静电防护技术 E S Dppt课件.ppt

静电防护技术 课程目标 1 了解ESD的基本知识 放电模式 3 熟悉现场使用到的防静电用品和测试设备 2 了解防静电系统的构成 目录Contents 1 静电基本知识 2 静电放电模型 3 静电防护原理 4 静电防护用品 5 静电测试设备 静电 静止未流动的电荷 能够长时间停留在某些物料上 ESD ElectrostaticDischarge静电放电因为电子产品生产中静电放电是静电危害最主要的部分 所以ESD成为静电的防护代名词 静电基本知识 常见的静电放电现象 1 雷电 电压高达数亿伏 2 严寒的冬天 当您脱下暖和的毛衣 您会听到哔哔啪啪声 3 干燥的冷天 当伸手去开车门或窗户 会感到触电的感觉 4 用手去抚摸家里的猫 您会发现猫竟然怒发冲冠 人们对静电的感知 静电与电的区别 静电的产生有四个途径 1 接触分离 最常见的 摩擦 2 电感应 3 电容效应 4 压电效应 静电的 产生 摩擦 生电 主要来源 接触 摩擦 压力 或 分离 静电的 产生 1 接触分离带电 理论上讲 不同物质接触分离都会产生静电 只是静电压高低的问题 以下两种情况容易产生较高的静电 吸真空负压的接触分离 反复接触分离动作 静电的 产生 1 摩擦带电 摩擦通常被认为反复的接触分离 容易产生较高的静电 需要特别注意 工作中的人体走动 取放物品都会产生静电设备中的运动也有摩擦或接触分离的动作 因此也会产生静电移动的设备如推车 也会因摩擦产生静电 静电的 产生 1 剥离带电 同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会产生静电通常会产生强烈的静电 需要使用离子风机消除 物质原有的电荷平衡被打破 两边带上相反的电荷 典型的静电源 1 不干胶贴2 静电膜3 标签 静电的 产生 静电的 产生 静电序列表 规律 两物体接触分离或摩擦后 排在前面的带正电 后面的带负电 距离越远 摩擦电压越高 实际应用 人类认识的不足 不同列表有所差异 循环现象 反向现象 应用时不可作为硬标准 玻璃有机玻璃尼龙羊毛丝绸棉织品纸金属黑橡胶涤纶维尼纶聚苯乙烯聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯 2 感应带电 接近 静电传递 接地 离开 导体的周边出现静电场时 导体会因电场感应而带静电 静电的 产生 感应带电往往会让电子器件带电 从而造成损坏 因此在敏感器件的操作区要严格地控制静电场水平 我公司控制的要求为静电压小于0 200V 2 感应带电 静电的 产生 3 电容效应 C o rA d o 8 85X10 12F m r 材料的相对介电常数 V Q C 静电压并非固定值 电容效应只增加静电破坏的风险程度 并没有改变电荷量 静电的 产生 目录Contents 1 静电放电模型 2 静电基本知识 3 静电防护原理 4 静电防护用品 5 静电测试设备 静电放电模型 带电器件模式 人体放电模式 机器放电模式 建立模型的目的 1 针对不同的模型寻找防止不同ESD的方法 2 知道器件敏感不同放电方式下的耐受能力 静电敏感度 业界在对发生ESD的三类普遍的情况总结后形成了三个典型的ESD模型 静电放电模型 人体放电模式 HumanBodyModel HBM 描述人体带了静电后接触处于接地的器件 发生放电的情况 避免HBM最有效的方法是使用人体接地 减少人体带电的情况 静电放电模型 机器放电模式 MachineModel MM 描述设备 机器等金属物体带了静电后接触处于接地的器件 发生放电的情况 避免MM最有效的方法是确保设备 工作台 运输工具等接地 由于设备通常比人体电容大 所带静电荷多 且阻值小 并有电感效应存在 MM造成的ESD损伤比同等电压下HBM严重很多 可理解为最恶劣的HBM情况 由日本开创制定 静电放电模型 带电器件模式 chargedDeviceModel CDM 描述器件带静电后接触一个接地的导体发生放电的情况 器件带电可能因摩擦或传导直接带电 也可能因感应而带电 如是后者 其放电过程可能分两次进行 静电放电模型 带电器件模式 chargedDeviceModel CDM CDM的防范主要从以下几方面入手 避免器件因包装和周转容器材料的原因摩擦产生静电 避免器件周围有静电源而产生感应带电 与器件接触的材料使用耗散型材料 