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1,静电防护指南,静电防护指南 ESD防护培训 作者：荷兰赌徒,2,静电防护指南,静电防护带给我们的收益 静电产生及危害 静电放电模型及静电敏感等级 静电防护原理 防静电系统构成 相关标准及术语,3,静电防护指南,静电防护带给我们的收益,（器件抗静电能力减弱原因，集成化、小型化） 降低原材料损坏率 提高设计的准确性和可靠性 提高正品率 提高工作效果 降低生产成本,4,静电防护指南,静电产生及危害,静电产生的方式 静电效应 静电对电子生产制造业的危害 常见静电源和静电电压,5,静电防护指南,静电产生的方式,通常物体保持电中性状态，这是由于它所具有的正负电荷量相等的缘故。静电没有作定向运动的电子或离子所带的电，是物体表面过剩的静止电荷。,引起这种电子不平衡分布的原因是因为外力使电子而脱离原来的轨道，诸如动能、势能、热能、化学能等。,6,静电防护指南,静电产生的方式（续）,摩擦起电：通过摩擦使两种物体（至少一种是绝缘材料）带有等值异号电荷。 剥离起电：相互密切结合的物体剥离时，会引起电荷分离，引起分离物体双方带等值异号电荷，如：叠在一起的塑料袋分离时。 感应起电：静电场范围内的物体会因感应而带电（感应起电一般只在导静电材料上发生）。 其他起电方式：断裂起电、压电效应、电磁辐射起电等,7,静电防护指南,静电效应,电场力：物体产生静电后，在其周围形成静电场，位于静电场中的任何其他带电体都会受到电场力作用排斥或吸引。 静电放电(ESD-Electrostatic Discharge)：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两物体间的静电电荷的转移。静电电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。当垂直于物体表面的静电电位达到2000伏时，可以向空气放电。 静电感应（Electrostatic Induction）：在静电场影响下引起物体上电荷重新分布的现象。,8,静电防护指南,静电对电子生产制造业的危害,吸附尘埃：主要对微电子行业（相关有邦定IC） 静电放电(ESD-Electrostatic Discharge)损伤：静电放电（ESD）可使集成电路芯片介质击穿，芯线熔断、漏电流增大加速老化、电性能参数改变等，给电路造成损伤，主要表现有硬损伤（约占10%左右）和软损伤（约占90%）。 静电感应（Electrostatic Induction）：静电感应使物体产生静电并发生ESD事件，所以静电感应不仅具有静电放电的危害，而且起感应放电产生的宽频带干扰可对计算机和低电平数字电路发生翻转或仪表运行失常甚至损坏。,9,静电防护指南,静电对电子生产制造业的危害（续）,静电放电失效机理： IC的高度集成化，绝缘间隙越来越小，根据E=V/d，极小的静电电压，就能使IC内部线路间引起击穿，SiO2的临界场强为1*107V/cm，1000V的静电电压就可以造成IC内部过电压场失效。（MOS）影响过压失效的主要因素是累积的静电电荷量和高电压 。 在IC内部一些内阻较小的放电回路中，静电放电电流过大，常常造成内部局部温度超过材料熔点而引起过电流热致失效。（双级型）影响过流失效的主要因素是功率密度。,10,静电防护指南,静电对电子生产制造业的危害（续）,ESD损伤的特点： 隐蔽性：人体不能直接感知静电，即使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。 潜在性和累积性：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。 随机性：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性。 复杂性：静电损伤失效分析困难，难以与其他损伤区分。,11,静电防护指南,常见静电电源和静电电压,生产中常见静电电源有：一、工作服 二、工作鞋 三、各种绝缘表面 四、各种包装和容器 五、工作台面等,操作人员工作时产生静电的基本情况,静电起电序列,典型的静电源,12,静电防护指南,典型静电源,13,静电防护指南,常见物品静电起电序列,14,静电防护指南,静电放电模型及静电敏感等级,几种静电放电模型 人体放电模型（HBM） 机器模型（MM） 带电器件模型（CDM） 电场感应模型（FIM）,静电敏感等级 根据HBM划分 根据MM划分 根据CDM划分,静电放电模型：根据静电产生的原因和放电方式的不同，将实际中的放电现象进行建模以系统分析静电放电现象 。