静电放电对元器件的损伤及其控制要求

1  概述

1.1 元器件使用问题严重

电子元器件的可靠性不仅取决于元器件本身固有的可靠性外，还取决于用户选择的工作条件、安装条件、环境条件及其它使用和贮存条件。

使用不当是造成失效的重要原因之一。据统计，在半导体器件的全部失效事件中，大约有一半（国内有些情况下可达2/3）以上失效是由于使用不当造成的。其中包括：静电放电损伤，电浪涌损伤、噪声损伤、焊接损伤（含浸鍚），以及存贮、运输、测试、试验等损伤和应用不合理等。

1.2  元器件静电放电失效突出

半导体器件在使用过程中最常见的失效模式之一，就是静电放电和电浪涌引起对器件造成的损伤。其破坏性是严重的，已成了影响元器件可靠性最大的隐患，因而其实际的防治最重要，但又非常容易疏忽而不被认识和重视。

电子行业如微电子、光电子的制造和使用厂商因为静电造成的损失和危害是相当严重的。据美国1988年的报道，它们的电子行业中，由于ESD的影响，每年的损失达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损失也至少有几千万。如美国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，从中可以看到由EOS/ESD引起的失效占总数的47%；美国半导体可靠性新闻对1993年从制造商、测试方和使用现场得到的3400例失效案例进行的统计，从中可以看到,EOS/ESD造成的失效也达到20%。    

1.3  元器件静电放电失效模式

电子元器件由静电放电引发的失效可分为突发性失效和潜在性失效两种模式。

突发性失效：是指元器件受到静电放电损伤后，突然完全丧失其规定的功能，主要表现为开路、短路或参数严重漂移。

潜在性失效：是指静电放电能量较低，仅在元器件内部造成轻微损伤，放电后器件电参数仍然合格或略有变化，但器件的抗过电应力能力已经明显削弱，或者使用寿命已明显缩短，再受到工作应力或经过一段时间工作后将进一步退化，直至造成彻底失效。          
    在使用环境中出现的静电放电失效大多数为潜在失效。据统计，在由静电放电造成的使用失效中，潜在性失效约占90％，而突发性失效仅占10％。而且，潜在性失效比突发性失效具有更大的危险性，这一方面是因为潜在失效难以检测、而器件在制造和装配过程中受到的潜在静电损伤会影响它装入整机后的使用寿命；另一方面，静电损伤具有积累性，即使一次静电放电未能使器件失效，多次静电损伤累积起来最终必然使之完全失效。          
1.4  国内外企业的状况    

国际上在1979年成立了EOS/ESD研究协会，主要研究电子行业的EOS和ESD问题，寻求解决方法。美J标883E“微电路试验方法”中关于ESD等级评价的标准已先后7次修订，现在已是3015.7版，而且很多标准明确规定JY微电路必须达到2kV的ESD等级。美国多数主要的电子制造商早在八十年代初已经建立了他们的ESD组织机构，专门负责ESD方面的工作，主要有防静电设计、静电检测、静电防护以及管理、培训等。

与国际上发达国家相比，我国在这方面的工作起步要晚很多，差距也较大。直到最近几年才真正重视和发展起来。

在J品方面，如修改版的国J标GJB548A-96和GJB128A－97 分别增加了对微电路和分立器件的静电放电敏感度分类要求；并要求贯彻国标的产品必须给出ESDS的值；我院还没有此检测手段，一些单位对相关人员（采购、验收、保管、电装、调试、试验和使用人员）未实施全员培训、考核和持证上岗，无证不得上岗的强有力的措施。    

在民品方面，合资和独资企业的状况较好，起步较早，大多参照国外企业的做法，在抗ESD设计和静电防护方面都达到了较高的水平；而其它民品企业也已经意识到静电问题重要性，并在产品的抗静电设计和生产线的静电防护方面投入人员和资金，取得了很好的效果。

虽然国内企业正在逐步改进，但仍然存在不小的差距。举例来说，如J品CMOS电路还未提出2kV的要求；有些生产线豪华装修，但无防静电措施或有措施未分发挥作用；从业人员缺乏关于相关业务知识，或执行不严，使静电放电元器件的静电失效或放电失效(含：电浪涌)事件接连不断的发生，令人痛心！

1.5  静电防护的根本目的

静电防护的根本目的是在电子元器件、组件、设备的制造和使用过程中，通过各种防护手段，防止因静电的力学和放电效应而产生或可能产生的危害，或将这些危害限制在最小程度，以确保元器件、组件和设备的设计性能及使用性能不致因静电作用受到损害。

2  静电放电产生机理    

2.1  静电产生

所谓静电，即物体存在过剩电子或因电子不足而失去电荷，物质存在过剩电子时带负电，电子不足时带正电。通常物质的电性质有容易获得电子的或容易放出电子的。因此某两种物质进行摩擦、或分离、或接触，就使一种物质获得电子，另一物质失去电子。而且当带电物体接近导电性物体就因静电感应而部分显出电荷。因而，物体的相对运动或分离，或者液体、蒸汽、气体的流动而产生静电放电。静电是同性束缚电荷的积累，两种物质互相摩擦是产生静电的主要方式。

静电的特征是高电位及小电量。物体带电的电荷量，依赖于物体性质，环境条件（温度和湿度），摩擦条件等。一般说化纤、塑料带电量大（易带电）。并且因为带电电荷带于物体表面，物体表面传导率对电荷移动有很大影响，表面传导率高的电荷扩散就快。典型静电电压见表1，典型主要电荷来源见表2。

在静电作用下易引起电气或电子元器件的损伤，称之为静电损伤。现已确定，对一般由生产、测试、工作和维护人员产生的静电压电平敏感的各种电子元器件包括微电子和半导体器件、薄膜电阻器、芯片、混合电路和压电晶体等。不同器件的ESD敏感度（ESDS）见表3，ESDS元器件的分类见表4。    

