《防静电知识培训》PPT课件.ppt

防静电知识讲座 日常生活中的静电 从地毯上走过，抓住门的把手，梳头，脱 毛线衣，火花产生了。这个现象就是人们所 知的静电放电(ESD, electrostatic ischarge) 。人类通过日常活动可产生高达25,000V的静 电放电。人类手的神经可感觉到低至大约 3,000V的静电放电。只需要10V的ESD就可毁 坏今天IC内部的某些极小零件和迹线。其结果 是，虽然ESD看不见、听不到或感觉不到，但 可重大地损伤 或毁坏电子产品。 人类对静电的认识 静电学是电学中最古老的学科 据有资料记载,古希腊哲学家塔勒斯 (Thales)公元前640-546年在研究天然磁 石的磁性时发现用丝绸、法兰绒摩擦琥 珀（Amber）之后也有类似于磁石能吸 引轻小物体的性质。电这个词起源于希 腊语（琥珀） 二十世纪中后期静电危害震 惊世界 美国从1960年到1975年由于静电引起的火灾 爆炸事故达116起。 1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威 、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静 电引起相继发生爆炸以后引起了世界科学家 对静电防护的关注。 我国在石化企业发生了30多起较大的静电事 故，其中损失达百万元以上的有数起。 高科技工业生产中静电危害的 形成 高工业生产的高速发展以及高分子材料的迅 速推广应用，一些电阻率很高的高分子材料 如塑料，橡胶等的制品的广泛应用以及现代 生产过程的高速化，使得静电能积累到很高 的程度， 另一方面，静电敏感材料的生产和使用，如 轻质油品，火药，固态电子器件等，工矿企 业部门受静电的危害也越来越突出，静电危 害造成了相当严重的后果和损失。 静电放电防护意义 1、减少损失（例如：美国一年的损失达200多 亿美金，仅电子工业的损失超过100多亿美金 ） 2、提高产品质量和可靠性 3、提高生产效率 4、静电防护回报达1：95以上 静电放电的培训人员 领导管理人 设计工程师 现场工程师 维护、修理技术人员 仓储人员 质量控制和检测人员 代表性的培训内容 基本知识与基本原理 静电防护操作要求 防护器材 测量与标准 敏感度分类 包装、标志 防静电工作区 静电起电定义 静电起电包括使正、负电荷发生分离的一切过 程，如通过固体与固体表面、固体与液体表面 之间的接触、摩擦、碰撞，固体或液体表面的 破裂等机械作用产生的正、负电荷分离。也包 括气体的离子化、喷射带电以及在粉尘、雪花 和暴风雨中的带电现象。 金属与金属的接触起电 两种不同的金属I和II相接触时，当它们之 间的距离小于2510-10m时，由于量子力学的隧 道效应，两种金属内的电子穿过界面而互相交 换。 由于两金属的功函数不同，对电子的吸引力不 同，当达到平衡时，一种金属失去电子带正电 ，另一种金属得到电子带负电，界面两侧出现 了等量异号电荷（偶电层），两金属之间产生 了一定的电位差（接触电势差）。 摩擦起电的实质 接触分离起电 任何不同材质的物体接触后再分离，即 可产生静电 静电是如何产生的 接触分离起电（本质） 摩擦起电 摩擦实质上是一种接触分离造成正负电荷 不平衡的过程 工作时常接触到的物体有： 桌面、地板、椅子、衣服、纸张、卷宗、 包装材料、流动空气。 1.3静电带电序列 （+） 兔毛 玻璃 云母 人发 尼龙 羊毛 毛皮 铅 丝 铝 棉花 钢 木材 琥珀 封腊 硬橡胶 铜、镍 银、黄铜 金、白金 硫磺 醋酸酯纤维 聚酯 赛璐珞 硅 聚四氟乙烯 序列表中的物质离得越远，各自所带的电荷数量也越大。 常见物质的磨擦起电序列如下表所示： 感应静电起电 物体不接触也能起电 当带电物体A接近不带电物体C时 在导体C的a端和b端分别感应出负电和正电 A C B 静电感应引起放电 + + + + + + + + 图1 其他起电方式 热电起电 压电起电 断裂起电 电解带电 亥姆霍兹层 喷射起电等 人活动产生的静电电压 (参考数据) 人体活动 静电电压 (KV) 静电电压 (KV) 相对湿度 (10-20)% 相对湿度 (65-90)% 人在地毯上走动351.5 在工作台上操作60.1 从工作椅上站起181.5 器件所能承受的静电电压 器件类型 静电破坏电压 (V) VMOS301800 OP-AMP1902500 几十伏到几百伏 几千伏到几万伏 器件 人体静电电压 要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏，这一 点非常重要。