1 引言
近年来，日益增长的高速数据互联通信要求，使得基于光纤的光互连开始广泛应用，并逐渐从地面领域扩展到航天领域。半导体光电组件作为光通信链路中负责进行光电转换的关键器件，一旦组件电路中的静电敏感器件受到静电损伤，可能导致组件甚至整个链路通信的失效。静电放电已成为影响半导体光电组件质量和可靠性的重要杀手，必须采取有效的静电防护措防护措施以保障产品可靠性。
2 静电放电的产生及危害
所谓静电放电（ESD，electrostatic discharge），是指两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起的两物体间的静电电荷的转移。也就是说，静电放电是由于物体间的接触分离、或非接触感应产生，一般主要有摩擦带电和感应带电两种形式[1]。
对于电子产品来说，静电容易吸附灰尘，会使元器件的绝缘电阻降低，易造成引线间的短路。静电释放可能造成电子元件内部损坏，导致不能工作。静电放电电流过大还可能会使电子元件局部过热而失效。静电放电产生的电磁场还容易造成对电子产品的干扰甚至损坏。
半导体光电组件具有小型化、集成化的特点，这就使得组件设计之初可允许选用的元器件、导线间的距离有限，选用元器件绝缘膜较薄，导致组件的耐静电能力降低。而在常规的生产、存储、运输等环节，组件遇到的静电电压远远超出其可承受的静电电压阈值，静电放电极有很可能造成静电损伤，导致产品失效或技术指标下降，可靠性降低。特别是对正在使用的组件，静电累积可能导致产品延时失效，进而造成局部测试子系统甚至整个系统的失效。
3 静电放电的过程防护
要完全消除静电，理论上不可能，但通过减少静电放电的产生，提供静电泄放通道，可有效减小静电放电产生的危害。半导体光电组件的静电防护，从建立防静电控制大纲开始，通过设计防护、生产过程防护，并对静电防护的薄弱环节进行控制，有效保障了静电防护措施的落地。
3.1 建立防静电放电控制大纲
半导体光电组件的全寿命流程均需进行静电防护，依据GJB 1649标准，以及产品通用规范、详细规范要求，建立了生产线《防静电放电控制大纲》并执行审核，通过识别静电防护管理过程中人员、场地变化等影响产品可靠性的变更，能够及时发现问题并进行纠正改进。该大纲具有指导性、强制性，从制度上保障了半导体光电组件静电防护控制措施的有效实施。
3.2 设计防护
设计作为静电防护的源头，半导体光电组件在研发设计阶段应充分考虑ESD防护涉及的元件的选用、PCB设计、结构设计、组装及使用环境等因素，明确ESD防护设计原则，同时考虑后续装配、调试、测试、转运过程中的静电防护设计等内容，保证产品的设计应能为最敏感的ESD元器件提供ESD保护。
3.3 加工生产过程防护
半导体光电组件加工生产全过程必须进行静电放电的防护。某产品生产流转过程见图1，包括来料检验、生产、检验试验、产品交付等过程，各过程之间还涉及存储、转运过程。
3.3.1 设置保护区
设置ESD保护区，保证组件生产过程不受静电的力学效应和放电效应的伤害，确保产品的设计性能和使用性能满足使用要求。根据产品生产流转过程，保护区涉及的场所主要有：原材料库房、防静电工作区（EPA，Electrostatic Protected Area）、检验试验区、成品库房。各保护区配备静电防护的装置，并标明静电安全工作区的警告牌，未采取静电保护的人员不得进入。其中，EPA工作区涉及电装、器件封装、焊接、调试、壳体封装、终点测试等工序，为产品制造过程的主要场所，是加工生产过程静电防护的重中之重，需做好防静电项目的检测，如静电接地系统、泄电装置、移动设备对地连接情况，温湿度控制情况，还要做好现场防护管理，规范日常防护措施的有效实施。
3.3.2 规范操作程序
涉及静电敏感器件的保管、加工、传递、装配、焊接、包装、储存等过程，通过规范操作程序，形成标准化静电防护动作，可有效保障防静电措施的可靠性。
EPA工作区操作程序按照“作业前——作业中——作业后”的流程进行操作程序固化，做好作业前的检查和准备、作业中的防护和控制、作业后的归置和保护。非ESD保护区的操作必须注意采用静电防护的替代措施和要求，如在检验大纲等指导性文件内进行明确，非ESD保护区操作前后的流转与存放过程应进行防静电包装等。
3.3.3 使用保护罩
当半导体光电组件使用的原材料、生产过程中的半成品、制造成品处于不工作状态或保护区外时，均应使用ESD保护罩或包装进行封闭，以保证不受静电放电伤害。
半导体光电组件涉及的静电敏感器件主要包括光器件及部分集成电路芯片，到货时应检查防静电包装的完好性，并在ESD保护区进行入所复验测试操作。复验合格入库后进入原材料库房，应进行防静电包装并保持完好性，原材料库房应满足温湿度调节、静电防护等要求。静电敏感元器件的转运和流转过程应注意使用防静电包装进行保护。
半成品的操作与工序流转应在EPA工作区进行，操作过程应注意对电连接器等部位使用保护罩或包装进行防护，流转过程应使用防静电托盘或防静电包装袋进行防护；在非保护区进行振动、冲击等环境试验过程中应佩戴防静电手套或指套，禁止裸手状态下直接接触电子产品；包装过程应在EPA工作区进行，并按要求做好静电防护等。使用保护罩的同时还应注意静电敏感标志的标识，防止在无明显标识的情况下直接接触产品，从而造成静电损伤。
3.4 静电防护薄弱环节的控制
通过识别静电防护的薄弱环节并加以控制，能够进一步提升防护效果。在实施静电防护控制过程中发现，承制单位对协作单位静电防护要求的传递及实施控制还存在一定的差距。承制单位在向供方传递质量保证协议过程中，往往只关注了产品的功能、性能指标要求，对供方产品的静电防护能力、标识、包装等要求容易忽略。这种情况下，很容易导致静电敏感产品不被有效识别，以至于忽视采取有效的防护措施，造成产品损伤或潜在损伤。
因此，静电防护要求的传递必须落实到外协产品技术要求中，必要时进行下厂监制或验收，确保协作单位严格落实静电敏感产品的防护措施落地。只有关联产品全寿命过程的所有协作单位全面落实了产品设计、生产、测试、装配、试验等过程的静电防护控制要求，才能确保产品的静电防护安全。
4 总结
近年来，随着半导体光电组件产品在各类型号产品上的推广应用，对产品的静电防护能力提出了更高的要求。只有通过建立健全静电防护控制的制度体系，全面识别产品全寿命周期过程中各个环节的防控风险并制定有效措施，同时加强薄弱环节的防护控制，做好协作单位之间静电防护要求的有效传递及实施，才能有效消除潜在的静电损伤隐患，保障产品的静电防护安全，提高产品质量的稳定可靠。
参考文献
[1] 李秀峰, 邱扬, 丁高. 静电放电及其防护设计. 国外电子测量技术. 2006.25(2): 9-12.
[2] GJB 1649-93 电子产品防静电放电控制大纲
[3] GJB 8121-2013 半导体光电组件通用规范
[4] 韩水珍. 宇航电子产品静电防护薄弱环节研究及改进. 质量与可靠性. 2017, 189(3): 10-12.