,15,静电防护指南,人体放电模型（HBM）,人体放电模型（HBM）：最早的关于静电放电模式分析来自美国军方提出的人体放电模型(Human-Body Model, HBM)，该模型也是静电损伤最普遍的原因。当人走过楼面时，静电电荷就在人体上积累。手指与ESDS器件或组件表面的简单接触就可使人体通过一系列有效电阻（11.5K）放电，可能造成器件损坏。等效电路如图所示 。 E：0-5KV Rb：人体等效电阻1.5K Cb：人体等效电容100pF,16,静电防护指南,机器模型（MM）,机器模型（MM）：与HBM事件类似的放电还可发自导电物体，例如金属做的工具或设备。机器模型源自日本，是试图建立一个最恶劣的HBM事件的结果。这个ESD模型包含一个200pF的电容，它向未串联阻抗的一个元件直接放电。与最恶劣的人体模型相比，机器模型也许过于严格。然而，现实世界确实有该模型所代表的情况存在。例如，来自充电板组件或自动测试器电缆的快速放电。等效电路如图所示 。 E：0-5KV Rb：人体等效电阻0 Cb：人体等效电容200pF,17,静电防护指南,带电器件模型（CDM）,带电器件模型（CDM）：来自ESDS器件的电荷转移也是ESD事件。例如，一个器件可能在顺着送料器滑入自动装配机时被充电。如果它随后接触到插头或其它导电表面，从该器件到金属物体的快速放电就可能发生。这个事件就是带电器件模型（CDM）事件，对某些器件而言可能比HBM更具破坏性。尽管放电持续时间非常短暂（通常小于1纳秒），但电流峰值可达几十安培 ，甚至数百安培。等效电路如图所示 。 E：0-5KV Rb：放电等效电阻 Cb：带电体等效电容,18,静电防护指南,静电放电模型示意图,E：高压直流电源 Rs：充电限流电阻 Cb：带电物体等效电容 K：高压开关 Rb：放电等效电阻 DUT：被测试器件,静电放电模式图,HBM MM CDM,19,静电防护指南,根据HBM划分的静电敏感等级,GJB 1649-1993电子产品防静电放电控制大纲 ANSI/ESD-S5.1-1994 美国电气过载（EOS）/静电放电（ESD）标准协会 静电放电敏感产品防护用标准：元器件级，人体模型,20,静电防护指南,根据MM划分的静电敏感等级,ANSI/ESD-S5.2-1994 美国电气过载（EOS）/静电放电（ESD）标准协会 静电放电敏感产品防护用标准：元器件级，机器模型,21,静电防护指南,根据CDM划分的静电敏感等级,EOS/ESD-S5.3-1993 美国电气过载（EOS）/静电放电（ESD）标准协会 静电放电敏感产品防护用标准：元器件级，带电器件模型,22,静电防护指南,静电防护原理及措施,静电防护材料分类 静电耗散与接地 静电中和 静电屏蔽与接地 常见静电防护措施,23,静电防护指南,静电防护材料分类,静电耗散材料：表面电阻率等于或大于105但小于1012（1012），体积电阻率等于或大于104cm但小于1011cm的材料。这种材料的静电荷在其表面移动速率虽大大低于静电导体，但当其受到摩擦时，表面产生的电荷可以较快地扩散和泄漏。合成橡胶（添加导电材料），防静电工作服等。,24,静电防护指南,静电防护材料分类（续）,导静电材料：表面电阻率小于105，体积电阻率小于104cm的材料。这种材料通过接地能将表面积聚的静电电荷快速泄漏。能满足这类电阻率的材料有某些金属、导电塑料、金属丝(线)浸渍材料、导电层压板。,25,静电防护指南,静电防护材料分类（续）,静电屏蔽材料：屏蔽材料是电阻率很低的导电体，具有表面电阻率等于或小于104，表面受到摩擦一般不起静电，能用于屏蔽射频和低频电磁场，但因其电阻太小，易在静电场中产生静电感应和静电放电而损坏产品。金属等,26,静电防护指南,静电耗散与接地,静电耗散是通过使用防静电材料替换生产过程中使用的各种绝缘材料并接地以改善防静电效果，是将ESD防护材料或导体上积累的静电荷用某些导静电方式，将其泄漏到大地或者一个表面积足够大的浮接地体上。 接地的静电耗散材料可以看作是静电耗散材料面积的增加，不接地的静电耗散材料也可以看作是面积缩小的地面。 对于静电接地电阻，国家标准GB12158-90规定：静电导体与大地之间的总泄漏电阻值在通常情况下不应大于106 。,27,静电防护指南,静电中和,静电中和也是消除静电的一个重要措施。在一些不便于使用ESD材料和接地的场合，或者一些必须使用高绝缘易产生静电的材料的场合（如塑胶外壳等）为了保证产品质量就必须使用静电中和的方法来消除环境中的静电。静电中和常常借助离子静电消除器或感应式静电刷来实现。 静电中和的原理是使用静电消除器产生的正负电荷来中和静电源上的正负电荷，从而消除静电源上积累的静电电荷。