1kV放电CDM HBM及MM放电比较 CDM只有HBM和MM放电时间的百分之一峰值电流比HBM高40倍 静电放电模型 静电放电模型 静电敏感度分档的目的 不同的敏感度需要不同的控制做法 太多的管制增加成本以及操作困难 必须在成本 可操作性和效率之间取得平衡 所以知道器件的敏感度是重要的 静电放电模型 静电敏感度分档 元器件HBM敏感度等级划分 元器件MM敏感度等级划分 静电放电模型 静电敏感度分档 元器件CDM敏感度等级划分 静电放电模型 部分元器件的静电敏感度 目录Contents 1 静电防护原理 2 静电放电模型 3 静电基本知识 4 静电防护用品 5 静电测试设备 缺乏管制意识的主要原因 1 人体能感觉出静电存在的水平为2 000 4 000volts 但 敏感器件只须 100volts便能被损坏 大部分 1 000volts 2 大部分的静电破坏是潜在的 并不能够被马上识别出 3 静电破坏现象有较差的重复性 并且不容易模拟 4 找出静电破坏的证据和根源一般相当不容易 而且成本可能很高 5 缺乏培训和对问题的重视 ESD破坏常被误判为EOS损坏 静电防护原理 缺乏同时考虑技术和管理方面的要求 并把两者仔细整合起来 我们的ESD控制就难以做得很好 静电防护原理 静电防护原理 管理上的要求 系统建设管理 系统维护管理 系统改善管理 专职的项目经理和ESD委员会 管理层的决心和真正承诺 意识 管理培训 供应链管理 静电防护原理 ESDS分类 内置保护设计 制定所需控制程度 指定和设计EPA 控制材料和工具的选择采购 接地设计 电离中和设计 技术 操作 运作培训 建立测量设备 能力 技术上的要求 静电防护原理 全面管制是重要的 静电防护原理 静电防护原理 1 电阻 两点间电阻 Point to PointResistance 用以分析或描述点与点之间的电阻 PointA PointB I V 两端电阻高 两端电阻较低 两端电阻更低 电阻是个可以被直接测量的参数 物件体积以及测点距离决定电阻值 测量结果也受到测量用探针种类影响 静电防护原理 2 表面电阻率 SurfaceResistivity 用以分析依赖表面放电为主的材料 测量电极 w l 测量材料表面 I w V l 表面电阻率 电阻X 表面电阻是个不受尺寸影响的常数 以 表示 使用表面电阻率的原因 表面电阻率是个最常用参数 因为 1 测量结果不受测量电极或探针种类的影响 数据方便于比较 2 大多数防静电工具利用其表面来放电 测量表面的导电性能因此提供直接的依据 3 测量直接 方便和容易 静电防护原理 2 表面电阻率 SurfaceResistivity 2019 12 19 38 可编辑 静电防护原理 ohm cm 体积电阻率 从材料的电阻率数据中 我们可以计算出某体形大小的材料的电阻 3 体积电阻率 volume bulkresistivity 用来测量或分析单一性的材料 导体材料 耗散材料 绝缘材料 0 105 1012 静电防护原理 很难获得静止的自由电子 容易获得静止的自由电子 表面电阻值 增加材料的导电性能够减少静电的累积 ESD防护的基本技术手段 等电位接地中和静电放电屏蔽湿度控制防静电材料和抗静电剂处理敏感器件的标注 静电防护原理 等电位 基本原理 让可能接触敏感器件的所有表面处于等电位状态 避免静电放电发生 做法 所有可能接触器件的物体使用并联连接 共同连接点 静电防护原理 注意事项 静电仍可能存在于器件上 小心CDM破坏 接地 基本原理 将静电通过接地线或接地装置传导泄放到大地 做法 建立静电接地系统使用静电导电或静电耗散材料并接入ESD接地系统人体佩戴手腕带 并接入ESD接地系统人体穿防静电鞋所有人员必须是不间断的接地 静电防护原理 注意事项 放电速度必须得到控制 不能太快或太慢 105 R 109 为佳 必须照顾到人体安全性 中和 离子化 基本原理 电离空气产生正负离子 中和静电电荷 使用对象 绝缘体上的静电 做法 离子风机 离子风枪消除静电 静电防护原理 静电放电屏蔽 基本原理 屏蔽静电场阻隔静电放电电流通过敏感器件 做法 使用静电屏蔽材料和屏蔽容器包装或盛放敏感器件和产品 静电防护原理 本控制技术不单独使用 必须配合接地和离子中和方法 湿度控制 基本原理 增加湿度减少静电的产生 降低摩擦电压 做法 控制湿度在40 70 我们公司控制的湿度范围是多少 