靜電放電（ESD）是電子設備和組件在生產、運輸和使用過程中常見的一種靜電現象。當帶電物體與電子器件接觸或靠近時，電荷快速轉移會形成瞬間高電壓和大電流，這種現象可能對電子器件造成不可逆的損害。以下將詳細分析ESD對電子器件的破壞機理及其后果。
1.ESD破壞的基本機理
ESD破壞通常是由瞬態高壓和大電流引發，主要通過以下幾種方式對電子器件造成影響：
1.1熱破壞
ESD過程中，大電流在器件內部產生局部過熱，可能引起材料的熔化或蒸發。
導電路徑損壞：半導體中的金屬導線可能因過熱而熔斷。
結區破壞：二極管或晶體管的PN結在高溫作用下可能被擊穿。
1.2電場擊穿
ESD產生的瞬態高電壓會導致器件內部的電場超過其耐受極限，破壞敏感結構。
氧化層擊穿：MOS器件的柵氧化層厚度極薄，強電場可能直接擊穿導致失效。
絕緣層破壞：芯片中的絕緣介質可能發生永久性破壞。
1.3電流損傷
快速變化的大電流會在器件中形成高電流密度，造成電遷移或金屬熔化。
金屬遷移：導電路徑中的金屬原子因高電流密度遷移，導致斷路或短路。
燒毀效應：瞬態電流會直接燒毀電路中的薄弱部分。
2.ESD破壞的主要表現
ESD對電子器件的破壞可以分為顯性和隱性兩種：
顯性破壞：器件完全失效，例如短路、開路或封裝損壞。
隱性破壞：器件性能下降，但仍能部分工作，例如參數漂移或噪聲增加，這種破壞可能在后續使用中導致器件壽命縮短或隨機失效。
3.不同類型器件的ESD敏感性
電子器件的ESD敏感性因其結構和材料不同而異：
MOS器件：因柵極氧化層薄，耐壓能力低，對ESD極為敏感。
雙極型晶體管：因結區面積較小，高電流密度易導致熱損傷。
LED和激光器：內部材料的脆弱性導致其對ESD電流尤為敏感。
高頻器件：工作頻率越高，其內部結構越小，ESD耐受能力越低。
4.ESD破壞的預防措施
為降低ESD的破壞風險，需要在設計、生產和使用環節中采取以下措施：
電路設計：增加ESD保護器件，如TVS二極管、靜電放電抑制電路。
工藝改進：在制造過程中使用防靜電材料及設備。
操作規范：在生產和運輸中，人員需佩戴防靜電手環、腳環，并使用防靜電包裝。
環境控制：在潔凈室中保持適當的濕度，降低靜電積累。
ESD破壞是現代電子行業不可忽視的問題，其影響不僅表現在器件本身的失效，還可能導致整機設備的不穩定或故障。通過深入了解ESD的破壞機理以及對電子器件的敏感性，可以更有效地采取針對性的防護措施，從而提升產品的可靠性和使用壽命。