靜電在我們的日常生活中可以說(shuō)是無(wú)處不在，我們的身上和周圍就帶有很高的靜電電壓，幾千伏甚至幾萬(wàn)伏。平時(shí)可能體會(huì)不到，人走過(guò)化纖的地毯靜電大約是35000伏，翻閱塑料說(shuō)明書(shū)大約7000伏， 對(duì)于一些敏感儀器來(lái)講， 這個(gè)電壓可能會(huì)是致命的危害。靜電學(xué)主要研究靜電應(yīng)用技術(shù)，如靜電除塵、靜電復(fù)印、靜電生物效應(yīng)等。更主要的是靜電防護(hù)技術(shù)，如電子工業(yè)、石油工業(yè)、兵器工業(yè)、紡織工業(yè)、橡膠工業(yè)以及航天與**領(lǐng)域的靜電危害，尋求減少靜電造成的損失。

近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用及電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，靜電放電的電磁場(chǎng)效應(yīng)如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問(wèn)題，已經(jīng)成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。一方面， 一些電阻率很高的高分子材料如塑料，橡膠等的制品的廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程的高速化，使得靜電能積累到很高的程度；另一方面，靜電敏感材料的生產(chǎn)和使用，如輕質(zhì)油品，火藥，固態(tài)電子器件等，工礦企業(yè)部門(mén)受靜電的危害也越來(lái)越突出。

靜電危害造成了相當(dāng)嚴(yán)重的后果和損失。它可以在不經(jīng)意間將昂貴的電子器件擊穿，造成電子工業(yè)年損失達(dá)上百億美元。在航天工業(yè)，靜電放電造成火箭和衛(wèi)星發(fā)射失敗，干擾航天飛行器的運(yùn)行。1967年7月29日，美國(guó)Forrestal 航空母艦上發(fā)生嚴(yán)重事故，一枚A4飛機(jī)上的導(dǎo)彈突然點(diǎn)火，造成了7200萬(wàn)美元的損失，并損傷了134人，調(diào)查結(jié)果是導(dǎo)彈屏蔽接頭不合格，靜電引起了點(diǎn)火。1969 年底在不到一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)荷蘭、挪威、英國(guó)三艘20萬(wàn)噸超級(jí)油輪洗艙時(shí)產(chǎn)生的靜電引起相繼發(fā)生爆炸。我國(guó)近年來(lái)在石化企業(yè)曾發(fā)生30多起因靜電造成了嚴(yán)重火災(zāi)爆炸事故。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都建立了靜電研究機(jī)構(gòu)，我國(guó)從60 年代末開(kāi)始開(kāi)展了一些靜電研究工作，80年代開(kāi)始以來(lái)，我國(guó)的靜電研究發(fā)展極為迅速。1981年成立了中國(guó)物理學(xué)會(huì)靜電專業(yè)委員會(huì)并召開(kāi)了弟一次國(guó)內(nèi)靜電學(xué)術(shù)會(huì)議，國(guó)內(nèi)性的和各地方的靜電學(xué)術(shù)會(huì)議不斷召開(kāi)，靜電研究和應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣，科研隊(duì)伍不斷壯大。

   那么什么是靜電呢?

表1-8    靜電可能產(chǎn)生的電位

4.1.2   什么ESD

    ESD是代表英文ElectroStatic Discharge即“靜電放電”的意思。ESD是本世紀(jì)中期以來(lái)形成的以研究靜電的產(chǎn)生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應(yīng)如電流熱（火花）效應(yīng)（如靜電引起的著火與爆炸）及和電磁效應(yīng)（如電磁干擾）等的學(xué)科。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用及電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)靜電放電的電磁場(chǎng)效應(yīng)如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問(wèn)題越來(lái)越重視。

4.1.3   靜電的電荷量

靜電的實(shí)質(zhì)是存在剩余電荷。電荷是所有的有關(guān)靜電現(xiàn)象本質(zhì)方面的物理量。電位、電場(chǎng)、電流等有關(guān)的量都是由于電荷的存在或電荷的移動(dòng)而產(chǎn)生的物理量。在科研院所、高等院校、檢測(cè)站和工礦企業(yè)等部門(mén)經(jīng)常需要測(cè)量物體的電荷量或電荷密度。表示靜電電荷量的多少用電量Ｑ表示，其單位是庫(kù)侖Ｃ，由于庫(kù)侖的單位太大通常用微庫(kù)或納庫(kù)。

