangtong，suoyiyuanzizhengtishangchengdianzhongxing。zhongxingdeyuanzihuiyinmoca
、接觸或剝離等原因而導致電子發生移動——如果帶上多餘電子便會帶負電；反之。如果失去電子的話便會帶正電。
　　
帶電種類有以下幾種類型：
　　
⑴　接觸帶電.2個物體相互接鈾而帶電分為：摩擦帶電、剝離帶電

、滾動帶電、噴射帶電等4種。
　　
⑵　感應帶電.未發生接觸便帶電

，因帶有靜電的物體接近或離開其他物體而帶電。像這種沒有相互接觸卻帶上靜電的現象稱為“感應帶電”。例如，隻需將帶電物體靠近IC，便會發生帶電現象(靜電感應)。因靜電感應而導致發生故障的例子如圖2所示。即使工件沒有帶電，如果帶電物體接近導電體的話，導電體可能會因靜電感應而導致內部出現極化
，並產生放電現象。


　
⑶　chuchenshidejingdian。chuchendexianjingzhiyi，jishitongguochuifengjianglajichuizouhou，daidianzhuangtairenghuichixu。chuchendexianjingzhier，mouxiechujingdianfangfawufachedichuquxifudelaji。.對於帶靜電的產品

，可以用較強的離子風來同時進行除靜電和除塵。
　　
生產現場采取的除靜電措施與除靜電器應用

1除靜電措施
　　
⑴　靜電吸附灰塵的原理
　　
帶電物質相互接近後

，會受到庫侖力的作用。如同磁鐵的S極和N極一樣，同極性互相排斥

，不同極性互相吸引。由於該庫侖力的作用
，會出現產品吸附灰塵的現象。
　　
daidianliangyueda，juliyuejin
，xianghuzhijiandexiyinlijiuyueqiang。duiyugongjianweijueyuantishi

，youyugongjianbenshendaidianlianghenda
，yincihuixifudaidiandehuichen。lingwai，budaidiandehuichenyoushiyehuizaineibuchuxianjihua，yehuibeixifu。duiyugongjianweidaotishi
，yidanhuichendaidiandehua，bianhuiyinjingdianganyingerdaozhichuxianhuichenxifuxianxiang。jishizaijiedihouyebuhuifashenggaibian，yincixuyaochuquhuichendejingdian。
　　
⑵　生產現場采取的除靜電措施
　　
對於機械或人體等導電體而言，接地
、防靜電腕帶、導電鞋等非常有效。另外，可以使用導電墊子等來除去作業台的靜電；對於接地無效的絕緣體而言，可以使用防靜電噴劑、或通過濕度管理來防止帶靜電、或是利用離子來中和靜電。
　　
4.2利用除靜電器除去靜電
　　
“除靜電盒”是一種組合箱體。它裝有高頻AC方式除靜電器和空氣幕簾，可在保持作業現場潔淨的同時
，高效地實現除靜電
、除塵及集塵功能。
　　
如Creceed除靜電盒產品具有3種功能：除靜電

、除塵與集塵。其構成由小型噴嘴式高頻AC“除靜電器”與BOX及集塵機構組成，如圖3(a)所示。
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除靜電盒是一種新型“除靜電．除塵，集塵”箱，適用於除去液晶零件、shuzhichengxingpinyijidianzilingjiandengdejingdian，bingnengyufangyinfuzhehuicheneryinqiguzhang。xiaoxingxiangtibujinkeyijieshengzuoyekongjian
，tigaozuoyexiaolv，erqiehainengtigaochanpinpinzhiheshengchannengli。
　　
因高壓吹風而導致工件再次帶靜電或附著灰塵,可利用高頻AC除靜電器
，有效除去靜電，並能防止重新附著灰塵。由於采用了空氣幕簾

