正解：人体带上高静电后，裸手触摸IC就会导致IC损坏么？

2018-08-27

现今随便走访国内的一家电子制造工厂，当你问他们是否了解静电防护。相信大部分都会给出肯定的回答，而且还会列觉一二自己工厂所采取的一些具体静电防护措施。这种局面的形成，是过往将近20年的时间里，多方力量促进电子制造工业静电防护的综合成果。

而随着静电防护在各电子制造企业的实践中，企业也提出不少针对于静电防护的具体问题，甚至于对静电防护的总体认知产生了疑问、甚至是怀疑。其中常被提及的问题之一，工厂都了解人体的高静电会对电子器件（以各种IC为主）构成危害，这种普遍的认识没有问题。但是国内大部分的电子企业很难构建静电防护与生产良率、品质损失的有效关联认知。那么，是否是人体静电一旦不受控，裸手去触摸静电敏感的IC，就会导致IC损坏？而实际上，确实有企业如此验证过，很少有IC（即便是HBM-200V）发生损坏，即使是人体静电达1000V。

图1.人体带有高静电裸手触摸IC，就会导致IC失效么？

要回答好这个问题，就需要深入了解到IC器件的ESD失效机理层面上来。例如IC器件中常见的各种MOS（Metal Oxide Semiconductor）管结构，其主要的ESD失效机理是电极绝缘层（电介质层）在遭受过高的静电场作用下，发生击穿，瞬间产生大ESD电流导致绝缘层发生热损坏，从而导致IC原有设计的功能失效。

图2.典型的IC ESD失效机理（源自LEAN ESD）

图3.典型的IC电介质层ESD击穿症状（出处：Infineon-Germany）

由此认识，可以得出，IC器件中电极绝缘层遭受强电场作用，才是IC是否发生ESD失效的根本原因。

图4.带静电的人体裸手触碰某管脚接地的IC

此时，我们再拿图1与图4的ESD情形做对比分析，两者的主要差别在于人体对IC接触放电时，IC是否有管脚处于接地的状态。而此差别就决定了IC中的静电敏感结构（如电极绝缘层）经受的ESD风险差异（绝缘层的静电击穿）迥然不同。图4的情形显著高于图1的ESD风险。

如果作以粗略的通俗化比喻，我们可以通过图5与图6的示意图，可以大致得出人体对无管脚接地的IC接触放电（图5），放电路径短，ESD转移的静电荷量（意味着电能量）就低；而有管脚接地的IC（图6），在人体接触放电时，放电路径要长很多，ESD转移的静电荷量也就大很多，由此所造成的ESD损坏风险也就高出很多。

图5.带静电的人体对孤立的IC接触放电的情形（源自LEAN ESD）

图6.带静电的人体对某管脚接地的IC接触放电的情形（源自LEAN ESD）

类似的情形，也存在与PCBA（Printed Circuit Board Assembly，印制电路板组件）上。有接地的PCBA，在遇到人体接触放电的时候，ESD损坏的风险就会较高。

纵观电子工业的静电防护历程，我们还可以找到很多与此类似或相关的印证。比如IC器件的ESD保护设计测试方法-HBM（Human Body Model，人体放电模型）中，就是对IC器件的两个管脚为一组进行ESD测试，其中必然有一个管脚是接地的（更能反映出严重化的ESD条件）。又比如，我们追溯电子设备的系统级（system level）ESD耐压测试方法的行业背景，就是普通办公室环境中的人员，在触碰到或靠近到电脑主机的某个部位时，就会引起电脑主机重启。而此时的电脑主机是处于通电的工作状态中，其中的电子器件自然就处于接地的状态（通过电源设备地）。换言之，如果是电脑主机电源线拔出的情形，恐怕结果就是另外一种情形了。

于是，我们对于电子工业的静电防护就有了一个新的进阶认知，就是IC或PCBA一旦处于接地的状态，此时的电子器件ESD失效风险（包括人体静电放电HBM、设备的静电放电MM）就相对较高，那么，相应的静电防护措施就应加强。

而相比之下，电子器件未有接地的情形下，人体触摸器件，虽然人体的高静电不是那么容易导致电子器件发生ESD失效，但我们却绝然不可就此放松人体静电的管控。因为这时就涉及到另一种电子器件的ESD失效模型-CDM（Charged Device Model，器件带电放电模型）。简单地可以理解为，带静电的人体触摸到IC，就很可能使IC带上高静电（主要指高静电压），而接下来人员如果将IC放置于接地的导体表面上时，更为危险的ESD-CDM就发生了。

电子工业的静电防护，有时让外人看来，她是那么简单（无非是低静电材料、接地、离子化静电消除等），但要切实在每个电子制造企业落地执行到位，最终实现预期的静电防护投入与企业价值回报收益期望，确是一项综合、复杂而又技术难度的大工程，决然离不开大量的点滴切实积累，包括技术应用、生产实践、技术验证、工程分析、运用改进等等。终究要让技术落地生根，步步为营，不断努力前行，方前景可期。