1庫(kù)侖＝1000000微庫(kù)

1微庫(kù)＝1000000納庫(kù)

4.1.4   靜電電壓

由于在很多場(chǎng)合測(cè)量靜電電位較容易，另一個(gè)常用的靜電參數(shù)是靜電電位，其單位為伏 ，但由于靜電電壓通常很高，因此常用一個(gè)較大的單位-千伏(kV)。1kV=1000V。

4.1.5   美規(guī)S20.20的靜電防護(hù)建議

美國(guó)靜電協(xié)會(huì)所發(fā)布的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靜電防護(hù)規(guī)范ANSI/ESD S20.20中，建議全球電子業(yè)對(duì)電子元件、半成品、儀器設(shè)備的靜電防護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)參考靜電位應(yīng)設(shè)在100V。

美規(guī)S20.20的三基本ESD防護(hù)準(zhǔn)則：

=在環(huán)境中的所有導(dǎo)體，包括人員，必需綁接或電氣地連接并且附接至一個(gè)明確的接地或一個(gè)特別設(shè)計(jì)的（虛擬）接地。

=環(huán)境中必要大的非導(dǎo)體不能因附接至接地而消除其上的靜電荷，離子化系統(tǒng)可提供這些必要的非導(dǎo)體上面的電荷的中和。

=在靜電防護(hù)區(qū)之外ESD敏感物品的運(yùn)送都需要靜電保護(hù)材料的包裝。

4.1.6S20.20靜電接地基本概念

   靜電接地(ESDGrounding):透過(guò)一條接地路徑，提供“等電位”效果，以減少靜電放電對(duì)“ESD敏感元件”（ESDS）造成的傷害。

4.1.7國(guó)際通用防護(hù)區(qū)警示符號(hào)(圖1-24)

4.1.8  如何控制人體靜電（人體靜電防護(hù)）

人體是濟(jì)普遍存在的靜電危害源。對(duì)于靜電來(lái)說(shuō)，人體是導(dǎo)體，所以可以對(duì)人體采取接地的措施

1.使用防靜電地面 / 防靜電鞋 / 襪（靜電從腳導(dǎo)到大地）。

2.通過(guò)腳與防靜電性地面、地墊、地毯，人員穿上防靜電鞋襪，形成組合接地。

3.佩戴防靜電腕帶并接地（靜電從手導(dǎo)到大地）。

通過(guò)手用以泄放人體的靜電。它由防靜電松緊帶、活動(dòng)按扣、彈簧軟線、保護(hù)電阻及插頭或夾頭組成。松緊帶的內(nèi)層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。

上述兩項(xiàng)措施都是實(shí)用而有效的，應(yīng)視不同的場(chǎng)合選擇使用。

4.1.9  什么是靜電敏感度？

為定量描述不同元件的相對(duì)敏感程度進(jìn)行敏感度分類。敏感層次分為多層次是為制定先進(jìn)的ESD防護(hù)措施提供原始資料，這些措施用于對(duì)更敏感器件的廣泛的防護(hù)，到目前為止，大部分敏感度試驗(yàn)都是以人體模型為根據(jù)以便使得結(jié)果與其它模型相關(guān)。試驗(yàn)大批量管腳和極性的靜電放電是非常昂貴的。

4.1.10  地線的接法

1、地線的導(dǎo)線內(nèi)阻值不大于1歐，中間的接頭盡量不要用或少用線接，濟(jì)好是一次接到尾，如果一定要開(kāi)接頭的，一定用烙鐵焊接。整條線架設(shè)好后要求測(cè)量電阻值。

2、挖坑在地下為1.5m深的洞，用一根鍍鋅三角鐵（約1m長(zhǎng)），在洞中再打入并不時(shí)加粗鹽邊打入，濟(jì)后再加上鹽并倒在上面蓋住。再把坑用土封住就可。