，吹風後的灰塵不會四處飛散。作業過程節省空間,設置麵積為A4&A3，適合用於單元生產。作業效率(時間)提高
，拆下側麵外罩後可在流水線上使用。
　　
除靜電器是一種通過向對象物吹送正電荷及負電荷的離子風來中和對象物帶電狀態的裝置
，如圖3（b）所示。



除靜電器有槍式產品、噴咀式產品與除靜電盒等。
　　
3除靜電器的方式
　　
⑴　除靜電器有軟X線式、電暈放電式、放射線式與紫外線式等4種。而電暈放電式又分DC方式與AC方式2種。而DC方式含有脈衝DC式
；AC方式又分為商用AC，高頻AC及脈衝AC等3種。下邊介紹電暈放電式和離子的產生。
　　
⑵　電暈放電是指：2個ge導dao體ti之zhi間jian產chan生sheng局ju部bu高gao電dian壓ya時shi，因yin空kong氣qi絕jue緣yuan遭zao到dao破po壞huai而er產chan生sheng的de伴ban有you藍lan紫zi色se輝hui光guang的de放fang電dian現xian象xiang。電dian暈yun放fang電dian式shi除chu靜jing電dian器qi會hui對dui放fang電dian針zhen施shi加jia高gao電dian壓ya
，從cong而er引yin起qi電dian暈yun放fang電dian。由you於yu電dian暈yun放fang電dian的de緣yuan故gu，放fang電dian針zhen附fu近jin的de空kong氣qi發fa生sheng電dian離li
，產chan生sheng帶dai電dian離li子zi。圖tu4(a)所示為向放電針施加帶正電的高電壓後產生正離子過程。圖4(b)所示為向放電針施加帶負電的高電壓後，產生負離子過程。


⑶　AC方式和DC方式的區別
　　
根據電壓施加方式的不同

，電暈放電式除靜電器可以分為“AC方式”和“DC方式”2大類。小金井的除靜電器采用了AC方式。其AC方式由1根放電針交互產生正離子和負離子。電離平衡良好，與DC方式相比，離子的產生量較少。而DC方式由正離子專用放電針和負離子專用放電針分別產生帶電離子的方式。近距離的電離平衡較差
，與AC方式相比
，離子的產生量較多。
　　
⑷小金井公司采用高頻方式利用軟管／管道運送離子成為可能的原因
　　
商用頻率的除靜電器產生帶電離子的頻率很低
，隻有50／60Hx，因此短時間內的電離平衡較差
，帶電離子會在軟管中消失

，所以無法利用軟管運送帶電離子，見圖5（a）。從圖中可知，因軟管內帶電離子相互吸引力較強，容易被中和,無法運送帶電離子。而小金井除靜電器的頻率高達68kHz
，因此電離平衡良好、且帶電離子在軟管中難以被中和，所以使原本難以實現的“利用軟管運送離子”成為可能，如圖5（b）所示。由圖可知,因軟管內帶電離子相互吸引力較弱，難以被中和,所以利用軟管運送離子”成為可能。
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新型靜電電位傳感器“EP傳感器”的測量與應用
　　
EP傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)適(shi)用(yong)於(yu)在(zai)線(xian)靜(jing)電(dian)監(jian)視(shi)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)。無(wu)需(xu)在(zai)靜(jing)電(dian)的(de)測(ce)量(liang)和(he)管(guan)理(li)方(fang)麵(mian)花(hua)費(fei)工(gong)時(shi)
，即(ji)可(ke)適(shi)時(shi)監(jian)視(shi)肉(rou)眼(yan)無(wu)法(fa)看(kan)見(jian)的(de)靜(jing)電(dian)。可(ke)通(tong)過(guo)適(shi)時(shi)監(jian)視(shi)來(lai)針(zhen)對(dui)那(na)些(xie)便(bian)攜(xie)式(shi)測(ce)量(liang)器(qi)具(ju)難(nan)以(yi)測(ce)量(liang)的(de)地(di)方(fang)進(jin)行(xing)靜(jing)電(dian)管(guan)理(li)。

