冬天天气干燥时，抚摸猫或者走在地毯上，然后再触摸门把手，就会发生静电释放（electrostatic discharge ，简称ESD）。如果静电释放会使我们受电击，可以想象一下它对微电子产品的影响。在面向ESD（静电释放）初学者的网络研讨会上，SMTA（表面封装技术协会）欧洲技术委员会成员、Electrostatic Solutions公司的Jeremy Smallwood博士和MBDA（欧洲导弹集团）的Charles Cawthorne博士探讨了这一主题，并详细阐释了ESD的实质、静电荷是如何产生的、它们如何转移到电子元器件及它们可能造成的损伤，以及需要采取什么实际控制措施来保护元器件、组件和设备免受损坏。
为什么要担心ESD？Smallwood博士首先描述了一种材料与另一种材料发生摩擦接触时，电子的转移如何产生静电，如何在高压下积累电荷。他用雪在雪崩前停在山顶上的比喻来解释电荷从一个地方快速移动到另一个地方是如何产生高电流的，可以很快造成很多破坏！他说，虽然一个人只有在电压达到4000V左右时才会感到静电冲击，但有些元件在电压低于100V时就可能会被损坏。
他展示了ESD对集成电路内导体造成损伤的图片，并指出没有简单的方法可以检测是否造成了损坏，需要进行昂贵的分析来鉴别它，并且在最坏的情况下，已有ESD损伤元器件的组件可以通过测试，然后在现场失效，不仅会损失金钱、维修时间及造成延误，而且会导致用户对产品的可靠性失去信心。“假定组件与其最敏感的元器件一样对ESD（静电释放）敏感！” ESD损伤的主要来源是人！
Smallwood博士更详细地解释了静电的起源，他说每种材料都是由静电电荷自然构成的：负电子和正原子核。当这些电荷以相等的数量存在时，它们的静电效应就抵消了。当两种材料接触时，电荷在它们之间移动，当这些材料分开时，它们带着新的电荷，一种是正电荷，另一种是负电荷。如果材料分开，电荷将试图移动，以重新恢复平衡。
在解释为什么不总是存在静电荷积聚时，Smallwood博士用了水龙头与水槽的比喻。如果塞孔是开着的，水就会以比流入更快的速度流出。但是如果塞子堵住了塞孔，或者排水管被部分堵住了，水位就会继续上升。被塞住的水槽相当于带电荷的绝缘体。电气绝缘体阻止电荷移动，使静电电荷积聚，从而导致高压、高静电场和静电释放危险。
显然，理想的情况是使绝缘体远离ESD敏感 （ESD-sensitive，简称ESDS，静电放电敏感）器件，但由于某些绝缘体是产品或生产工艺的重要组成部分，需要采取适当的预防措施，以尽可能降低ESD（静电释放）风险。他解释说，导体，实际上是任何非绝缘体的东西，包括人，允许电荷快速移动，以避免电荷积聚，但除非它们接地，为电荷向地面移动提供导电路径，否则它们可能是静电释放的一个强大来源。
那么如何防止ESD损坏呢？ Smallwood博士的指南提供了关于ESD危害意识、ESDS器件识别、正确的ESD程序以及在何处获得ESD控制帮助的良好方法基础知识。他首先描述了ESD保护区域（ESD Protected Area ，简称EPA，静电释放保护区域）的含义，在该区域可以安全地处理ESD敏感元器件。“除非在EPA区域中，否则切勿将ESDS元器件从保护包装中取出！”
EPA区域是将静电控制在低水平的区域。它必须有一个明确的边界，并且EPA区域内使用的设备和工艺的设计要防止ESD损坏。他描述了如何通过确保所有处理ESDS元器件的人都用腕带或鞋和地板接地、将所有导体接地、避免使用不必要的绝缘体或静电产生材料、以及避免仅使用ESD（静电释放）包装来控制静电。在开始工作之前，必须检查和测试腕带和鞋套，尤其是当处理ESDS元器件时，在就座时需佩戴腕带，既使坐在EPA区域内导电地板上的EPA级椅子上处理ESDS元器件时，也需要进行检查。
EPA区域工作台表面由导电或静电耗散材料制成，并接地。对于它们来说，高阻抗是正常的，因此任何电荷都会从放置在它们上面的导电物品（如工具、手提箱和其他包装）中被轻轻地而不是突然地带走。如果穿ESD外套是为了防止静电场到达ESDS元器件，则必须正确地固定它们，并与身体良好接触，通常是在腕部。当然，任何到EPA区域参观的人都必须遵守ESD预防措施规定。