4.2   LED靜電放電損傷

靜電放電(ESD) 引起發(fā)光二極管PN結(jié)的擊穿，是LED器件封裝和應(yīng)用組裝工業(yè)中靜電危害的主要方式。靜電損傷具有如下特點(diǎn)：

1.隱蔽性：人體不能直接感知靜電，即使發(fā)生靜電放電，人體也不一定能有電擊的感覺(jué)，這是因?yàn)槿梭w感知的靜電放電電壓為2-3KV。大多數(shù)情況都是通過(guò)測(cè)試或者實(shí)際應(yīng)用，才能發(fā)現(xiàn)LED器件已受靜電損傷。

2.潛伏性：靜電放電可能造成LED突發(fā)性失效或潛在性失效。突發(fā)性失效造成LED的長(zhǎng)久性失效：短路。潛在性失效則可使LED的性能參數(shù)劣化，例如漏電流加大，一般GaN基LED受到靜電損傷后所形成的隱患并無(wú)任何方法可**。

3.隨機(jī)性：LED什么情況下會(huì)遭受到靜電破壞呢？可以這么說(shuō)，從LED芯片生產(chǎn)后一直到它損壞以前所有的過(guò)程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產(chǎn)生也具有隨機(jī)性。但是由于芯片的尺寸極小，約0.2mm*0.2mm，電極之間的距離就更小，如果處在靜電場(chǎng)中，兩極之間的電勢(shì)差別接近于零；電極的微小面積，局限了接觸靜電放電的狀態(tài)。因此，芯片受到靜電損傷的幾率比器件要小得多。

4.復(fù)雜性：在靜電放電的情況下，起放電電源是空間電荷，因而它所儲(chǔ)存的能量是有限的，不像外加電源那樣具有持續(xù)放電的能力，故它僅能提供短暫發(fā)生的局部擊穿能量。雖然靜電放電的能量較小, 但其放電波形很復(fù)雜，控制起來(lái)也比較麻煩。另外，LED極為精細(xì)，失效分析難度大，使人容易誤把靜電損傷失效當(dāng)作其它失效，在對(duì)靜電放電損害未充分認(rèn)識(shí)之前，常常歸咎于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺(jué)的掩蓋了失效的真正原因。

5.嚴(yán)重性：ESD潛在性失效只引起部分參數(shù)劣變，如果不超過(guò)合格范圍，就意味著被損傷的LED可能毫無(wú)察覺(jué)地通過(guò)濟(jì)后測(cè)試，導(dǎo)致出現(xiàn)過(guò)早期失效，這對(duì)各層次的制造商來(lái)說(shuō)，其結(jié)果是濟(jì)損聲譽(yù)的。

ESD以極高的強(qiáng)度很迅速地發(fā)生，放電電流流經(jīng)LED的PN結(jié)時(shí)，產(chǎn)生的焦耳熱使芯片PN兩極之間局部介質(zhì)熔融，造成PN結(jié)短路或漏電，對(duì)失效器件解剖分析，一般在高倍金相顯微鏡下，可以觀察到引起即時(shí)的和不可逆轉(zhuǎn)的損壞擊穿點(diǎn)，但是受到解剖手段和器件封裝材料的限制，經(jīng)常因?yàn)樾酒廴净驒C(jī)械損傷等原因，而不能確定擊穿點(diǎn)。反向放電時(shí)，電流較正向放電集中，功率密度大，因此LED反向放電ESD失效閾值較正向低得多。

4.3產(chǎn)權(quán)LED靜電放電敏感度檢測(cè)

靜電放電敏感度ESDS，是電子元器件的重要可靠性指標(biāo)之一，它反映了電子元器件抵抗靜電放電損失的能力。進(jìn)行靜電放電敏感度檢測(cè)的目的：了解和分析元器件抗ESDS檢測(cè)結(jié)果，有助于元器件的設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高元器件抗ESDS水平；了解和掌握元器件抗ESDS檢測(cè)結(jié)果，以便元器件的使用者，在生產(chǎn)組裝過(guò)程中采取必要的靜電防護(hù)措施。ESDS檢測(cè)試驗(yàn)系破壞性試驗(yàn)，所有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的樣品應(yīng)報(bào)廢，不得進(jìn)入生產(chǎn)流通出廠。