人体有感觉的静电放电电压在3000 5000V之间， 然而，元件发生损坏时的电压仅几百伏。 生产场所中的静电危害源 物体或工艺加工材料或活动 人站起 行走 操作 工作服 椅子 组装、清洗、测试 和维修区 静电是如何产生的 小 结 任何两个不同材质的物体接触后现分离即可 产生静电。 摩擦的实质是一种接触分离过程。 当带电物体接近不带电物体时会感应静电。 大部分器件的静电破坏电压都在几十至几百 伏，而在干燥的环境中人活动所产生的静电 可达几千伏到几万伏。 静电放电造成火箭飞行失败统计表 序号火箭名称飞行试 验代号 发射时 间 高度/KM真空度 /mmHg 故障简况及原因 1民兵IFTM-50219627.6316静电放电造成制导计算机故障 ,I级发动 机关闭前自毁,发射失 败 2民兵IFTM-503196221.839.6静电放电造成制导计算机故障 ,I级发动 机关闭前自毁,发射失 败 3欧罗尼IIF-II1971277.94静电放电使制导计算机阻塞,姿 态失控,约一分钟后,火箭I、II 级过载自毁发射失败 4侦察兵S-112196438-423.09-1.86电爆管桥丝和壳体之间因电弧 击穿，II级发动 机自毁系统爆 炸，发射失败 5侦察兵5128196438-423.09-1.86电爆管桥丝和壳体之间因电弧 击穿，II级发动 机自毁系统爆 炸，发射失败 6大力神 IIIC C-101967268.94静电放电使制导计算机故障后 自动转移到应急后备状态 7大力神 IIIC C-1419671752静电放电使制导计算机故障后 ，经地面发射指令，修正到预 定轨道 8德尔安23131974制导系统控制器件故障，火箭 翻滚，发射失败 电子工业中静电问题的产生 静电是时时刻刻到处存在的，但是在二十 世纪4050年代很少有静电问题，因为那时是 晶体三极管和二极管，而所产生静电也不如现 在普遍存在。在60年代，随着对静电非常敏感 的器件的出现，静电问题也出现了，到 70年代静电问题越来越来严重。8090年代， 随着集成电路的密度越来越大，一方面其二氧 化硅膜的厚度越来越薄(微米纳米），其承 承受的静电电压越来越低，另一方面 ，产生和积累静电的材料如塑料，橡胶等大 量使用，使得静电越来越普遍存在，仅美国 电子工业每年因静电造成的损失达几百亿美 圆，因此静电防护已成为电子工业的隐形杀 手。是电子工业普遍存在的硬病毒，在 某个时刻内外因条件具备时就要发作。 电子工业中静电问题的产生 静电对电子产品损害的 四种形式 吸尘（缩短寿命） 放电破坏（完全破坏） 放电产生热（潜在损伤） 放电产生电磁场（电磁干扰） 静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大 地有电位差，会产生放电电流。这三种特性能对 电子元件的三种影响： 1静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻（缩短 寿命）。 2静电放电破坏，使元件受损不能工作(完 全破坏)。 3静电放电电场或电流产生的热，使元件受 伤（潜在损伤）。 4静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百 伏/米）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子 产器造成干扰甚至损坏（电磁干扰)。 如果元件全部破坏，必能在生产及 品管中被察觉而排除，影响较小，如果 元件轻微受损，在正常测试下不易发现 ，在这种情形下，常会因经过多层之加 工，甚至已在使用时，才发现破坏，不 但检查不易，而且其损失亦难以预测。 要耗费多少人力及财力才能清查出所有 问题，而且如果在使用时才察觉故障， 其损失将可能巨大。 静电对电子产品损害 静电对电子产品损害 的四个特点 隐蔽性：人体感知的静电放电电压2-3KV 潜在性：操作后性能没有明显的下降 随机性：从一个元件产生以后，一直到它损 坏以前的所有过程 复杂性：分析困难，掩盖了失效和真正原因 静电对电子产品损害的特点 1. 隐蔽性 人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是 发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这 是因为人体感知的静电放电电压为23 KV,所以 静电具有隐蔽性。 2. 