2.2  电浪涌（放电）的产生

电浪涌即放电或称电瞬变是一种随机的短时间的电压或电流冲击。电浪涌虽然平均功率很小，但瞬时功率却非常大，因此对半导体器的破坏性很大，轻则引起逻辑电路出现错误或引起PN结内部的损伤，重则使PN结严重损坏，甚至铝金属也烧熔飞溅。它是在测试、试验（含调试）、筛选老炼、焊接和使用过程中常出现的问题。

3  静电放电的控制

3.1  静电放电必须引起重视

由于我们对静电放电损伤的知识缺乏，在元器件采购后的测试、筛选、保管、领料、发放、装配、调试、维修等工作环境条件下，没有防静电损伤和防电浪涌的有效措施，使对静电敏感元器件受到不必要的损伤。由于一些损伤是带累积性的，很难用测试的方法鉴别，而是在使用中逐步失效而暴露出来，给J品整机的可靠性带来不可靠的因素。国外有报导，受电损伤的元器件（特别是器件），可长达半年或一年以后才逐步失效。我院在有关元器件失效分析实例中，已多次批次性明显的反映了静电损伤和电浪涌损伤的事故。静电损伤和电浪涌损伤对我产品可靠性的危害不可低估，对高可靠、长寿命的导弹、运载、卫星、飞船更是关天攸命。    

纵观产品科研生产现状，其高可靠装联生产线正在采取防静电放电措施，但在一般普通的电装生产车间需要进一步完善防静电放电措施，在电子元器件入厂（所）检验、筛选试验、库房保管、发料领用、传递等过程还存在薄弱环节。由于ESD的防护工作是一个串连型的系统工程，如某一个工作环节失控，就意味着静电敏感元器件就会损伤，产生不可靠因素。为了确保产品质量的可靠性，必须切实开展静电放电的预防工作，包括对相关人员的培训。

3.2  开展静电放电知识的教育

3.2.1  对有关人员进行ESD知识的培训

开展对物资采购、库房保管人员、车间领料、装调人员，质量检验和控制人员和设计、工艺等其它一块有关的工作人员进行ESD知识的演讲培训教育。相关参数内容有：

GJB1649-93 电子产品防静电放电控制大纲

GJB3007-97 防静电工作区技术要求

GJB3007-200 防静电工作区技术要求

GJB Z86-97 防静电包装手册    

QJ1693-97 电子元器件防静电要求

QJ1875A-98 静电测试方法

QJ1950-90 防静电操作系统技术要求

QJ2177-91 防静电安全工作台技术要求

QJ 2711-95 静电放电敏感器件安装工艺技术要求

QJ2245-92 电子仪器和设备防静电要求

GB T17626.2-98 电磁兼容  试验和测试技术  静电放电抗扰度试验

SJT10694-2006 电子产品制造与应用系统防静电检测通用规范

SJT31469-2002 防静电地面施工及验收规范

SJ T10533-94 电子设备制造防静电技术要求

SJ T10694-96 电子产品制造防静电系统测试方法

SJ T10796-2001 防静电活动地板通用规范

SJ T10630-95 电子元器件制造防静电技术要求

DGJ08-83-2000 防静电工程技术规程

美国J用标准：DOD-STD-1686《防止电气和电子元器件、组件和设备（电引爆器件除外）损伤的静电放电控制程序》；

美国J用标准：DOD-HDBK-263《保护电气和电子元器件、组件和设备（不包括电引爆器件）的静电放电控制手册》等等。    

3.2.2  持证上岗

经培训合格的人员发给ESD培训合格证。不合格者不得上岗操作和检验。（此要求，在美J有装备生产中早已严格实施，而我们还沒有按此管理。）

3.3  ESD控制环节

对入厂（所）检验、筛选挑配试验、失效分析、库房保管、领料发放、运输传递、装调、使用等场地环节，应及时采取有效的防静电工艺技术措施。如增添ESD防护材料和工具（例：①防护操作人员的衣着、②导电手（脚）环、③短路棒、④短路插头、⑤静电防护工作台、⑥导电椅罩、⑦导电（拖）鞋、⑧静电防护袋、⑨导电海棉、⑩防静电放电的地垫（板）、⑩防静电放电的桌（垫）等等）。

工艺技术主管部门均应责无旁贷的管起来，质量保证部的人员也应主动提出、严格监控和贯彻执行。

3.4  组织落实

我们在防静电放电和电浪涌损伤方面存在的一系列问题是严重的，由于我们的防静电工作未做好，等同于在型号科研生产的同时埋下定时炸弹，静电放电和电浪涌损伤，曾影响了产品的顺利进展，也危及了产品的可靠性。我们急切在防静电放电方面尽快有一个突破性的改变，我们在经验与教训上化的学费已相当沉重，应该及时将这些“收获”化在组织ESD培训和预防保护措施上，这是一项切不可缓的工作，否则采购再可靠性的ESD敏感元器件，均有可能变成不可靠的元器件。做好此工作需要抓下列事：    

3.4.1  领导重视是关键

只有领导的重视和关心，把ESD防护工作列入解决的议事日程，问题才能有解决的基础，经费才会逐步得到落实。

3.4.2  措施的实施

职能部门对相关的ESD防护区、场所和设置的改造添置的全面归划，以及措施的实施。

3.4.3  监控检查

由于ESD的产生原因涉及面广，它与相关的场地设置、仪表设备、用电器具（如：电烙铁）、交流电源插座中相线与另线的错位及另线与地线的电位差、测试试验方法、人员操作是否按规范，以及相关的工艺技术规程、管理是否合理等因素有着密切的关系。因此，必须落实专业人员对已落实的ESD防护措施执行情况作定期检查、监督和测试，且记录在案，做到发现问题及时解决。    

