靜電對家電制造的影響以及設計預防

摘要：主要介紹靜電的產生，對家電制造的影響以及如何設計預防。

關鍵詞：靜電；危害；設計預防

引言

人們對靜電現象并不陌生，當你看電視接觸屏幕時會有電擊麻木的感覺：當你脫下化纖毛衣時，可以聽到“劈啪”的放電聲，在黑暗中甚至會看見火花：你在日常生活中所感覺到、聽到甚至看到的其實就是靜電在放電，大自然中的雷電實質也是一種強大的靜電放電現象。

現在，靜電已成了人們的親密“伴侶”，對這種放電現象已經習慣，盡管它有時給人們帶來不適，但這一切對人體來說并沒有產生什么直接的危害。但對于電子設備而言卻不同了，半導體器件的高密度、高增益對靜電放電越來越敏感，MOs電路的擊穿僅為100v，而新的器件僅為30v左右。靜電放電(EsD)的危害性及靜電防護的重要性，在現代電子制造業，越來越被人們所重視。事實上，EsD有關的損害繼續給世界的電子制造工業帶來每年數十億美元的代價。

靜電產生的原因

靜電

我們知道，物質都是由分子組成，分子是由原子組成，原子中有帶負電的電子和帶正電的質子組成。在正常狀況下，一個原子的質子數與電子數量相同，正負平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞于原子核周圍，一經外力即脫離軌道，離開原來的原子而進入其他的原子，使原子因缺少電子數而帶有正電現象，另外的原子因增加電子數而呈帶負電現象。這種物體表面所帶過剩或不足的相對靜止不動電荷，稱之為靜電。引起靜電的方式通常有固體起電、感應起電、摩擦起電、人體帶電等等。

人體帶電主要有三種形式。一是接觸分離帶電，即人在活動中衣服之間，與外界物質之間的摩擦，鞋與地面接觸分離。二是感應帶電：三是吸附帶電，當人體在具有帶電微粒空間活動時，由于帶電微粒被人體所吸附，使人體帶電。某些外界因素對靜電產生的影響非常大，最主要的要數人體和濕度了。

·人為因素

由于人在不停地運動，人的身體很容易帶上靜電荷：人的皮膚、頭發和身體這樣的絕緣材料會儲存相當大數量的靜電荷；由于人在操作，會將人體的靜電傳輸(發射)電荷到元器件或設備上。

·低濕度(空氣干燥)

濕度對靜電的積累和消散的影響很大，濕度較低時，靜電電位高；濕度較高時，靜電電位低。這主要因為濕度較高時，絕緣材料表面吸附了水分子(有時還有導電雜質)而降低了絕緣，便于靜電泄漏。不同物質受濕度影響不同，吸濕性大的，容易被水份潤濕，受濕度影響較大；吸濕性小，受濕度影響也小。如玻璃表面，易被水潤濕，而石蠟、聚四氟乙烯等不易被水潤濕的物質，受濕度的影響較小。

·所接觸的材料類型

不同的材料產生靜電的大小不一樣，特別是合成材料、普通塑料和絕緣體更容易產生或存儲靜電。

靜電放電(ESD)

所謂靜電放電，指具有不同靜電電位的物體，由于直接接觸或靜電感應引起物體間的靜電電荷轉移。這是在靜電場的能量達到一定程度后，擊穿其間介質而進行放電的現象。

靜電在電子工業中的危害

靜電的危害

靜電放電對人體的影響似乎并不明顯，但在電子元件的生產過程中，或在電子產品的安裝、調試及檢驗過程中，如不消除靜電，將會影響生產或降低產品質量。尤其是半導體器件和微電路生產行業，由于靜電放電更會引起器件失效。

隨著科學技術的飛速發展，電子、郵電通訊、航天航空等高新產業的迅速崛起，尤其需求電子儀器儀表和設備等電子產品日趨小型化，多功能及智能化。高密度集成電路(如Mcu)已成為電子工業對上述要求中不可缺少的器件。這種器件具有線間距短、線細、集成度高、運算速度快、低功率、低耐壓和輸入阻抗高的特點，因而導致這類器件對靜電越來越敏感。靜電放電(ESD)的能量，對傳統的電子元件的影響甚微，人們不易覺察，但是這些高密度集成電路元件中，不論是Mos器件，還是雙極型器件都可能因靜電屯場和靜電放電電流引起失效，或者造成難以被人們發現的“軟擊穿”現象，給整機留下潛在的隱患，直接影響著電子產品的質量、壽命、可靠性和經濟性。

