三．防静电控制技术（措施）

根据静电放电发生的原理、危害及规律，为了防止静电放电造成危害可以遵循以下原则，建立起有效的防静电控制措施。

a).把静电控制体现到设计中

b).防止静电电荷的积聚,抑制、减少静电的产生

c).建立快速、安全的泄放通道

d).对防静电措施的有效性进行检测和监控

1.把静电控制体现到设计中

（1）生产环境的防静电设计

电子产品的生产环境的防静电设计是ESD控制的关键所在,设计的依据是电子器件绝缘膜、整机中静电敏感器件（ESDS）的耐静电击穿电压以及生产设备的耐静电性能。制造商必须确定一个特殊的ESD控制级别，该级别由生产过程中最为敏感的元件所决定，生产环境必须保障该级别的安全性。根据DGJ08-83-2000《防静电工程技术规程》规定，控制静电的工程设计具体分为三级：一级标准为控制室内静电电位绝对值不大于100V; 二级标准为控制室内静电电位绝对值不大于200V; 三级标准为控制室内静电电位绝对值不大于1000V。防静电工程分级标准适用场所如下表5：

表五

由于静电破坏于无形，故消除ESD危害，要以预防为主，防患于未然。作业区中必须设置静电保护区域(EPA, electrostatic protected area)。根据IEC1340-5-1（1995）《电子器件防护规范一般要求》中，对EPA的核心要求是等电位搭接，即将人员、材料、工作面连接在一起并电气连接到公共地，防止不同物体之间产生电位差，因为ESD不会发生在保持相同电势或零电势的材料之间，所以EPA环境中的ESDS器件或电路板，都可以免受ESD损害。

（2）器件、产品的防静电设计

要做到更为有效的ESD控制，首先在器件和产品的设计中，应充分体现静电防护的思想，在器件内部设置静电防护元件，尽量使用对静电不敏感的器件以及对所使用的静电放电敏感器件（ESDS）提供适当的输入保护，使其更合理地避免ESD的伤害。

MOS工艺是集成电路制造的主导技术, 以金属－氧化物－半导体场效应管为基本构造元件。由于MOS器件中场效应管的栅、源极之间是一层亚微米级的绝缘栅氧化层，故其输入阻抗通常大于1000M ，并且具有5pF左右的输入电容，极易受到静电的损害。因此，在MOS器件的输入级中均设置了电阻-二极管防护网络，串联电阻能够限制尖峰电流, 二极管则能限制瞬间的尖峰电压。   

通过对PCB的分层设计，并尽可能使用多层PCB可以实现PCB的抗ESD设计。对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB，可以考虑使用内层线。大多数的信号线以及电源和地平面都在内层上，因而类似于具备屏蔽功能的法拉第盒，使之具有很强的ESD防范性能。

    整机产品设计时，可在ESDS器件最易受损的管脚处（例如Vcc和I/O管脚），根据被保护电路的电特性、可用的电路板空间决定加入抑制电路或隔离电路。以应用很广的瞬态电压抑制器（TVS）为例，当受到外界瞬态高能量冲击时，TVS以皮秒级的速度，将其瞬态电压保护二极管两极间的高阻抗变成低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，被保护器件可免受ESD的损伤。TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、箝位电压易控制、体积小等优点，可有效地抑制共模、差模干扰，是电子设备ESD保护的首选器件。

2.防止静电电荷的积聚,抑制、减少静电的产生

显然，设计不是完整的答案。逃避ESDS元件和产品是不现实的，但是在生产和储运过程中尽可能地减少产生静电的工序和材料，可以在很大程度上抑制、减少静电的产生与积累。由于静电荷聚集在材料的表面，因此材料的表面电阻率决定了材料本身防静电的技术特性。

根据国际电工学会发布的IEC/TC47(sec)1330文件和国家军用标准GJB3007规定，按材料的表面电阻率的不同范围，将材料划分为以下三种：

a) 导电材料   表面电阻R_S≤1×10⁵Ω、体积电阻R_V ≤1×10⁴Ω的材料。

b) 静电耗散性材料 表面电阻1×10⁵Ω＜R_S≤1×10¹²Ω、体积电阻1×10⁴Ω＜R_V ≤1×10¹¹Ω的材料。

c) 绝缘材料   表面电阻R_S＞1×10¹²Ω、体积电阻R_V＞1×10¹¹Ω的材料。

对于导电材料、静电耗散性材料静电电荷可通过接地通路得到泄放；而对于绝缘材料而言，由于静电电荷在其表面不能发生迁移运动，所产生的静电电荷不能通过泄放方式消除。因此作业区中所设置的静电保护区域（EPA）应尽量避免使用表面电阻率高的普通塑料、聚乙烯、苯乙烯制品，如化纤地毯、尼龙服、布质仪器罩等，这些物品一经磨擦就会产生静电且不易释放；要尽可能地减少尘埃，尘埃粒子通常附着电荷；操作者应杜绝用手、服装触及电路板和各种IC引脚；清洗印刷电路板(PCB)时，只使用ESD认可的自然毛刷和溶剂；在所有操作和检查中尽可能地减少印刷电路装置(PCA)的移动；器件应存储在完全闭合的屏蔽容器内，或者引脚朝下放在耗散性接地垫子上；使静电危害降到最小程度。

对于普通塑料等绝缘体上产生的静电荷，不能用接地的方法来消除，此时，唯一行之有效的方法是采用离子中和法。所谓离子中和法原理是：绝缘体表面所产生的静电电荷以正、负电荷对称产生，离子中和法是采用向静电荷积聚区吹送经电离的含有正、负离子的空气气流，异性离子在电场作用下向带电体运动，根据同性相斥、异性相吸的原则，将绝缘体表面所积聚的静电电荷进行中和，从而消除静电，免受ESD损害。

静电敏感器件的物流也是一个不容疏忽的环节。在这个过程中，元器件不可避免地要与外包装相摩擦产生静电，或者暴露在外界电场中感应静电，使敏感器件受到破坏，很可能在我们还没有意识到的状况下，静电敏感器件已经受损，因此储运时应采用耗散性或防静电屏蔽包装，不能用易产生静电的尼龙及普通塑料制品，且只在准备使用时才将器件从包装中取出来。静电耗散材料提供了静电的缓慢泄放通道，可以防止快速放电，常用于运输双列直插式封装的器件；防静电包装由导电的特殊塑料制成，当器件在内部移动时，不会产生静电，可以防止元件引脚间出现较高的电势差，适合运输带引脚的器件；而屏蔽，是指用金属物将敏感器件紧密包围起来，形成"法拉第笼"，这样既能抑制静电的产生，又可防止外界电场对静电敏感器件放电.

此外，适度控制环境温湿度，也可以有效遏制静电的杀伤力。湿度与温度对ESD都有影响,在同一个大气环境中，温度较低的区域会比温度较高的区域相对湿度更大，从表3得知湿度增加则使非导体材料的表面电导率增加，空气导电性能增强，物体上积蓄的静电荷可以更快地泄漏。可见环境温度越低，湿度越大，对静电的防护就越有利。因此在工艺条件许可时，可以使用空调加湿、风扇喷雾器喷射水雾、地面洒水等方法提高空气的相对湿度，降低静电的危害。当然，湿度过大将导致产品发生极间短路、漏电等故障，通常应将温度控制在18～28℃范围，湿度控制于40～65％RH范围内。