ESD控制大纲验证时间计划进度表和要求的测量项目見下表1。          
   

3.4.4  落实和制订控制程序

在现代化J用电子设备科研生产中，特别是H天型产品研制生产过程，应根据型号产品的不同特点和要求，针对性的制订静电放电和电浪涌控制的各项要求。

4  电子元器件防静电放电技术要求

4.1  对电子元器件静电保护的基本要求

4.1.1  防止静电产生。    

4.1.2  在可能产生静电的地方，阻止静电积累，迅速可靠而又有控制地排除已存在的电荷。

4.1.3  防止由于同带电的人或带电的物体接触而引起直接放电。

4.1.4  绝缘体上静电采用中和法：如利用静电消除器，使产生的负离子和静电的电子发生静电中和。

4.1.5  为了使静电放电操作人员安全，整个防护系统的漏泄电流不允许超过5mA。为此静电防护操作系统电阻下限为106W（1MW），上限为1000MW（1000MW=1GW）。

4.2  对操作人员的一般要求

4.2.1  操作ESD敏感元器件（带“△”表志）的人员应是受过ESD防护知识培训和能力考核的合格者。

4.2.2  在检验试验等操作规程中，应按照静电放电敏感控制要求识别静电敏感元器件，要求在静电保护包装外面操作ESD敏感元器件时，只能在ESD保护区域内，而且只能由经过训练的人员进行。

4.2.3  操作人员应该避免在静电放电敏感元器件附近做产生静电的身体活动。如穿脱工作服等。

4.2.4  清洁手指，应使浸沾有酒精或加水的洗净剂棉花球来清洁，不允许使用橡皮、化学纤维等易产生静电放电的材料来清洁。    

4.2.5  操作人员应穿静电放电保护衣服。这种衣服应该定期用静电计监测。为防止衣服直接接触静电放电元器件，防止腕带从衣服上放电，除长袖衫应该卷起外，还应用静电放电保护手套套住。长手套绑扎在裸露腕上，并向上伸展到肘部。

静电放电工作服、手套和手指套，应用棉织品，含有1%金属纤维等保护材料制作。不允许使用普通塑料、橡胶或化学纤维等易产生静电的材料制作。

4.2.6  在不能使用人体接地扣带的地方，维护静电放电设备的人员，在静电放电敏感元器件从其保护包装移出之前，应该把自己接地。

4.2.7  应该用合适的试验设备（例如兆欧表）定期地检查皮肤接触点和接线之间的人体接地扣带、静电安全工作台表面、导电地板垫和其它与地连线的电阻和连续性，以保证符合接地电阻率的要求。防静电腕带必须与人体相接，二者之间的接触电阻值为100KW~1MW。

4.2.8  在每次使用前必须测量人体与腕带之间的接触电阻，应避免腕带与人体接触出现过松或过紧的现象。    

4.3  对测试仪表设备的一般要求

4.3.1  用于静电放电保护面积内的试验设备和工具，应该正确地接地，手握工具的把手不应该包含绝缘材料，若用绝缘把手的工具，应该用局部抗静电剂处理。

4.3.2  保证用于静电放电保护面积内的全部容器、工具、试验设备和夹具在使用之前和在使用期间，或是直接接地，或是通过与接地表面接触接地。电试验设备应该经过接地插头接地，不应通过静电放电接地工作场所的导电表面来接地。在静电放电敏感元器件装配期间使用仪器（如放在小车上）应采取软接地措施。

4.3.3  当在二氧化碳或氮气致冷的试验箱内试验静电放电敏感元器件时，试验箱应该配备接地栏板和架子，架子上放置被试元器件，架子要接地，以耗散由气体流动产生的静电荷。当温箱或静电放电敏感元器件具有绝缘表面时，则需要用静电消除器。

4.3.4  对测试仪表（如记录仪、示波器、脉冲发生器、直流稳压电源）的端子及外壳要充分管理，不要有交流电的漏电。

4.3.5  选择和使用（连接）仪器要特别注意从测量仪器来的浪涌电压，必要时在测量仪器中接入箝位电路等对策。要检查测量仪表的测量端与机壳之间是否存在大电容，要避免电容的充放电产生高压浪涌电压。    

4.4  对专用地线（电子地）的一般要求

凡是使用静电放电敏感元器件的单位必须埋设专用地线。

4.4.1  对专用地线的技术要求

a. 接地电阻应小于1W；

b. 专用地线不准与三相电中的零线连接。三相电中的零线，实际并不处于零电位，当三相电用电不平衡时，零线是带电的；

c. 专用地线不准与避雷地线相接；

d. 专用地线不准与自来水管相接；

e. 专用地线不准与暧气管道相接；

f. 专用地线应明线走线（不埋在墙里或管道里）便于检查。

4.4.2  对一般防静电安全的接地线要求

a. 接地电线电缆应该是中间无接头，且具有足够的机械强度；

b. 多台防静电安全工作台的接地线不得串接；

c. 对载流接地线，应使用同轴电缆来接地和屏蔽。

4.4.3  对专用地线的检查

a. 对专用地线必须定期检查，确保专用地线的安全可靠性。

b. 实验室以外的专用地线每年检查一次，并记录结果。用“接地电阻测试仪”测量专用地线的接地电阻，    

c. 实验室以内的专用地线每季检查一次，并记录结果。用万用表或毫欧表检查专用地线连接处的接触电阻。

d. 在通电前应首先检查所使用的仪器、设备（包括各种电源、示波器、信号源等）的地线与专用地线接触是否良好，电烙铁头与专用地线接触是否良好，接触电阻应小于1W，通过检查满足要求后，才能通电工作。