潜在性 有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显 的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形 成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。 静电对电子产品损害的特点 3. 随机性 电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说， 从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过 程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机 动性性。其损坏也具有随机动性性。 4.复杂性 静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、 细、微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高 的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使 如此，有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损 伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其他失效。 这在对静电放电损害未充分认识之前，常常归因于早 期失效或情况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效 的真正原因。所以静电对电子器件损伤的分析具有复 杂性。 静电放电造成微电子电路 损伤的模式 金属布线与扩散区（或多晶）接触孔产生火 花，使金属和硅的欧姆接触被破坏。 使节点的温度超过半导体硅的熔点（1415 ）时,使硅熔解，产生再结晶，造成器件短路 。 金属化电极和布线熔解、“球化”，造成电路 开路。 大电流流过PN结产生焦耳热，使结温升高， 形成“热斑”或“热奔”，导致器件损坏。 静电放电引发的瞬时大电流（静电火花 ）引燃引爆易燃、易爆气体混合物或电 火工品，造成意外燃烧、爆炸事故。 静电放电使人体遭受电击引发操作失误 造成二次事故、静电场的库仑力作用使 纺织、印刷、塑料包装等自动化生产线 受阻。第三类静电危害是由于静电放电 的电磁辐射或静电放电电磁脉冲（ESD EMP）对电子设备造成的电磁干扰引发 的各种事故。 静电放电造成微电子电路 损伤的模式 机理分析 一般说来，静电放电都是在微秒或钠秒量级 完成的，因此这一过程是一种绝热过程，放 电瞬间通过回路的大电流，形成局部的高温 热源。对微电子器件而言，其静电放电能量 通过器件集中释放，其平均功率可达几千瓦 ，热量很难从功率耗散面向外扩散，因而在 器件内形成大的温度梯度，造成局部热损伤 ，电路性能变坏或失效。 静电放电造成 微电子电路损伤的模式 静电放电强电场效应 强电场导致MOS声效应器件的栅氧化层被击 穿，使器件失效。 强电声导致微电子电路绝缘介质击穿，或使 器件性能下降。 强电场使集成电路和精密的电子组件老化， 降低设备寿命。 电子工业哪些过程会 产生静电危害 元件从生产到使用的整体过程中都会产生静电，依各 阶段的可分为： 1.元件制造过程 在这个过程，包含制造，切割、接线、检验到交货。 2.印刷电路版生产过程 收货、验收、储存、插入、焊接、品管、包装到出货 。 3.设备制造过程 电路板验收、储存、装配、品管、出货。 4.设备使用过程 收货、安装、试验、使用及保养。 为什么要提升静电防护意识 在本世纪70前代以前，很多静电问题都是由 于人们没有静电意识而造成的，即使现在也 有很多人怀疑静电会对电子产品造成损坏。 这是因为大多数静电损害发生在人的感觉以 下,因为人体对静电放电的感知电压约为3 ，而许多电子元件在几百伏甚至几十伏时 就会损坏，通常电子器件被静电损坏后没有 明显的界限，把元件安装在PCB上以后再检测 ，结果出现很多问题，分析也相当困难。特 别是潜在损坏，即使用精密仪器也很难测量 出其性能有明显的变化，所以很都电子工程 师和设计人员都怀疑静电，近年但实验证实 ，这种潜在损坏在一定时间以后，电子产品 的可靠性明显下降 静电是即古老又年轻的学科 任何物质接触分离后都会产生静电 静电的产生与材料、接触分离的速度、湿度 等因素有关 工业生产中静电危害的特点主要有：隐蔽性 、潜在性、随机性、复杂性 静电也可以利用。 