在我們的周圍環境甚至我們的身上都會帶有不同程度的靜電,當靜電積累到一定程度時就會發生靜電釋放。ESD 過程是處于不同電勢的物體之間的靜電電荷轉移過程,其強烈程度受電量大小及物體間距的影響。自然界的雷電現象是強對流氣候下典型的ESD現象,瞬間所釋放的巨大能量,能將雷電流所經過的空氣電離,使空氣變成阻值很低的導電通道,形成超強的電流和極高的溫度,破壞力極大。
日常生活中的ESD現象在頻繁地發生著,雖然沒有雷電那么強烈,也會有火花式放電,不僅伴有“噼叭”聲響,還會閃閃發光。研究表明,當電壓大于8000 V時可以看到ESD發出的光亮,當電壓大于6000 V時可以聽到ESD的放電聲;當電壓大于3000V時可以感覺到有ESD發生;而當靜電電壓低于3000V時,也會發生ESD過程,只是我們沒有感覺到而已。也就是說,很多ESD過程是在悄無聲息地進行的。
ESD是電腦的無形殺手。筆者的維修生涯中經歷過許多電腦故障,根本查不出是什么原因,當時感到莫名其妙,現在想來應該與ESD有關。當靜電電壓較低時,ESD產生的電氣噪聲會對邏輯電路形成干擾,引發IC芯片內邏輯電路死鎖(Latch Up ),導致數據傳輸或運算出錯,也可能對芯片形成輕微的物理損傷而提前老化或潛在失效;當靜電電壓超過250V時,ESD就能擊穿電腦芯片了。
ESD作用于電腦芯片時,由于放電回路的電阻通常都很小,所以電荷釋放的瞬間放電電流會很大。例如將帶靜電的電纜插到電腦的接口上時,放電回路的電阻幾乎為零,形成高達幾十安培的放電電流,如此大的尖峰電流一旦從芯片的某個引腳流入,足以將芯片的局部熔化,燒斷芯片內的晶體管和金屬連線,使芯片產生{yj}性的功能喪失,或者破壞芯片內的鈍化層,使芯片性能降低。芯片損壞后,我們從外觀上絲毫看不出有什么變化,但利用FESEM 儀器還是可以看清電路熔斷的情形。
如今電腦里的CPU芯片、存儲器芯片和主板上的南橋、北橋等超大規模集 成電路芯片廣泛采用CMOS(復合金屬氧化物半導體)材料,CMOS器件具有集成度高、成本低、速度快、能耗低的優點,因此使用范圍很廣。然而,CMOS器件的一個致命的弱點是輸入阻抗很大,很容易被ESD擊穿。隨著芯片工藝的進步,工作速度加快了,但芯片也變得脆弱了。集成度的提高使得器件尺寸越來越小,器件之間的連線寬度越來越窄,鈍化層越來越薄,這些因素都會時芯片對靜電放電的敏感性也越大。一個不太高的電壓就能將晶體管擊穿,一個微小的ESD電流就能將連線熔斷。
ESD已成為當今電腦的頭號殺手。Intel的研究表明,在引起電腦故障的諸多因素中,ESD是{zd0}的隱患,將近一半的電腦故障都是由EOS/ESD引起的(如圖3)。EOS表示過電應力(Electrical Over Stress)。
ESD對電腦的破壞作用具有隱蔽性、潛在性、隨機性和復雜性的特點,當我們在接觸電腦板卡和芯片時,不管是電腦上有靜電,還是我們身體上有靜電,ESD都有可能發生在接觸的瞬間,可謂防不勝防。