4.5  使用（操作）的一般要求

4.5.1  为在打开包装材料之前使包装容器先放电，当需把静电放电敏感元器件从包装容器中取出时，必须把包装的静电放电敏感元器件放置在静电安全工作台上，并在上面操作。

4.5.2  手指或金属摄取工具只有在接地之后，才可以用其将静电放电敏感元器件从保护包装内移出，然后放置在静电安全工作台表面上。防静电安全工作台组成示意图见附5。

4.5.3  必须用正确的方法拿取静电放电敏感元器件，如用姆指及食指拿集成电路的管壳两端，手不能触及外引线。最好有专用的组件插拔器插拔集成电路。

4.5.4  不允许使静电敏感元器件在任何非静电保护表面滑动。    

4.5.5  静电放电敏感元器件（特别MDS器件）被插入或拔出时，或是接触不好时，不要对设备或组件通电。

4.5.6  静电放电敏感元器件从一处转移到另一处之前，所用的运输工具、支承器或容器，在电气方面接在一起。

4.5.7  不要用万用表探测静电放电敏感元器件的引线或接线端子。在非用不可时（应获准批准，且确保不会产生电损伤的情况下），在探测静电放电敏感元器件之前，应该把表棒先接触硬接地线，万用表应选特定的型号，其电阻档量程要选用低压小电流的量程（如：1KW档）。

4.5.8  当使用测试用的接头，或把某一零件端子插入印制板组装件内或组件的电插座内而影响静电放电敏感元器件时，应该使用分路棒、线夹或无腐蚀的导电泡沫或保护罩之类的分流器，以保护静电放电敏感元器件不受摩擦生电（直接放电、静电场及由高压静电放电和火花放电），产生电磁脉冲的损害。当把零件引线插入印制板组装接线孔或连接零件引线时，应该把分路棒、线夹或导电泡沫插放在印制板组装件或较高的组件电平上的接线端子上。为了防止静电场和由静电放电高压火花放电产生的电磁脉冲，尤其在静电放电保护面积外面运输时，应该使用导电的外包皮。    

4.5.9  使用过程中存放的静电放电敏感元器件，应存放在防静电专用盒或侧带盖的金属盒（注：必须及时加盖）内。最可靠的放置办法是存放在原包装盒、导轨容器中。

4.6  单纯对静电放电敏感器件（ESDS）的推荐处理方法

4.6.1  装运过程要求所有器件须装入包装盒，在包装盒上要清楚注明是ESDS器件，或加贴ESDS器件的专用标志。

4.6.2  在使用前，器件不要从包装盒内取出。

4.6.3  入厂（所）检查和电气测试，必须用专用设备进行。

4.6.4  严格按照这类器件制造厂商的建议和注意事项行事。

4.6.5  向有关人员说明静电现象和静电是如何损伤或损坏这类器件的。

4.6.6  尽量不用绝缘塑料作运输包装。

4.6.7  假使不可避免要用绝缘塑料作包装，那么要在包装盒的内壁贴上一层导电箔，如铝箔等。

4.6.8  在验收到装调使用等各阶段，尽量减少接触这类器件的人数。

4.6.9  拿这类器件时，应戴棉手套（不能戴尼龙手套或橡皮手套）。

4.6.10  只要可能的话，要仍然采用制造厂商提供短路机械装置或有效的静电防护装置。    

4.6.11  不要将器件堆迭在一起，器件互相间不要接触。

4.6.12  要将器件从包装容器中取出，应把它们用普通铝箔包起来。

4.6.13  在包装箱和运输箱上加标签（仅适用于ESDS器件）。

4.6.14  在必须用手动这类器件时，只能接触管壳，而避免接触引出脚。

4.7  对静电放电敏感器件电性能测试的推荐要求

4.7.1  基本条件

a. 电性能测试必须在防静电工作台上进行（见附录A）；

b. 每次测试，操作人员应受过防静电放电培训合格者；

c. 测试所有的仪表设备必须良好接地，每次测试经检查合格之后才能通电测试，且保证电源不出现电压瞬变过程。

4.7.2  测试条件

a. 元器件极性或引脚编号排列应正确识别；

b. 严格按技术条件规范施加测试条件；

c. 元器件引脚不错接，电压不加反。

4.7.3  测试微波等二极管时，应特别坚持下列注意事项    

a. 操作者以及摄子或其它拾取工具必须与试验或测台接地。这是为了防止静电荷的积累。如果这一静电荷通过二极管，则能引起二极管的损坏；

b. 所有测试夹具，其两端应该配置有一具短路棒（片），在被测二极管插入后再去除这个短路棒；

在测量泄漏的时候，短路跨接线是不实用的，这时可以使用一个串联电阻，阻值为10KW的串联电阻应该紧接于测试端。这是为了防止测试夹具、引线和试验设备的寄生电容所积累的静电荷通过二极管进行放电。另外减少这个电容也是有利的。

c. 由测试设备产生的寄生脉冲和开关时的接点擅动以及导线上的感应电压等等都必须加以消除；

d. 当二极管从一个操作者传递到另一个操作者的过程中，接受二极管的操作者应该紧握由传递二极管的操作者握住的器件接头。如果握住相对的接头，就可能使存在于二个操作者之间的静电流过二极管。

