什么是ESD？

在電子領域，存在著一個常被忽視但可能帶來嚴重后果的“隱形殺手”——ESD（Electrostatic Discharge，靜電放電）。

在冬季，芯片的失效概率顯著增加。過去幾年，失效分析尚不普及，分析過程充滿摸索和猜測。然而，當實驗室將ESD測試電壓提高到2000V時，成功復現(xiàn)了失效芯片的端口特性。這充分說明了ESD對芯片設計工程師的重要性。盡管ESD看似簡單，但其內(nèi)涵豐富。

一、靜電如何產(chǎn)生的？

靜電現(xiàn)象在日常生活中極為普遍。例如，在干燥的冬季，當我們觸摸金屬門把手時可能會突然感到“電擊”，這就是靜電放電的一個例子。

靜電的產(chǎn)生主要有以下三種原因：

1.摩擦起電

在中學物理實驗中，我們了解到毛皮和橡膠棒在摩擦過程中會產(chǎn)生靜電。毛皮上的一些電荷會被橡膠棒吸引，導致橡膠棒表面電荷增多，而毛皮表面電荷減少。這樣，橡膠棒表面就帶有了負靜電負荷，而毛皮表面則帶有了正靜電。這一點非常重要，因為靜電既有正的也有負的。

2.感應起電

當一個帶電物體靠近一個中性物體時，中性物體中的電荷會重新分布，靠近帶電體的一端會感應出與帶電體相反的電荷，而遠離帶電體的一端則會感應出與帶電體相同的電荷。這種現(xiàn)象在電子設備中也很常見，例如，當一個帶有靜電的人靠近電子設備時，設備可能會通過感應起電而帶上靜電。如果離開感應源，被感應的物體是否可以恢復正負電荷均衡？為了解答這個問題，我們來看下面的例子：

電中性物體靠近帶正點的電腦時，負電荷被吸引到靠近電腦的一側，所以物體的另外一側帶正電。

當物體與大地相接時，會有額外的負電荷被吸引到物體上，中和掉遠端的正電荷。

此時如果將物體與大地分離，那么多余的負電荷就保存在物體內(nèi)了，不會再回到大地中。此時即使撤走感應源，物體內(nèi)的電荷重新分布，但是負電荷依舊占據(jù)多數(shù)，物體也就帶上了負電。

3.剝離起電

剝離起電這個物理學術語是在2019年提出的。它描述了兩個接觸緊密的物質(zhì)在外力作用下突然分開時，由于電荷不能瞬間中和，導致物體帶電的現(xiàn)象。例如，從塑料薄膜上撕下膠帶時，膠帶和塑料薄膜之間就會產(chǎn)生靜電。脫衣服時產(chǎn)生的靜電也屬于剝離起電，因為這個過程使得原本緊貼在人體的衣服上的絕緣性薄膜產(chǎn)生了靜電。

靜電的電壓可能非常高，有時可達數(shù)千伏甚至數(shù)萬伏。但由于靜電電流小，因此在正常情況下，人體接觸到靜電只會感到瞬間的刺痛或電擊感，不會對人體造成致命傷害。然而，靜電可能會引燃易燃物，導致火災和爆炸。例如，2023年5月21日，安徽滁州某公司的操作工在配制膠液過程中，由于乙酸乙酯高速流動產(chǎn)生的靜電發(fā)生爆燃。

ESD的最大危害在于，靜電放電產(chǎn)生的高電壓和大電流可能會直接損壞電子元件，使其失去功能。例如，靜電可能會擊穿集成電路中的晶體管，導致芯片損壞。此外，靜電還可能干擾電子設備的信號傳輸，導致設備出現(xiàn)誤碼、死機等問題。