靜電放電引起的元器件擊穿損害是電子工業最普遍、最嚴重的靜電危害，它分即時失效和延時失效。

即時失效是一次性造成元器件介質擊穿、燒毀或永久性失效。延時失效是造成器件的性能劣化或參數指標下降，也就是說即使產品已經通過了所有的檢驗和測試，仍然有可能在送到客戶手中后失效。

下面是引起失效的幾種情況：

·對PN結造成軟擊穿，產品可靠性下降；

·芯片內單晶硅金屬鍍模擊穿，產品廢品率上升；

·芯片內引線擊穿使產品廢品率上升。

電子元件與ESD電壓損害的關系

不同的器件對靜電放電(ESD)敏感程度不同。這種差別是由于器件的設計和摻入器件內的雜質成分不同而造成的。常見的元件與ESD電壓損害關系見表1。

從表1可以看出，VMOS器件是對靜電較敏感的器件之一，通常將這類器件稱為靜電敏感元件(sSD)。將30V稱為靜電安全電壓。

人是電子產品生產工作中的主體。由于人體的不停運動，加上人與地板、衣服等其他物體之間的摩擦、接觸與分離，是主要的靜電源，人體因各種活動而產生的靜電電壓約0.5～2kV，在濕度較低的環境中，其靜電電壓會增加10多倍。

靜電對家電制造的影響以及設計預防

可以說靜電是無處不在，這樣就對家電制造提出了較高要求。

機器產生的靜電，我們可以通過讓機器接地，這樣可以有效解決機器產生的靜電對制造中家電的損壞。

對于人為產生的靜電，可以查找到其產生的源頭，從而從源頭上解決。我們的思路很簡單，就是給源頭靜電提供一個泄放通道，讓其能夠在到達敏感元件前將靜電消耗掉。通過分析以及實際生產經驗總結，最容易受到靜電損傷的是MCU，而且危害也最大，一旦損壞，則整個家電都失去功效。所以我們一般會針對Mcu采取以下一些簡單方法來解決靜電。

RC電路或者單電阻、單電容電路

我們知道，電阻是耗能元件，那么在靜電的通路上放置一個合適大小的電阻將是一個理想的選擇，而且成本也不高。

該電路(圖1)的設計思路就是將抗靜電能力強的元器件放置在靜電高的地方，將抗靜電能力弱的元器件遠離靜電源，MCu放置在靜電敏感器件端。

單二極管電路

對于部分電路，在通路上增加電阻可能會影響其固有功能的，可以采用對電源上拉或者下拉一個二極管(圖2)。我們知道，靜電是非常快速的，所以要求這個二極管反應速度也要快，否則，起不到泄放靜電的作用。我們通常使用性價比比較高的IN4148(當然采用TVS管效果會更好，不過成本需要高一些)。

RCD電路

對于靜電較大，或者希望達到更高的抗靜電能力的，可以采用RCD(電阻、電容、二極管組合)電路(圖3)，但該電路成本比上面兩種要高。

除了在電路上采取一些措施外，我們還可以在設計PCB板時，在PCB板上采取些措施：

·地線采用單點共地的方式；

·如果可能，盡量每一個信號線附近都有地線，這樣方便通過寄生電容來釋放靜電；

·靜電一般都是尖端放電，所以可以在電路中故意設置一個銳角走線，然后在此銳角處設計靜電防護；其它走線盡量寬而短；

·在線路上有意的預留一些安裝電阻、電容位置，在生產中無法消除靜電時，增加電阻、電容等消除靜電。

結語

靜電是無處不在的，其時時刻刻都影響著我們的生活，包括我們的身體、產品；只有我們充分認識了靜電，才能避免其造成的影響，甚至可以利用其為我們服務。