什么是ESD？

在电子领域，存在着一个常被忽视但可能带来严重后果的“隐形杀手”——ESD（Electrostatic Discharge，静电放电）。

在冬季，芯片的失效概率显著增加。过去几年，失效分析尚不普及，分析过程充满摸索和猜测。然而，当实验室将ESD测试电压提高到2000V时，成功复现了失效芯片的端口特性。这充分说明了ESD对芯片设计工程师的重要性。尽管ESD看似简单，但其内涵丰富。

一、静电如何产生的？

静电现象在日常生活中极为普遍。例如，在干燥的冬季，当我们触摸金属门把手时可能会突然感到“电击”，这就是静电放电的一个例子。

静电的产生主要有以下三种原因：

1.摩擦起电

在中学物理实验中，我们了解到毛皮和橡胶棒在摩擦过程中会产生静电。毛皮上的一些电荷会被橡胶棒吸引，导致橡胶棒表面电荷增多，而毛皮表面电荷减少。这样，橡胶棒表面就带有了负静电负荷，而毛皮表面则带有了正静电。这一点非常重要，因为静电既有正的也有负的。

2.感应起电

当一个带电物体靠近一个中性物体时，中性物体中的电荷会重新分布，靠近带电体的一端会感应出与带电体相反的电荷，而远离带电体的一端则会感应出与带电体相同的电荷。这种现象在电子设备中也很常见，例如，当一个带有静电的人靠近电子设备时，设备可能会通过感应起电而带上静电。如果离开感应源，被感应的物体是否可以恢复正负电荷均衡？为了解答这个问题，我们来看下面的例子：

电中性物体靠近带正点的电脑时，负电荷被吸引到靠近电脑的一侧，所以物体的另外一侧带正电。

当物体与大地相接时，会有额外的负电荷被吸引到物体上，中和掉远端的正电荷。

此时如果将物体与大地分离，那么多余的负电荷就保存在物体内了，不会再回到大地中。此时即使撤走感应源，物体内的电荷重新分布，但是负电荷依旧占据多数，物体也就带上了负电。

3.剥离起电

剥离起电这个物理学术语是在2019年提出的。它描述了两个接触紧密的物质在外力作用下突然分开时，由于电荷不能瞬间中和，导致物体带电的现象。例如，从塑料薄膜上撕下胶带时，胶带和塑料薄膜之间就会产生静电。脱衣服时产生的静电也属于剥离起电，因为这个过程使得原本紧贴在人体的衣服上的绝缘性薄膜产生了静电。

静电的电压可能非常高，有时可达数千伏甚至数万伏。但由于静电电流小，因此在正常情况下，人体接触到静电只会感到瞬间的刺痛或电击感，不会对人体造成致命伤害。然而，静电可能会引燃易燃物，导致火灾和爆炸。例如，2023年5月21日，安徽滁州某公司的操作工在配制胶液过程中，由于乙酸乙酯高速流动产生的静电发生爆燃。

ESD的最大危害在于，静电放电产生的高电压和大电流可能会直接损坏电子元件，使其失去功能。例如，静电可能会击穿集成电路中的晶体管，导致芯片损坏。此外，静电还可能干扰电子设备的信号传输，导致设备出现误码、死机等问题。