高科技工业中静电 控制原理 在操作等过程中控制静电，使其不能达 到危害的程度（所有工作人员） 提高元器件、组件（线路板）及整机的 搞静电能力（设计人员） 人体静电放电控制原理 人体是最普遍存在的静电危害源 对于静电来说，人体是导体。 对人体采取接地的措施可以控制人体静 电。 静电放电控制原理接地 在大多数情况下，第三条导线（保护接地） 交流设备接地是接地的最优先选择。 当第三条交流设备接地导线不能用到或不适 用时，工作人员应该通过腕带或其它接地系 统与静电放电 敏感物件的一个导电性组件相 连接，以保证所有组件处在同样电位。 静电放电控制原理接地 静电导体接地 人员接地（腕带（0.81.2） 106 ；鞋对地 电阻 109 设备和工具接地： 1.0 环境：地面、货架、活动设备对地电阻1 109 防静电鞋与腕带使用中 人体安全问题 仅从防静电的角度考虑时，人体总的对地电 阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制 ，人体必须具有一定值的对地电阻，以便万 一发生金属设备或装置与工频电源短接的情 况下该电阻能够限制流过操作的人体上的电 流。最小值不应小于105，通常腕带的限流 电阻在1，防静电鞋的最小电阻应不应小 于105，最大不超过10 9 腕带和工作台垫提供ESD到达地下的清晰的路径， 使其佩带者接近零伏电荷。带和垫两者都用内置限 流 1M 电阻，形成一个安全系统，为装配或制造工 人防止来自偶然的110VAC的电击。 使静电从脚导到大地 使用防静电地面（防静电地垫、地毯等） 防静电鞋 防静电袜 防静电鞋垫 注意：鞋、地面、袜、鞋垫等必须全是防静 电的，才能保证静电从脚导向大地 无防静电地面或防静电地垫，单独使用防静 电鞋、防静电服防静电作用不大，因为静电 不能泄放到大地。 使静电从脚导到大地 佩戴防静电腕带并接地 用手触摸接地金属体如球能暂时释放人体静 电，但手离开接地金属体后又会产生静电 腕带对地电阻(0.81.2) 106 无线腕带不能起到好的防静电作用 防静电腕带的使用问题 使用腕带操作时不允许断开，否则会失 去接地作用。 夹在衣服等不导静电物体上的接地装置 ，不能释放人体静电 防静电鞋与腕带的使用中要注 意哪些问题 使用腕带操作时不允许断开，否则会失去接 地作用 。各种腕带使用的主要问题是开路， 有时是临时性的，有时是长时间断开，使失 去接地作用。有的人因此使用腕带检测器测 量其通断状态，有的用监测仪器测量腕带的 开路及电阻变大。 腕带扣得不紧造成人体皮肤与腕带的接触电 阻变大 有些腕带的电阻就是带子本身的，当带触及 地时使其电阻大大减小，有可能因此造成对 人体电击的危险。 防静电鞋与腕带的使用中要注 意哪些问题? 防静电鞋在穿用时应有防静电袜/鞋垫，并在 防静电地面上工作才能使人体所带的静电导 到大地，任何一部分电阻过大或断开都会使 人体带上危害的静电。所以在重要的部门应 有人体电阻测试仪随时检测人体所穿的鞋/袜 /鞋垫及与人体的总电阻是否能起到泄漏静电 的要求。 腕带应用专门的带插座的接地线与地连结， 不能夹在桌面或桌边的金属体上，因为这些 金属体对地的电阻可能很大。 要经常检查腕带的电阻. 防静电包装袋/容器材料 普通运载材料/物品包括： 防静电(antistatic)。这种类型包括传统 的粉红色特殊配方的塑料袋和不透明IC装 运管。当零件在内面移动时，这些具有事 实上不产生任何新静电的特性。但是重要 的是注意，它们不是屏蔽容器，不能阻挡 强电场(例如，在高度放电的泡沫托盘内的 IC装运管会把零件暴露给ESD)。 防静电包装袋/容器材料 屏蔽(shielding)。这一类型包括传统的金属 化装运袋和碳质线纸 板盒。金属化袋开始是 聚酯薄膜(Mylar)，然后喷涂连续的铝层。 这种袋为其包装的内容形成法拉第筒 (faraday cage)，可有效地阻挡电场 。铝涂 层袋对任何距离的装运都很好，但必须完全 关闭才起作用。它应该用拉链合上(如果提 供)、或折叠和胶带封住。不要用订书钉 来 密封袋，因为致命的电场会通过订书钉 从 外面传到内面。不要让袋子开着口，因为袋 内的物品会暴露在强电场下。不要将PCA用 空袋子包裹来携带。不要把PCA放在空袋子 上。 防静电包装袋/容器材料 碳质线纸 板盒开始是内面完全涂层的纸板， 外面是导电性的碳涂层。这种盒子对装运很 好，只有当盖子完全关闭才起作用。因为 PCA在盒子内到处移动，所以通常不提供接 地通路。如果盖子部分掉开，物品暴露，则 可能受到强电场的损坏。 导电性塑料如托盘和零件箱(由特殊配 方的塑料制造)。