Smallwood博士简述了ESD包装的各种形式及功能：可以防止静电场的包装，可以防止静电直接放电的包装，以及不会积累很多电荷的包装，他补充说，一些包装可以同时具备其中的某些特性。例如，尽管粉色塑料袋有助于减少电荷积累，但它并不能为ESDS提供ESD保护。黑色聚乙烯袋可屏蔽静电场，但不能释放静电荷。金属屏蔽袋提供了防止直接ESD的保护。
如果ESDS元器件被要求远离EPA，那么它应该采用ESD屏蔽包装，或者按照公司ESD控制程序的规定，或者按照公司与供应商或客户达成的约定，进行处理。只有防静电包装材料才允许放在EPA区域，普通包装材料应远离该区域。当在工厂内部货物接收区接收ESDS元器件时，应将包装打开至ESD（静电释放）保护包装，直到进入ESD保护区域。
然后是实用的部分！在Smallwood博士介绍了ESD术语并概述了ESD防护措施后，Charles Cawthorne开始介绍ESD控制程序，他是MBDA（欧洲导弹集团）导弹系统的电路板组装技术专家，他阐述了高可靠性军用电子产品制造商所采用的一些ESD控制程序。
Cawthorne首先描述了建立EPA区域的基础知识，其主要目标是将静电电压控制在100V以下，他说某些行业局部程序的限制更严格。基本要求是确保人员接地，并在适当情况下提供特殊的工作台表面和地板。EPA区域的界限需要明确界定和标识，标志要清晰。在MBDA中，ESD防护服是首选，虽然不是强制性的，但提供了特殊的ESD防护椅。要针对可能产生电荷风险的设备、工艺和物品，制定具体管控程序。
他通过图片，展示了典型的小型EPA区域的特征：一个带有耗散表面的接地工作台，站在耗散的地板垫上，其边界清楚地标有黄色“ESD保护区”胶带。操作员接地的主要方法是用腕带；虽然有些操作员穿着防静电鞋，但也提供了鞋跟接地。需要对腕带和ESD鞋或脚跟地板进行测试，并在每个班次开始时或首次进入EPA区域之前记录结果。MBDA对地对地点，工作面点对点和EPA地面，ESD（静电释放）地板到EPA区域地面或ESD地板到接地点以及ESD椅子到EPA区域地面的季度测试都有严格的程序。BS EN 61340-5-1是参考标准，工作台贴有标签，以表明其功能正常。Cawthorne评论说，可以任意确定EPA区域的大小，从单个工作站到整个装配车间均可。
培训是ESD控制的基本组成部分，培训计划是BS EN 61340-5-1的强制要求。每个进入EPA区域的人都必须遵守ESD规定，并且要对所有人员进行培训，无论其级别或资历如何——在MBDA（欧洲导弹集团），甚至有一个针对进入EPA区域清洁工的培训计划。培训记录的维护是至关重要的——它们通常是审计员要求查看的第一个文件!
Cawthorne举了一些ESD（静电释放）缺陷的例子，这些缺陷通常是由于管理不善造成的。透明的塑料包装和气泡包装绝对是EPA区域禁止使用的材料。ESD安全座椅设计并不是用来作为接地人员的主要工具，建议在坐着时始终使用腕带。尽管有ESD安全胶带和胶带切割器，但常用的传统胶带在从卷筒中取出后会积累电荷。
关于静电敏感设备的包装，运输和储存，Cawthorne介绍了Smallwood博士已经提到的4种类型的ESD包装，及其标签。屏蔽包装标签为“S”，是包装电子元器件或组件的首选方法，为了有效包装，应该完全封闭所包装器件。低成本的散包装标签为“D”，可以用于EPA区域内的非电子元器件。专用导电包标签为“C”，包含由导电泡沫隔开的电路板，作为结合静电保护和可靠材料处理的一种方法是比较有效的。低成本包装，如熟悉的粉红色聚乙烯袋，标签为“L”，只适用于装文件。符合ESD要求的推车可用来运输EPA区域内的组件。
此次网络研讨会以生动的问答环节结束，该环节由Bob Willis主持。主题包括讨论屏蔽包装再利用的实际限制，以及基于行业标准BS EN 61340-5-1、IEC 61340-5-1和ANSI/ESD S20.20-2014的认证项目。
Smallwood博士进行了最后的总结，他认为ESD控制应被视为具有良好投资回报率而非成本的投资。他恳请公司不要在ESD投资中因不健全的决策而浪费资金。
感谢Jeremy和Charlie为我们举办了信息量丰富的网络研讨会。尽管一些SMT专业人士可能会将其斥为“为入门者准备的ESD”，但是它确实使我个人明白了很多要点，我相信许多读者会从他们乐于分享、观点明确的信息和知识中受益。感谢SMTA欧洲技术委员会提供车辆，感谢Bob Willis对这次活动的精心组织安排。
编者注： Rockwell自动化公司提供特写照片。