静电防护原理 防静电材料和抗静电剂处理 基本原理 通过使用不产生或产生静电小的材料 减少静电材料表面光洁 减少静电静电序列的应用 做法 使用抗静电材料使用抗静电剂 静电防护原理 ESDS器件警示标志 ESDS保护标志 ESD接地点标志 ESD标志和标注 静电防护原理 可回收使用标志 常用于包装上 早期的静电敏感器件标志 现在还有少数产品在用 防静电区 EPA 标志 ESD标志和标注 静电防护原理 ESD防护的安全性考虑 防止意外漏电等情况 安全电流 0 5mA以下限流电阻 1M 漏电断电保护器其他安全考虑 出现危险时容易脱开无腐蚀 无刺激等 静电防护原理 建立防静电工作区 EPA EPA electrostaticdischargeprotectedarea 的含义就是静电放电保护工作区EPA就是能够提供器件保护条件的工作区域 静电防护原理 目录Contents 1 静电防护用品 2 静电放电模型 3 静电基本知识 4 静电防护原理 5 静电测试设备 静电防护用品 防静电手腕带 金属 导电丝线 容易脱放的snapon设计 内置1M 电阻 静电防护用品 防静电鞋带 Heelstrap Toestrap 注意袜子的导电性 使用于需要经常走动的情况 提供人体和地板间的导电途径 必须和导电地板同时使用 双脚都应该佩戴 常用电阻值1M 2M 静电防护用品 防静电鞋 103 108 cm Note 当使用小于105 cm时注意安全 同样必须注意袜子导电性 静电防护用品 防静电地板 防静电地面 防静电地面涂层 防静电地毯 防静电地砖 防静电地板必须有正确良好的接地才能有效 楼房地点 防静电材料 铜或金属片条 导电胶 1 地板 2 金属片条 3 墙壁 4 电源 接地点 静电防护用品 防静电工衣 Garment Wear overtype Groundingfacility Clean roomtype Replacementtype 必须做为外套 完全覆盖原有衣物 必须接地 间接通过人体和腕带或鞋子 静电防护用品 桌垫 地垫 Table FloorMats 单一材料 顶层dissipative 高导电性中间层 底部绝缘体 多层材料 双层材料 所有防静电垫都必须接地 可接地点 垫的部分 接地电线 接EPA中的 共同地 点 Mat 静电防护用品 手套 手指套 Glove FingerCots 手套和手指套的首要作用是避免工件污染 不是防静电 手套 单一材料或织导电丝线 手指套 单一材料 静电防护用品 手动刷子 导电手柄 导电刷毛 107 108 cm 使用者必须接地 备注 效果必须认证 比如通过腕带 静电防护用品 防静电工作台 全采用导电材料制成 不需要桌垫 除非需要软垫 层压式 3种常见 单一材料 环氧树脂涂层 静电防护用品 防静电推车 运送ESDS部件或半制成品 金属材料居多 也有Dissipative 应该提供人体或其他物件的接地 通过导电车轮或拖链和导电地板接触放电 静电防护用品 离子风机 Ionizers 放射离子机 正负离子完全平衡 效果好 中和快 可靠性强 不出现故障 有一定的寿命期 更换是唯一的保养工作 不可在开放空间使用 价格高 安全问题 静电防护用品 电场离子风机 Ionizers 无源离子机 有源离子机 电晕放电 高压电源 4种基本类型 1 直流电 2 脉冲直流电 3 交流电 4 无源 静电防护用品 电场离子风机 Ionizers 无源电场离子机 必须靠近被中和的物品 只能够减少静电而无法完全除去 放电需要一定的电压差 当静电电压 电晕放电电压 离子化形成而产生离子 异性离子被吸引到带电物件上 中和静电 同性离子被排离物件 再被离子机吸收放电到接地点 静电防护用品 电场离子风机 Ionizers 有源电场离子机 电离子是因电场产生 不是电压产生 当离子机射极为正时 负离子被吸引到射极而中和 正离子被射极排斥而离开射极 像是发射出去 静电防护用品 电场离子风机 Ionizers 交流电离子机 设计简单 成本低 正负离子交替产生周期为1 100or1 120秒 50or60Hz 离子的自然中和会进一步降低效率 需要高风速补偿 由于效率低 需要更大的电压来产生足够的离子 会造成许多颗粒 不利于严格的无尘车间使用 稳定 静电防护用品 电场离子风机 Ionizers 直流电离子机 需要复杂的控制电路来确保正负离子数量的平衡