靜電電位傳感器“EP傳感器”主(zhu)要(yao)利(li)用(yong)了(le)帶(dai)電(dian)物(wu)體(ti)和(he)檢(jian)測(ce)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)靜(jing)電(dian)感(gan)應(ying)現(xian)象(xiang)。帶(dai)電(dian)物(wu)體(ti)的(de)電(dian)場(chang)會(hui)致(zhi)使(shi)檢(jian)測(ce)電(dian)極(ji)表(biao)麵(mian)產(chan)生(sheng)感(gan)應(ying)電(dian)荷(he)。該(gai)感(gan)應(ying)電(dian)荷(he)會(hui)被(bei)換(huan)算(suan)成(cheng)帶(dai)電(dian)物(wu)體(ti)的(de)電(dian)位(wei)並(bing)顯(xian)示(shi)出(chu)來(lai)。其(qi)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)見(jian)圖(tu)6。電荷Q(感應電荷)與電壓V(帶電電壓)成比例。


　
實shi際ji上shang，在zai檢jian測ce電dian極ji的de前qian麵mian還hai內nei置zhi有you可ke高gao速su開kai閉bi的de音yin叉cha快kuai門men。可ke根gen據ju該gai音yin叉cha快kuai門men的de開kai閉bi量liang來lai獲huo得de與yu帶dai電dian量liang成cheng比bi例li的de交jiao流liu信xin號hao，然ran後hou利li用yong該gai信xin號hao測ce量liang帶dai電dian物wu體ti的de電dian位wei,EP傳感器用音叉快門方式迸行測量。

1靜電電位傳感器“EP傳感器”技術特征與應用
　　
EP傳感器是適用於在線靜電監視的傳感器,可實現便攜式測量器具無法實現的在線靜電測量和適時監視。采用一體式結構

，具備低成本化和節省總體空間的特點。值此以Creceed(克雷斯德)靜電電位傳感器“EP傳感器”為例說明其技術特征與應用。
　　
⑴　keshixianzaixianjingdianguanli。wuxuzaijingdiandeceliangheguanlifangmianhuafeigongshi，jikeshishijianshirouyanwufakanjiandejingdian。ketongguoshishijianshilaizhenduinaxiebianxieshiceliangqijunanyiceliangdedifangjinxingjingdianguanli。
　　
⑵　簡便功能。簡單設計，采用了一體式設計，EP傳感器具備判定輸出和異常輸出功能。此外，無需通過放大器等設備即可直接連接外部控製設備，因而可以節省總體空間。
　　
⑶　電壓數據具有“數字輸出”和”“模擬輸出”兩種。可以選擇與控製裝置之間的連接方式。可以用做麵向外部的判定輸出，或是利用電腦進行曆史記錄管理等。
　　
⑷　判定輸出功能。一旦超過設定電壓(臨界值)
，便會通過傳感器LED和電壓比較輸出(判定輸出)發出通知,如圖7(a)所示。
　　
⑸　具有3種動作模式。平均化數據輸出模式
、實測數據輸出模式
、電離平衡監視器模式。
　　①平均化數據輸出模式將測得的數據平均化之後向外部輸出。數據輸出周期可以選擇：100ms
、200ms、500ms
、1s。
　　②實測數據輸出模式.將測得的實測數據向外部輸出，數據輸出周期可以選擇：100ms、200ms

、500ms、1s。
　　③電離平衡監視器模式.測量除靜電器的電離平衡。
　　
⑹　具備校零開關功能。利用校零開關功能，可以將當前的測量值調整為0V。
　　
⑺　EP傳感器的設定方式可以選擇“EP監視器”和“電腦軟件”2種。EP傳感器的設定可通過EP監視器或電腦軟件來進行,設定通過S232C進行,見圖7(b)所示。