,28,静电防护指南,静电屏蔽和接地,静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生的静电场屏蔽，从而避免静电场对ESDS器件和ESDS组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。 静电屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体实现的。静电屏蔽效果与接地有很大关系，只有将屏蔽体接地，才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄露，使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。,29,静电防护指南,常见静电防护措施,在实际生产中不产生静电是不可能做到的，产生静电并非危害所在，静电的危害在于静电的积累并由此引发的静电放电。 ESD防护基本原则： 控制静电的产生和控制静电的消散 控制静电产生主要是控制工艺过程和工艺过程中材料的选择；控制静电的消散则主要是快速而安全地将静电泄放和中和。两者共同作用的结果就有可能使静电电平不超过安全限度，达到静电防护的目的。,30,静电防护指南,常见静电防护措施（续）,做好ESD防护设计（电子、结构、包装） 建立防静电工作区，加强生产中对防静电的管理 针对导静电材料采用的方法： 使用静电耗散材料替代绝缘材料（生产、实验） 增湿、接地 针对绝缘材料采用的方法 使用离子风机、离子枪增加离子浓度,31,静电防护指南,静电泄漏时间与接地电阻的计算,当接地电阻小于110时，可以使产生的静电快速的泄漏到地，R越小泄露时间越短，同时要考虑到人生安全的5mA电流限制。,32,静电防护指南,ESD防护设计,在结构和包装上进行设计（GJB/Z86-97防静电包装手册）。,33,静电防护指南,静电防护系统构成,静电防护系统硬件构成 静电防护系统软件构成 ESDS在公司的静电防护流程,一个完整的静电防护工作应具备以下几点： 完整的静电安全工作区（EPA） 适当的静电遮蔽容器（存放、周转） 工作人员具备完全的静电防护观念 警示标志（防止不知情人员以外的损伤）,34,静电防护指南,静电防护系统硬件构成,人体防护用品 物流传递物品 防静电操作系统 防静电地坪 防静电接地 环境控制系统 特殊防静电用品 防静电标志 静电测量系统 EPA的定期检查,地垫,35,静电防护指南,静电防护系统硬件构成示意图,36,静电防护指南,人体防护用品,防静电工作服,防静电指套,防静电手腕带,防静电脚踝带和鞋,37,静电防护指南,EPA的防静电接地,EPA内的接地方式：软接地、硬接地 EPA内的接地要求：GB12158-90防止静电事故通用导则 EPA内工具的接地：烙铁头对地电阻小于20 工作台面各点并联接地、两点接地 EPA接地标志,38,静电防护指南,特殊防静电用品,离子静电消除器,离子枪,39,静电防护指南,离子静电消除器原理,40,静电防护指南,防静电警示标志,ESD敏感标志,ESD保护标志,对静电敏感不得接近,防护措施已到位,41,静电防护指南,静电测量系统,非接触式静电电压（量）测试仪 高阻计 配套测试仪器和电极 静电衰减时间测试仪（离子平衡分析仪） 接地电阻测试仪,42,静电防护指南,静电测量系统（续）,静电电压测试仪,高阻计,43,静电防护指南,静电测量系统（续）,防静电接地测试仪和测试方法,44,静电防护指南,静电测量系统（续）,离子平衡分析仪,45,静电防护指南,静电测量系统（续）,体积电阻和表面电阻测试方法和测试电极,46,静电防护指南,静电测量系统（续）,人体综合电阻测试,腕带测试仪,47,静电防护指南,EPA性能检查频次,GJB 3007-97 防静电工作区技术要求,48,静电防护指南,静电防护系统软件构成,培训大纲与人员培训 防静电工艺和设计文件 有关防静电专业标准 规章制度和操作规程 完整质量保证体系（检查和实验） 各种防静电警示标志 储存和运输要求,49,静电防护指南,员工静电防护要求,进入防静电工作区必须按规定穿好防静电工作服和防静电鞋 接触ESDS元件必须按规定穿戴还接地腕带和接地脚带，并通过相应测试 易产生静电的物品严禁带入防静电工作区 ESDS元件存储、搬运、分发必须存放在防静电包装内,50,静电防护指南,员工静电防护要求（续）,只有采取了相应的防静电措施后才能打开防静电包装 防静电工作区内的推车及货架必须有妥当的接地装置 防静电工作鞋、防静电工作服禁止穿出防静电工作区，并要按规定及时清洗和更换 任何防静电工作过程中出现的问题都应该及时和与防静电管理人员联系解决。,51,静电防护指南,ESDS在公司的静电防护流程,52,静电防护指南,相关标准及术语,ESD：静电放电(ESD) electrostatic disch