4.7.4  测试微波三极管和结型MOS场效应晶体管的注意事项

a. 用全恒流检测时：

·  微波三极管BVcev、BVceo和BVcbo参数施加的测试电压，不能超过额定规范值。    

·  MOSFET和VMOSFET等功率器件测试时，引脚连接和测试条件应符合产品技术条件，且引脚连接应接触可靠。

b. 用图示仪检测时：

·  每次测试时，外加电压必须从零伏开始增加，尽快读取数据，随即把外加电压调回到零伏。功率器件输出特性（或漏极特性）曲线测试时应采用脉冲（或单族）法。

·  测试中串入足够大的限流电阻。

·  测试夹具（管座）引脚串接磁环，防止器件自激扼荡。

·  在测量JFET、MOSFET和VMOSFET器件时，在栅源极上应加RG电阻（RG=1~10KW）进行保护。

4.7.5  测试MOS等集成电路时的附加注意事项

a. 当MOS器件电源断开时，输入端不应加信号；

b. 在试验MOS器件时，所有不用的输入引线应该接到电源地线，或接到VSS的引线，或接到供电线（电源）VDD的引线，视适合于所涉及的电路而定；

c. 在进行介质或绝缘电阻试验之前，要将MOS器件从设备内移出；    

d. 检验所有被用作试验静电放电敏感元器件的电源，以保证不出现电压瞬时变过程；

e. 在参数或功能试验之前，检验试验设备固有的电压极性的正确性；f. 在测量CMOS器件或大规模集成电路时，对电源电压应有过压、过流保护；

g. 在通电测试过程中，不准播拨器件或印制电路板组件和焊接测试装置；

h. 器件插拔时，应避免因接触不良所产生的不正常电压和电流加到被测器件上；

i. 测试过程应严禁出现端子误接、反插和端子间短路等不正常现象；

j. 在自动测试设备中，或高低温的箱外测试过程中，传送器件的导轨或盛器不应采用塑料材料制作（应采用导电材料制作），避免静电放电对器件的损伤。

4.7.6  测试夹具的要求

a. 应保证测试端之间的分佈电容＜10PF；

b. 有消振措施；

c. 引线尽量短，以减少导线的压降和分佈电容。    

d. 测试夹具的插座，应保证接触可靠，尽量选用免插拔力插座；

e. 如用黄鱼夹连线连接器件时的顺序应按下秩序：

· 测试前的连接：e[s]、c[D]、b[G]；

· 测试完毕取下：b[G]、c[D]、e[s]。

4.8  对静电放电敏感元器件筛选试验的基本要求

4.8.1  防静电放电设置

筛选试验场应进行有效的防静电放电设置的专项场地改造。如配置防静电放电地板（垫）、防静电放电台垫、专用的防静电操作工作台等静电防护的设施。

4.8.2  供电系统

供电系统应配有交流（单相和三相电）稳压电源、隔离变压器、交流滤波器等。防静电用仪器设备用的电源插座（配电板）应采用保护接零方案中增加专用地线方法，其中电源插座中的相线与中心线（零线）不能错位，地线和中心线不允许短接，地线采用专用地线。

4.8.3  筛选仪器设备

参与静电敏感器件筛选的仪器、设备（如高温箱、低温箱、潮热箱、充氮加压容器、氮质谱仪、快速检漏台、振动台、冲击台、离心机、颗粒碰撞检测仪及各种功率老化台等）必须良好接地，经检查合格后才能通电。对国产仪器（含直流稳压电源）、设备应在供电系统中加接交流滤波器。    

4.8.4  温度环境试验

在进行不通电的高温贮存、低温贮存、温度冲击、温度交变及潮热试验时，应把静电敏感器件放在静电容器中（如铝金），除潮热试验外，铝盒应加盖，再放入烘箱中避免烘箱外壳带电而损坏器件，又可防止电磁感应现象。

4.8.5  力学环境试验

a. 在进行不通电的振动、冲击和恒加速度等试验时，应对被试器件采取防静电措施后才能进行试验（例如把器件的引线用导电夹子夹好或用锡纸、导电塑料包好），避免引线悬空而引起静电使器件损坏；

b. 在进行通电的振动、冲击和恒加速度等试验时，应注意器件（特别是CMOS器件）不用的输入端不准悬空，通电后要防止输入端断开而变成悬空，要保证试验过程中器件的所有引线接触可靠；

c. 在试验开始应先加电源电压，后加各种输入信号电压；在试验结束后应先关各种输入信号电压，后关电源电压。

4.8.6  功率老化试验    

a. 所有老化时用夹具和老化插座必须接触良好。特别是在高温（85℃、100℃、125℃及150℃）下用的老化夹具，要保证在高温下接触良好，不允许出现开路现象；

b. 老化电路中必须采取防自激振荡的措施，特别是高频器件老化中必须防止发生自激振荡现象；

c. 老化用电源必须具有过压、过流保护措施；

d. 在220V输入端应加上电源干扰滤波器；

e. 待老化器件应逐只插上老化台，逐只检查（装接极性、电连接可靠性、输出功能是否正确）正常后再插次后的老化管子。逐只检查时，施加的老化条件Vce应适当减少至1/3Vce左右，Ic（Ub）调节每只应从零压开始增加调节，然后回至零压，准备次后的老化管子，以防接触不良或过压过流电冲击而烧管；

f. 器件上老化台完毕，按规定条件逐渐加老化电压和电流，逐只检查每只器件工作电流情况；

g. 用自激振荡检查仪和点温计检查器件是否振荡和壳温是否符合规定；

h. 老化结束时，应先逐渐减少电压和电流，然后再关掉电源，以防在满功率负载关电源时，引起反电势脉冲电压损伤静电放电敏感器件。    

4.9  接收及入库检查要求

4.9.1  所有静电放电敏感元器件的包装应有明显标志。

4.9.2  清点静电放电敏感元器件的数量时，尽量不打开静电放电敏感元器件的包装。如果保护包装不是透明的或不打开静电放电保护包装就不能进行工作时，则必须遵照下列规定：

