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正解：人體帶上高靜電后，裸手觸摸IC就會導致IC損壞么？

2018-08-27

現今隨便走訪國內的一家電子制造工廠，當你問他們是否了解靜電防護。相信大部分都會給出肯定的回答，而且還會列覺一二自己工廠所采取的一些具體靜電防護措施。這種局面的形成，是過往將近20年的時間里，多方力量促進電子制造工業靜電防護的綜合成果。

而隨著靜電防護在各電子制造企業的實踐中，企業也提出不少針對于靜電防護的具體問題，甚至于對靜電防護的總體認知產生了疑問、甚至是懷疑。其中常被提及的問題之一，工廠都了解人體的高靜電會對電子器件（以各種IC為主）構成危害，這種普遍的認識沒有問題。但是國內大部分的電子企業很難構建靜電防護與生產良率、品質損失的有效關聯認知。那么，是否是人體靜電一旦不受控，裸手去觸摸靜電敏感的IC，就會導致IC損壞？而實際上，確實有企業如此驗證過，很少有IC（即便是HBM-200V）發生損壞，即使是人體靜電達1000V。

圖1.人體帶有高靜電裸手觸摸IC，就會導致IC失效么？

要回答好這個問題，就需要深入了解到IC器件的ESD失效機理層面上來。例如IC器件中常見的各種MOS（Metal Oxide Semiconductor）管結構，其主要的ESD失效機理是電極絕緣層（電介質層）在遭受過高的靜電場作用下，發生擊穿，瞬間產生大ESD電流導致絕緣層發生熱損壞，從而導致IC原有設計的功能失效。

圖2.典型的IC ESD失效機理（源自LEAN ESD）

圖3.典型的IC電介質層ESD擊穿癥狀（出處：Infineon-Germany）

由此認識，可以得出，IC器件中電極絕緣層遭受強電場作用，才是IC是否發生ESD失效的根本原因。

圖4.帶靜電的人體裸手觸碰某管腳接地的IC

此時，我們再拿圖1與圖4的ESD情形做對比分析，兩者的主要差別在于人體對IC接觸放電時，IC是否有管腳處于接地的狀態。而此差別就決定了IC中的靜電敏感結構（如電極絕緣層）經受的ESD風險差異（絕緣層的靜電擊穿）迥然不同。圖4的情形顯著高于圖1的ESD風險。

如果作以粗略的通俗化比喻，我們可以通過圖5與圖6的示意圖，可以大致得出人體對無管腳接地的IC接觸放電（圖5），放電路徑短，ESD轉移的靜電荷量（意味著電能量）就低；而有管腳接地的IC（圖6），在人體接觸放電時，放電路徑要長很多，ESD轉移的靜電荷量也就大很多，由此所造成的ESD損壞風險也就高出很多。

圖5.帶靜電的人體對孤立的IC接觸放電的情形（源自LEAN ESD）

圖6.帶靜電的人體對某管腳接地的IC接觸放電的情形（源自LEAN ESD）

類似的情形，也存在與PCBA（Printed Circuit Board Assembly，印制電路板組件）上。有接地的PCBA，在遇到人體接觸放電的時候，ESD損壞的風險就會較高。

縱觀電子工業的靜電防護歷程，我們還可以找到很多與此類似或相關的印證。比如IC器件的ESD保護設計測試方法-HBM（Human Body Model，人體放電模型）中，就是對IC器件的兩個管腳為一組進行ESD測試，其中必然有一個管腳是接地的（更能反映出嚴重化的ESD條件）。又比如，我們追溯電子設備的系統級（system level）ESD耐壓測試方法的行業背景，就是普通辦公室環境中的人員，在觸碰到或靠近到電腦主機的某個部位時，就會引起電腦主機重啟。而此時的電腦主機是處于通電的工作狀態中，其中的電子器件自然就處于接地的狀態（通過電源設備地）。換言之，如果是電腦主機電源線拔出的情形，恐怕結果就是另外一種情形了。

于是，我們對于電子工業的靜電防護就有了一個新的進階認知，就是IC或PCBA一旦處于接地的狀態，此時的電子器件ESD失效風險（包括人體靜電放電HBM、設備的靜電放電MM）就相對較高，那么，相應的靜電防護措施就應加強。

而相比之下，電子器件未有接地的情形下，人體觸摸器件，雖然人體的高靜電不是那么容易導致電子器件發生ESD失效，但我們卻絕然不可就此放松人體靜電的管控。因為這時就涉及到另一種電子器件的ESD失效模型-CDM（Charged Device Model，器件帶電放電模型）。簡單地可以理解為，帶靜電的人體觸摸到IC，就很可能使IC帶上高靜電（主要指高靜電壓），而接下來人員如果將IC放置于接地的導體表面上時，更為危險的ESD-CDM就發生了。

電子工業的靜電防護，有時讓外人看來，她是那么簡單（無非是低靜電材料、接地、離子化靜電消除等），但要切實在每個電子制造企業落地執行到位，最終實現預期的靜電防護投入與企業價值回報收益期望，確是一項綜合、復雜而又技術難度的大工程，決然離不開大量的點滴切實積累，包括技術應用、生產實踐、技術驗證、工程分析、運用改進等等。終究要讓技術落地生根，步步為營，不斷努力前行，方前景可期。