将PCA或元件放在耗散性脚 垫的纸上是可以的，只要引脚连续地接触脚 垫，人穿上脚带拿住托盘，只走在特殊涂层 的ESD耗散性上过蜡的地板上。 防静电包装袋/容器材料 零件箱也是由特殊配方的塑料制成，使 其具有导电 性和屏蔽性。这些可用于 本地或长距离的运输，盖子必须完全 闭合和拴住。 金属笼。这种笼子是工厂内部运 输的有效工具，如果有耗散性脚垫在 顶部(防止快速放电)，并用链条接地到 上过静电耗散性蜡的地板上 服装/手套/指套/帽子 服装/手套/指套/帽子 不锈钢纤维或导电纤维与普通纤维混纺 而成。通过导电纤维的电晕放电和泄漏 作用消除的静电。耐洗涤，但一般本身 不能导静电。 防静电服装/手套/指套/帽子单独使用时 防静电作用不大 静电消除 使用静电消除器 使用静电消电液 湿度控制 降低运动速度 湿度控制 用加湿机，使相对湿度在50-70%以内可以增快 静电泄漏 人体活动 静电电压 (KV) 相对湿度 (10-20)% 相对湿度 (65-90)% 在地毯上 走动 351.5 从工作椅上 站起 181.5 静电防护设施的定期检查 人员接地35 106 或100伏, 腕带 :(0.81.2) 106 腕带： 0.8 106 至1.2 106 EPA环境：工作台面,鞋类，地面，货架,活动 设备 1 109 200伏 设备工具接地 1.0 电子工业哪些过程会 产生静电危害 在这整个过程中，每一个阶段中的每一个小 步骤，元件都可能遭受静电的影响，而实际 上，最主要而又容易疏忽的一点却是在元件 的传送与运输的过程。在这整个过程中，不 但包装因移动容易产生静电外，而且整个包 装容易暴露在外界电场(如经过高压设备附近 ，工人移动频繁、车辆迅速移动等)而受到破 坏，所以传送与运输过程需要特别注意以减 少损失，避免无谓之纠纷。 所以，从元件的制造，使用到维修的任一环 节都有可能发生静电损害。 如何控制静电 从前面的分析可知静电是由于物体接触 分离，甚至没有接触的感应等方式产生 的，就连我们周围的空气也是由原子组 成的，当这些空气流动时也会产生静电 ，可以说：在任何时间、任何地点都可 能产生静电。要完全消除静电几乎不可 能的，但可以采取一些措施控制静电在 不危害的程度之内。 如何控制人体静电 人体是最普遍存在的静电危害源。对于静电来说 ，人体是导体，所以可以对人体采取接地的措施 1.使用防静电地面/ 防静电鞋/ 袜（静电 从脚导到大地） 通过脚穿防静电性地面、地垫、地毯，人员穿上 防静电鞋袜，形成组合接地。 2.佩戴防静电腕带并接地（静电从手导到大地） 通过手用以泄放人体的静电。它由防静电松紧带 、活动按扣、弹簧软线，保护电阻及插头或夹头 组成。松紧带的内层用防静电纱线编织，外层用 普通纱线编织。 上述两项措施都是实用而有效的，应视不同的场 合选择使用. 工厂防静电基本要求 一、静电防护的基本原则 a、抑制静电荷的积聚； b、迅速、安全、有效地消除已经产生的静 电荷。 二、防静电工作区场地 、地面材料 a、禁止直接使用木质地板或铺设毛 、麻、化纤地毯及普通地板革。 b、应该选用由静电导体材料构成的 地面，如防静电活动地板或在普通地面 上铺设防静电地垫，并有效接地。 c、允许使用经特殊处理过的水磨石 地面，如事先敷设地线网、渗碳或在地 面喷涂抗静电剂等。 、接地 a、防静电系统必须有独立可靠 的接地装置，接地电阻一般应小于10 ，埋设与检测方法应符合GBJ 97的要求 。 b、防静电地线不得接在电源零 线上，不得与防雷地线共用。 c、使用三相五线制供电，其大 地线可以作为防静电地线（但零线、地 线不得混接）。 、接地 d、接地主干线截面积应不小于 100mm2；支干线截面积应不小于6mm2 ；设备和工作台的接地线应采用截面积 不小于1.25mm2的多股敷塑导线，接地 线颜色以黄绿色线为宜。 e、接地主干线的连接方式应采用钎 焊。 f、防静电设备连接端子应确保接触 可靠，易装拆，允许使用各种夹式连接 器，如锷鱼夹、插头座等。 、天花板材料 天花板材料应选用抗静电型材料 制品，一般情况下允许使用石膏板制品 ，禁止使用普通塑料制品。 、墙壁面料 墙壁面料应使用抗静电型墙纸， 一般情况下允许使用石膏涂料或石灰涂 料墙面，禁止使用普通 墙纸及塑料墙纸。 、湿度控制 a、防静电工作区的环境相对湿 度以不低于50%为宜。随着湿度上升(空气中许多潮气) ，ESD的危险没有了。这个说法是错误的。危险性降低是真的，但没有脱离 。 b、在不对产品造成有害影响前提 下，允许使用增湿设备喷洒制剂或水， 以增加环境湿度。 c、计算