a. 带标签的包装，应该检查静电放电敏感元器件的包装，以证实符合合同规定的标签和静电放电保护包装的要求。

b. 未带静电放电敏感标志的包装，如果供货方对含有静电放电敏感元器件的专用包装标志负有责任，则按下列两种方法处理：

· 无静电放电敏感标志，但有保护包装箱，则应该用专用标志给包装加标志，并按有关规定操作这些静电放电敏感元器件。反馈供货方注意以后必须带有专用标志。

· 无静电放电敏感标志、无静电放电保护包装的静电放电敏感元器件，应该按有缺损的静电放电敏感元器件拒收，即使供应方再次提交验收该批元器件时，也应不予接受。

c. 打开包装和验收静电放电敏感元器件时，只能在静电放电保护区域进行，如果包装尺寸允许时，应在静电安全工作台上进行。    

d. 把检验后的静电放电敏感元器件重新包装在静电放电保护包装材料内，并在外包装上加贴静电放电敏感标志。

4.10  贮存保管和包装运输的要求

4.10.1  静电放电敏感元器件的贮存保管基本要求

a. 库房内必须有防静电工作台；

b. 库房内必须有专用地线；

c. 库房要有防雷电措施；

d. 库房内或附近不准有产生高压的设备；

e. 库房内必须配备各种防静电的容器，如各种铝盒、不锈钢盒、防静电塑料袋（盒），以及防静电的泡沫塑料等；

f. 凡静电敏感器件的贮存必须有专人负责，并必须经培训合格，持证上岗；

g. 库房必须清洁整齐、无腐蚀性气体，温度、湿度应符合有关规定。保存半导体器件芯片或集成电路微处理器还应避光；

h. 存放静电放电敏感元器件的仓库必须有明显的静电放电敏感标志，并保证所有存放的静电放电敏感元器件的包装均有静电放电敏感标志。

4.10.2  具有静电放电敏感器件的印制电路板，组件贮存的基本要求    

a. 印制电路板组件必须放在防静电工作台上；

b. 印制电路单板组件在任何存放过程中，均应用短接插座进行短接；

c. 印制电路板组件从整机上拔下以后，应立即用短接插座进行短接保护。印制电路板组件不能重叠放置；

d. 印制电路板组件必须贮存在防静电的塑料袋或防静电的金属柜里，金属柜外壳应良好接地；

e. 严禁将印制电路板组件在无可靠防静电的措施下，放在衣袋中带出防静电保护区域（或工作台），或则让不符合静电放电要求的人员抚摸或加工；

f. 整机的贮存要求。

· 整机必须贮存在静电安全工作区域内。

· 整机从系统中取出后（或不未装入系统），其外接插座必须用短接插座进行短接。

4.10.3  包装的基本要求

a. 所有静电放电敏感元器件，应用足以提供保护的静电放电保护材料（导电、静电耗散和抗静电）包装。这些材料制成袋、盒或容器，且应无腐蚀作用，以及有足够的导电性以防止产生电火花的情况下控制放电；    

b. 具有良好导电材料包装或以具有外电场屏蔽层的抗静电材料包装例下：

· 三层容器，内层为抗静电材料，另外两层的结构可以是静电场屏蔽外层加绝缘的中间层，也可以是绝缘外层加静电场屏蔽中间层。

· 导电的或抗静电的无腐蚀性元器件导轨，每条导轨两端有防止元器件移动的无腐蚀性导电（或抗静电）泡沫塞。导轨又包装在导电的静电场屏蔽材料内。

c. 防护袋采用加热来完成产品密封时，应使袋内空气最少，并留有足够的未封材料长度，以完成最少一次重新密封。

4.10.4  运输传递的基本要求

a. 静电放电敏感器件必须放在防静电包装盒里后才能运输传递，且采用不会因振动磨擦等而产生静电的包装和夹具；

b. 印制电路板组件必须放在防静电的金属容器里才能运输传递，且不能重叠放置；

c. 印制电路板上的电容器不能因静电引起充电，如有充电应使电容器放电；    

d. 用橡胶传送带传送印制电路板；应先对传递带进行防静电处理；在传送器件或印制电路板过程中，应尽量减速小机械振动和冲击；

e. 整机必须放在合适的防静电容器才能运输。

4.11  电气装调试验中防静电放电的基本要求

4.11.1  对电装车间基本要求

a. 所有电装工作台必须是防静电工作台；

b. 必须配备导电清洗液或溶剂；

c. 必须配备空气离子发生器（电离器）。

电离器通过使空气中的分子电离成正和负离子来散逸静电电荷。正离子被吸引到带负电的物体，负离子被吸引到带正电的物体，结果形成电中性。电离空气的方法可用于不能实现有效接地的场所来泄放静电电荷，或用于对接地也无效的绝缘体进行电荷的散逸。电离器还能散逸喷涂操作场所的电荷（如三防漆喷涂）；

d. 必须埋设专用地线（电子地）；

e. 必须配备温度和湿度调节器，一般温度控制在25±5。C，相对湿度控制在30%～70%；    

f. 配备防尘装置，保持室内清洁整齐；

g. 必须配备保护性绝缘地垫。

保护地板材料可以是导电的、静电散逸的、抗静电地毯、乙烯基树脂板、乙烯基瓷砖和水磨石。严禁使用不抗静电的化纤地毯。采用导电乙烯基树脂板时，应采用导电粘结剂。硬表面地板不应该打腊，因为腊表面是高阻的，易产生静电。采用导电地板时应使用导电鞋、鞋套或脚跟接地器，以便使人放电。这些物品只有在ESD防护区才穿戴，且应保持清洁，沾污会妨碍它们与地板之间的电传导。坐在ESD防护区工作椅上的人，经常会把他们的脚从地板上台到工作椅的踏脚上。这就失去了导电地板的作用。因此导电地板往往需要使用接地的导电工作椅。在导电地板与地之间接入适当的电阻，以便把电流限制到安全电平。