LED的ESDS檢測(cè)目前沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一般參照我國(guó)軍標(biāo)GJB－548A－96和Bellcore的TR－NWT－00870標(biāo)準(zhǔn)。濟(jì)常用的ESDS檢測(cè)，有三種標(biāo)準(zhǔn)波形：標(biāo)準(zhǔn)人體模型（Human BodyModel - HBM）、機(jī)器模型(MM)和帶電器件模型(CDM)。發(fā)光二極管LED屬光電器件，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)人體模型(HBM)。

LED的ESDS檢測(cè)方法如下：

1）ESDS檢測(cè)前，先采用LED光電參數(shù)測(cè)試儀或晶體管圖示儀測(cè)試待檢LED樣品的光電參數(shù)和性能，并紀(jì)錄；

2）將ESDS專用測(cè)試儀設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)人體模型(HBM)及放電電壓設(shè)定在閾值；

3）采用三個(gè)正的、三個(gè)負(fù)的脈沖進(jìn)行放電試驗(yàn)，脈沖之間至少有1秒的延遲；

4）ESDS放電沖擊后，再測(cè)試樣品的光電參數(shù)和性能，以判定樣品是否失效或參數(shù)劣化。

標(biāo)準(zhǔn)人體模型(HBM) 是ESD模型中建立濟(jì)早和濟(jì)主要的模型之一。不同標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的ESDS檢測(cè)方法基本相同，只有在細(xì)節(jié)上有點(diǎn)差異，但是在抗ESD等級(jí)分類上差別較大。我國(guó)軍標(biāo)GJB－548A－96對(duì)器件抗ESD分為三個(gè)等級(jí)：1級(jí)抗靜電電壓為0~1999V ；2級(jí)抗靜電電壓為2000~3999V ；3級(jí)抗靜電電壓為4000V以上。

4.4   ESD靜電防護(hù)技術(shù)

1.一般靜電防護(hù)的基本思路：

1）從元器件設(shè)計(jì)方面，把靜電保護(hù)設(shè)計(jì)到LED器件內(nèi)，例如大功率LED，設(shè)計(jì)者在承載GaN基LED芯片倒裝的硅片上，設(shè)計(jì)靜電保護(hù)二極管，這時(shí)硅片不但作為GaN的承載基體，還起到ESD保護(hù)作用，使采用這種芯片封裝的器件ESDS達(dá)到幾千伏。它的優(yōu)點(diǎn)是直接提高器件抗ESD能力，簡(jiǎn)化封裝生產(chǎn)和器件安裝等過(guò)程的靜電防護(hù)措施，缺點(diǎn)是增加成本、增大體積、芯片生產(chǎn)工藝復(fù)雜并且需要專業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，它適用于高價(jià)值的LED器件。

2）從生產(chǎn)工藝方面，有兩種靜電防護(hù)途徑，首先是消除產(chǎn)生靜電的材料與過(guò)程，通過(guò)材料的選用，使靜電產(chǎn)生的途徑不存在了或者減少了，從源頭消除了靜電放電的產(chǎn)生與積累，是靜電防護(hù)的有效的基本方法之一；其次是通過(guò)泄放或中和防止靜電放電，因?yàn)楫a(chǎn)生靜電的所有途徑是不可能完全消除的，所以我們需要可靠地泄放或中和那些要發(fā)生的靜電，防止靜電放電的發(fā)生。

2.人體防靜電系統(tǒng)

人體防靜電系統(tǒng)主要由防靜電手腕帶、防靜電工作服、鞋襪等組成，必要時(shí)還需要輔以防靜電工作帽、手套、腳套等物品。這種整體的防靜電系統(tǒng)兼?zhèn)潇o電泄放、中和和屏蔽的作用，防靜電手腕帶由靜電導(dǎo)電材料制成，通過(guò)與皮膚直接接觸，把人體靜電直接導(dǎo)走，所以手腕帶使用時(shí)必須與皮膚接觸良好，使皮膚上的瞬時(shí)靜電電壓小于100V。防靜電工作椅、桌墊、地墊、防靜電工作椅的材料使用靜電導(dǎo)電織物為面料, 它們?cè)谂c人的接觸中不產(chǎn)生靜電，并能將人體本身所帶靜電很快泄放，導(dǎo)入大地，起到靜電防護(hù)作用。