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⑻具備電離平衡測量功能,可(ke)以(yi)確(que)認(ren)除(chu)靜(jing)電(dian)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)。通(tong)過(guo)安(an)裝(zhuang)監(jian)視(shi)器(qi)麵(mian)板(ban)可(ke)以(yi)簡(jian)便(bian)地(di)查(zha)看(kan)簡(jian)易(yi)電(dian)離(li)平(ping)衡(heng)。關(guan)於(yu)除(chu)靜(jing)電(dian)器(qi)與(yu)監(jian)視(shi)器(qi)安(an)裝(zhuang)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)，可(ke)參(can)照(zhao)各(ge)除(chu)靜(jing)電(dian)器(qi)廠(chang)商(shang)的(de)建(jian)議(yi)設(she)置(zhi)最(zui)小(xiao)距(ju)離(li)。

2EP傳感器技術指標與輸出
　　
技術指標(以小金井公司產的DTY-EPS型為例)如下：電源電壓為DC24V±10％；電源電流50mA以下；測量範圍為5mm—50mm；精度為±5％rdg±2dig；判定輸出的方式為NPN晶體管集電極開路,施加電壓30VDC以下,其SINK電流為20mA以下；傳感器異常輸出的方式為NPN晶體管集電極開路
，施加電壓30VDC以下,其SINK電流為20mA以下；模擬輸出其輸出電壓為1V—5V,而零點為3V；通信I／F符合RS232C
；采樣周期約10ms


；數據輸出周期為100ms，200ms，500ms，1s
；輸入輸出響應時間(平均化數據輸出模式時)為最大數據輸出周期的2倍；溫度特性為—O.5％FS／℃；運行溫度範圍為O—40℃；電纜線長度為3m；外殼材質為導電性ABS樹脂；外形尺寸為61.2(W)mmx34.2(H)mm~15.0(D)mm。

3EP傳感器應用
　　
使用實例：矽晶片等的電位測量,可通過支持軟件來進行設定、顯示和管理
；除去包裝用薄膜等的電位測量
；樹脂容器
、零件等的電位測量;測量除靜電前和除靜電後的電位與安裝監視器安裝板來測量除靜電器的電離平衡及玻璃電路板等的電位測量。

4EP傳感器連接實例
　　
EP監視器連接(通過電腦來進行設定時)如圖8所示。


從圖8可知
，通過電腦進行設定的EP監視器連接是由外部控製裝置與電腦及其組件構成。而組件必需是EP傳感器1台(如DTY-EPS型)與EP監視器1台(如DTY-EPU)及電源SW•通信電纜線.及EP傳感器用通信電纜線。

除了以上所述利用電子產品的靜電放電保護來保護係統以外
，還有防止高壓靜態輸入技術與芯片AAT4684的應用，詳見附錄。
　　
附錄
　　
用AAT4684—3x2.75mml包裝提供高達28V的過電壓保護。其特征為：最高+28V的過電壓保護；固定或可調節的過電壓保護閾值；3V欠壓鎖定閾值，即快速過電壓保護響應,過電壓瞬變值1μs(最大)；低靜態電流,即常用-30μA與關機(禁用)時電流最大為1μA
；常用100mΩ(最大為130mΩ)RDS(ON)
，電壓為4.5V；最大連續電流為1.8A;TSOPJW—12封裝。


AAT4684指標：Vin為0.3V～28V,RDS(ON)為100mΩ，IQ為30μA，TRESPOV為1μs。
該(gai)芯(xin)片(pian)優(you)點(dian)為(wei)高(gao)壓(ya)保(bao)護(hu)，靈(ling)活(huo)的(de)過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)閾(yu)值(zhi)設(she)置(zhi)，阻(zu)止(zhi)非(fei)有(you)用(yong)輸(shu)入(ru)源(yuan)
，快(kuai)捷(jie)且(qie)安(an)全(quan)的(de)過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)，延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)，低(di)壓(ya)差(cha)，廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)的(de)高(gao)連(lian)續(xu)電(dian)流(liu)與(yu)小(xiao)型(xing)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。