4.11.2  对电装的基本要求

a. 电烙铁及仪器、设备必须均良好接地。烙铁应无漏电现象，必须使用低压电烙铁。热烙铁头到地的电阻应小于20Ω，以保证它上面的压降小于15V。可靠的办法是：电烙铁头与电烙铁壳体永久牢固连接。避免电烙铁头感应带电。每周第一个工作日，必须检查烙铁头的电阻。当电阻值超过5Ω（冷阻）时，就应调换烙铁头；    

b. 电装必须在防静电工作台上进行；

c. 静电放电敏感器件在手工焊接时，先焊器件的电源正端，再焊器件的电源负端，最后焊各输入、输出端，场效应管应按源、栅、漏依次焊接；

f. 焊接或浸锡时，温度和时间要选择适当并严格控制。焊接和浸锡时，切勿超过各静电放电敏感元器件本身的耐焊性试验条件。对于混合电路温度更应严格控制（如模拟开关等集成电路）。一般每次焊接时间应不超过3s；

g. 在装焊电容器之前（特别是电解电容器或大容量非电解容器），电容器电极引脚应用短路棒短接放电后才能装焊，以防电容器放电而产生电浪涌损作静电放电敏感件；

h. 在用手接触静电放电敏感器件之前，应用工具或探头接触 一下接地板，进行放电；

i. 静电放电敏感元器件装配的电路板组件完成后，如有电连接器或电线接口，应用短路塞作短路保护然后将其重新包装在静电放电保护材料内，并加贴静电放电敏感的专用标志。把静电放电敏感组件板放置在保护容器或静电防护小车内运输传递到下一工序；

j. 在ESD防扩工作区内使用的工作说明书、图纸和类似的技术文件不应该用一般塑料薄片或塑料封皮包装。    

4.11.3  对调试的基本要求

除必须符合电装的基本要求之外，还需符合下列的处理办法：

a. 每次进行调试或试验前，均应首先检查参与试验的仪器、设备接地是否正确、良好地线是否带电，经检查确认接线正确无误、接地良好之后才能通电工作；

b. 在通电调试过程中，不允许插拔静电放电敏感器件或印制电路板组件和电连接器，更不允许在带电状态下进行静电放电敏感元器件的更换装焊；

c. 在连接和脱开试验电缆线以前，试验设备和正在试验的ESDS电子产品的所有外壳应该连在一起，连接试验电缆时短路棒应继续留于原处，直到外壳接地点被短路在一起。在移开试验电缆时应再次将短路棒放回原处；

d. 进行调试时应先加整机电源电压，后加各种信号源的输入电压。当结束时应先切断各种信号源的输入电压，后切断整机电源电压；

e. 规定处理ESDS器件和进行安装的人数应尽可能少；

f. 在ESDS 器件电装试验专用场地应标明“未经允许不得入内“，并遵照执行。不允许穿戴用容易产生静电材料制做工作服（如像尼龙或的确凉等 ）的人员进入，把静电荷带入。    

4.11.4  对清洗和喷涂的基本要求

a. 清洗剂应选择对器件封装无腐蚀无溶解的溶液（如：不能选择能溶解塑封材料的三氯乙烯）；

b. 最好不用超声波清洗，如果必须用，应按下述条件进行：频繁28～29KHZ（防止器件谐振）、输出功率15W/L（1次）、振动源不能直接接触器件或印制电路板、超声清洁时间应小于30s；

c. 用刷子人工清洗ESDS电子产品时，不能使用人造毛刷子，且应使电离气体直接对着正在清洗的区域，以便散逸静电荷。如果可能的话，所有自动清洗设备都应接地。在清洗时，ESDS电子产品的引出端和连接处应短接在一起。清洗ESDS电子产品时，应尽可能使用导电清洗溶剂；

d. 为清洗ESD防护材料，使用溶剂，例如丙酮、乙醇、或其它清洗剂时，应小心。有些ESD防护材料使用这些溶剂会降低它的效果。特别是对洗净型抗静电剂，它们被析到表面，与空气中的水汽一起形成湿气层；

e. 在用空气喷射溶剂时，用电离器来散逸喷涂操作场所（如喷沙、油漆）的电荷。    

4.12  静电放电敏感标志和识别

4.12.1  静电放电敏感标志（国内外相同）为：等边三角形“△”。打印在元器件标志面明显处。静电放电敏感度分为三级，一级静电放电敏感元器件用一个△表示，二级静电放电敏感元器件用△△表示，三级静电放电敏感元器件不用△表示。

4.12.2  该标志也可以作为第一引出端（引脚）的识别标志，当使用这种静电放电敏感标志时，三角形不能比元器件型号等标志小。

4.12.3  我国有关静电放电防护控制工作起步较晚和管理等原因，止今大多数静电放电敏感器件在标志上还未打印专用“△”标志。在静电放电敏感器件防护包装等方面还存在着不少问题，如包装盒不符合要求，静电放电敏感器件上没有表静电放电敏感标志等。

5  防止电浪涌损伤的措施常识介绍

电浪涌即是放电现象，放电的特征是大电量及小电位，或大电量及高电位，前者居多。电浪涌（即电瞬变）是电子产品装调和使用过程中常出现的问题，它对半导体器件的破坏性很大，轻则损伤表现为PN结漏电流增大和晶体管放大系数下降，重则损伤则为PN结短路，甚至铝金属被烧熔。    