3.防靜電操作系統(tǒng)

防靜電臺(tái)墊，在進(jìn)行靜電敏感器件的操作時(shí)，工作臺(tái)上應(yīng)鋪設(shè)具有靜電導(dǎo)電和靜電耗散功能的材料制成的防靜電臺(tái)墊。使所有與器件接觸的端子、工具、儀器儀表、人體達(dá)到一致的電位，并通過(guò)接地使靜電能迅速泄放。

4.靜電接地技術(shù)

接地就是直接將靜電通過(guò)一條導(dǎo)線的連接泄放到大地，這是防靜電措施中濟(jì)直接濟(jì)有效的，多數(shù)靜電防護(hù)系統(tǒng)的效果，都依賴于接地地線的質(zhì)量，靜電接地技術(shù)是靜電泄放工藝中的主要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)接地的質(zhì)量將直接影響電荷的釋放能力。地線必須是能夠接受或提供大量電荷的，理想的地線應(yīng)該是一個(gè)優(yōu)良的導(dǎo)體，即電流流過(guò)地線時(shí)不產(chǎn)生電位降，地線上各點(diǎn)電位相同。在工作區(qū)的靜電地線應(yīng)為靜電專用地線，不得與其它地線共用。防靜電接地是廠房基建工程中重要的指標(biāo)之一。

5.生產(chǎn)過(guò)程的靜電防護(hù)

LED從芯片到封裝應(yīng)用的生產(chǎn)過(guò)程較復(fù)雜，就防靜電而言，是一個(gè)綜合治理的過(guò)程，應(yīng)滲透到生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并根據(jù)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝要求，提出不同的對(duì)策，以達(dá)到對(duì)器件的有效靜電防護(hù)。對(duì)固定單個(gè)設(shè)備(如固晶機(jī)、鍵合臺(tái)、測(cè)試設(shè)備、波峰焊設(shè)備等)的工藝要求：

1）設(shè)備應(yīng)良好接地；

2）有必要的設(shè)備周圍要鋪設(shè)防靜電地墊；

3）操作者穿戴防靜電衣、帽、腕帶等；

4）必要時(shí)，在靜電防護(hù)關(guān)鍵部位設(shè)置離子風(fēng)機(jī)。

6.離子風(fēng)機(jī)

絕緣體往往容易產(chǎn)生靜電，用接地的方法是不能消除絕緣體上的靜電，通常利用離子作用來(lái)中和這些絕緣材料上的靜電。離子風(fēng)機(jī)是一種吹出離子化氣流的設(shè)備，它用來(lái)中和累積在絕緣材料上的任何電荷，提供一個(gè)等電位的工作區(qū)域。

7.其他注意事項(xiàng)

1）進(jìn)行GaN基LED測(cè)試時(shí)，除了測(cè)試儀接地外，還要了解測(cè)試儀的測(cè)試線路，特別是恒流測(cè)試的電源開(kāi)路電壓不能過(guò)高，以免LED受到負(fù)反饋脈沖電壓的沖擊而失效；

2）表1-8為人體幾種狀態(tài)的帶靜電情況，從中不難看出，相同條件下，濕度(空氣中潮氣)的上升，靜電電位U降低了，即ESD的危險(xiǎn)性降低了，但仍然存在，因此不可放松靜電防護(hù)措施，應(yīng)保持良好的工作習(xí)慣。

3）包裝是產(chǎn)品出廠前的濟(jì)后一個(gè)環(huán)節(jié)，包裝工藝的好壞直接影響產(chǎn)品到達(dá)用戶手中是否為合格品。包裝應(yīng)采用防靜電屏蔽袋，它用于器件的包裝、運(yùn)輸和儲(chǔ)存，具有一定的防潮效果。

4）需要提醒大家注意的是，如果從事可能觸及到高電壓的工作，例如維修儀器設(shè)備可能觸及220V市電，操作人員不應(yīng)該帶接地防靜電手腕帶或腳帶等，以防止可能出現(xiàn)人身電擊事故，因?yàn)樗鼈兲峁纳眢w到大地的通路。