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电子产品生产中湿度与温度对静电防护的影响 [2006-11-14]来源:www.chinazedo.com

摘要:电子产品因静电导致损坏,通常是其内部的集成电路被静电击穿。了解了集成电路的静电击穿情况,为了进行有效的防护,必须清楚什么情况下会产生静电,以及各种情况下静电电压有什么不同。
   
静电是一种客观自然现象,产生的方式很多,如接触、摩擦、冲流等等。两种不同材料摩擦后分开,会分别带有正、负电荷,处于带电(静电)状态,其带电量多少取决于材料性质、摩擦力大小以及摩擦的频率。

湿度与温度对ESD的影响
  
在实际生产过程中,除上述具体材料及装备会对电子生产产生静电威胁外,环境温湿度对静电的影响也非常明显。其中湿度影响更大。从静电防护角度出发,环境温度越低,湿度越大,对静电的防护就越有利。

湿度与温度对静电放电都有影响。在某一有限空间中,对于含有相同水分的空气来说,热空气更能吸收更多的湿气,这样它的相对湿度就更低。也就是说,在同一个大环境中,温度较高的区域会比温度低的区域相对湿度更小。

例如,在冬天室外温度为0℃,且湿度大约为40%,房间内温度达到22℃时,室内的相对湿度可能只有10%左右。在这种情况下,如果室内没有安装可以补偿水分匮乏的加湿器设施,ESD放电的可能性就会很大。
   
由于湿度增加则非导体材料的表面电导率增加,使物体积蓄的静电荷可以更快地泄漏。因此对有静电危险的场所,在工艺条件许可时,可以安装加湿器等以提高空气的相对湿度,消除静电。一般情况,用增湿法消除静电的效果是很明显的。

因此,适度将环境湿度控制在较大的水平上,可以有效控制静电的发生。当然,对于某些工艺和测量环境,例如电子器件的装配间、精密仪器测量间等,出于控制产品极间短路、漏电等情况的发生和保证测试结果准确性的需要,其湿度不允许过大,通常要求将环境湿度控制在45%~75%之间。除了这些环境外,为防止静电的发生,建议应尽量创造较高的环境湿度。
   
在具体的生产中,环境千差万别,产生静电的情况也各有不同,需要具体对待。大多数情况下,笔者建议,在尽可能提高环境湿度的基础上,根据产品自身的防静电要求,配备必要的静电防护设施(如防静电地面、桌椅、工作台、周转容器等)和静电防护用品,(如防静电工作服、鞋帽等)就可以有效减少静电损失,提高经济效益。

集成电路技术的迅速发展、生产规模的扩大和集成化程度的提高使静电放电(ESD)的危害严重影响到电子产品的质量和性能。在电子工业领域,由于ESD的影响,美国每年造成的损失约100亿美元,英国每年损失为35亿英镑,日本不合格的电子器件中有70%是由静电引起。在我国,因静电造成的损失也很严重。 
   
随着集成度不断提高,集成电路的内绝缘层愈来愈薄,其互连线与间距愈来愈小,相互击穿电压愈来愈低。MOS电路是集成电路制造的主导技术。通常MOS电路栅级绝缘层二氧化硅膜的厚度为0.07-0.15 m,典型值是0.1 m。即使二氧化硅膜材料的击穿强度高达16Kv/m,但厚度只有0.1 m之薄,故可算出栅氧膜的理论击穿电压为U=16kV/m 0.1 10-6m=0.1kV,即100V 。

  
MOS电路对静电放电的损伤最敏感。而在微电子器件及电子产品的生产、运输和存储过程中,所产生的静电电压远远超过其阈值,人体或器具上所带静电如不加以适度防护,很容易超过表中所列的低端电压。

MOS器件栅氧化截面宽度的减小还将导致承受功率的降低。而且由于尺寸减小,使相应的电容量减小,根据公式U=Q/C,在同样的静电荷水平情况下,如电容量C减小一倍,则静电电压U相应增大一倍。于是击穿的危险性更大,极易使器件和产品形成软或硬损伤,造成失效,甚至严重影响产品质量。

结束语
   
近30年来,随着电子技术的飞速发展,特别是以构件物理尺寸日趋缩小和集成密度日趋增大为特征的集成电路、微组装技术的发展,以及许多新的高分子材料的广泛使用,静电防护问题为更多的行业所关注,而ESD的防护领域也日渐广泛,人们对静电防护的认识也必将随着现代科学技术的不断进步而日益深化。

 

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