5.1  常见电浪涌现象的产生

5.1.1 电源电压实然波动

a. 供电电网附近使用的大功率用电设备瞬时起动、关闭、或超负荷等原因，引起电压波动或瞬变脉动电压叠加在电源电压上，未阻止的进入电子设备和仪器；

b. 商用供电电网电压超出规定变化范围（10%），使电子设备和仪器承受不了。不正常的电压变化。

5.1.2  三相电不平衡，零线带电。

5.1.3  仪表、设备（特别是国产仪表设备）的开启和关闭，产生的电浪涌电压。

5.1.4  电烙铁泄漏电。

5.1.5  测试仪表的测试端子存在隔直流电容器放电。

5.1.6  电路中的高压放电将在附近信号线中感生电浪涌。

5.1.7  电容器因放电不净而存在剩余电压，电装时对已装的静电放电敏感元器件放电，产生电浪涌损伤。

5.2  对电浪涌保护的对策（例举）

5.2.1  采用专用地线

由于供电系统的保护接零与实际应用要求有矛值，原因是采取保护接零时，在三相中用电不平衡时，零线是带电的，零线带电易于使静电放电敏感元器件失效。为改变地线带电，推荐下列两种专用地线的供电接法（图2，图3）。    

5.2.2  电源系统的措施

a. 市电（单相、三相）不稳，可加单相和三相交流稳压器；

b. 动力系统上有大功率负载时，在大功率负载接通和断开瞬间，在电源线和地线内就会出现电浪涌。这种电浪涌可能通过前级输出电路耦合到输入端。高的瞬变电压轻则破坏电路的正常工作，重则损坏输入晶体管的EB结；

电源系统内的电浪涌可采用“低通滤波器”将其滤去，滤波器线路如图4，图5，图6所示；    

c. 供电系统中增加隔离变压器；

 d. 在每只仪表供电输入端加接滤波器（特别国产仪表设备）。

5.2.3  断开电感性负载时产生浪涌电压

在使用电感作为负载的电路中，开关瞬间在负载上将产生电浪涌，这种“下冲”电浪涌随电感值增大而增加。    

解决的方法是在电感负载的两端并连箝位二极管或电容器与电阻串连支路。如继电器触点电弧抑制，为了避免损坏触点，必须采用一种电弧抑制方法。对于直流负载，可以采用图7所示单个二极管，此二极管必须能通过一等于额定负载的电流，反向电压额定值必须高于电路的电源电压。对于交流电路，可采用图8、图9的方法。

 5.2.4  供电电源引起的浪涌干扰    

某些电子设备在使用时可能出现的电浪涌。例如，电子管示波器的同步输入端在同步开关转换瞬间就可能输出高压脉冲，烧坏产生输出同步脉冲的器件。数字电压表负端V-使用时不接地（有正电位），在测试参数转换的瞬间可能产生电压浪涌。

电子设备的机壳带电。当半导体器件或电路的管脚与它相碰时，就会在器件内部产生一次电浪涌。解决的办法是机壳接地良好。

电烙铁漏电。电烙铁漏电并且接地不良，对MOS电路输入端和双极单稳电路及振荡器等电路的外接元件端所造成的损坏特别严重。如果只是将电烙铁接地，烙铁头长期使用后因氧化严重易引起烙铁头接地不良，同样会造成集成电路损坏。

解决电烙铁漏电的措施有：

a. 烙铁头上用铜焊方法焊一条铜丝，烙铁头与烙铁体一起同时接地，接地电阻要低，保证接地良好；    

b. 使用低压电烙铁（24～32V）焊接（用变压器降压）。同时解决了与220V交流高压隔离；

c. 在焊接的瞬间将烙铁断电（拔出电源插头）。此法虽然麻烦，但是它是最安全的，特别是在系统上更换电路或器件时，最好采用此法。

5.2.5  电容性负载时产生浪涌电流

如果电容负载瞬间加电或由高电平向低电平转换的瞬间，由于电容器两端的电压不能突变，均会产生电容器的充电或放电电流，而这个浪涌电流有很大的破坏性。解决办法很多，最有效和简单的办法是串接一个适当的限流电阻，或当申容性负载充电到一定程度之后，再撤销这个限流电阻。

5.2.6  驱动白炽灯时产生浪涌电流

当白炽灯未点亮时火絲是冷的，其电阻很小，在电路接通的瞬间，灯絲上突然流过比稳定时大5～15倍的浪涌电流，灯絲受热后电阻变大，电流才变小而稳定下来。解决办法可采用专用的限流电路来限制浪涌。

5.2.7  接地不当导致元器件损坏的措施

由于地线问题引起器件或整机烧毁的事故时有发生，为此应该芊格按照元器件和有关整机的使用要求按好地线。如不要将三相交流电源插座中的“地线”与“零线”相接，“零线”上会有50V左右的电压，特別容易引发CMOS申终的闩锁失效，严重时可能使器件烧毁。因此，电子设备的装调试验的场地，应单独埋设专用“电子地”。“电子地”和三相交流气的 “零线”不能误用，要加强自查，对于临时拉设的拖线板，要确认无误。    

5.2.9  防护元件

为了抑制电路中可能出现的各种浪涌、静电、噪声和辐射等干扰对器件及电子设备产生的不良影响，除了采用常规的阻容元件和二极管构成的保护网络外，近年来发展了一些专用的保护元件，如：瞬变电压仰制二极管、铁氧体磁体、热敏电阻器和压敏电阻器等，其中瞬变电压仰制二极管和铁氧体磁体在J用、H天型号上使用最为广泛。相关内容详见有关资料。

5.3  重视和研究电浪涌

静电损伤和电浪涌的瞬时的破坏性，是客观存在的一种物理变化过程，其有一定的隐蔽性和潜在性，它无处不有无处不在的威胁着电子产品的安全和可靠性，我们决不能轻视它，而是应该重视它和研究它。办法总比困难多，电浪涌保护的方法很多，但要针对电浪涌电压产生源头想对策，研究它的现象和机理，才能找到简捷可靠有效预防措施。只有积极地开展有效的静电和电浪涌的防护控制的措施等工作，才能确保我院H天产品及其它电子产品的高可靠性。

审核编辑：黄飞