ESD防护基础知识.ppt

ESD基础培训 目录 静电的危害及历史静电基础知识静电控制常见的不符合ESD控制规范的实例 ESD损坏种类比例 严重损坏10 潜在损坏60 局部损坏30 在实际中潜在损坏及局部损坏均表现为软损伤 即无法通过出厂测试筛选出来 静电损伤试验 对微电路中的一段线路做ESD实验发现 200V 400V时线路的阻抗没有发现变化600V时微电路的性能指标稍有下降 但仍能通过测试 800V 900V出现了局部熔断和孔洞 线路阻抗发生了明显变化1000V线路断路 器件被完全损坏 人体对静电的敏感程度 在大于3000伏时 你能通过皮肤感知 在5000伏时 你能听见 在10000伏时 你能看见 人体对ESD的感觉 部分元件ESD的敏感度 大部分器件的敏感度都小于人体感知电压 我司EPA控制电压为 100VH公司的ESSD 静电敏感器件 包括集成电路 IC 场效应管 MOS管 光电器件 LED 数码管 厚膜 电阻 板卡及其组件 88年美国ESD影响损失50亿美元电子产品运行出现的故障49 的为静电所致日本IC生产中的不合格品45 是静电造成的90 ESD对元器件 电路的破坏是潜在的 ESD对行业造成的损失如此巨大 加上人体对小于3000V的静电基本上无感知 所以静电需要引起足够的重视 静电在行业中的损失 静电的危害及历史静电基础知识静电控制常见的不符合ESD控制规范的实例 目录 有关静电名称解释 静电 静电就是物体上多余的电荷 所产生的效应包括带电体之间力的作用和电场 静电放电 ESD ElectrostaticDischarge 带有不同静电电势的物体或表面之间的静电电荷转移 有两种形式 接触放电 电场击穿放电 静电敏感度 ESDS ElectrostaticDischargeSensitivity 静电敏感器件 ESSD ElectrostaticSensitiveDevices EPA ESDProtectArea ESD防护区域 抑制静电荷的积累和静电压的产生 安全 迅速 有效的消除已产生的静电荷ECA ESDControlArea ESD控制区域 EOS ElectrostaticOverStrength 电过应力 静电的产生 几种静电产生方式 静电的产生有三个途径 1 接触分离 最常见的 摩擦 2 电感效应 3 电容效应 电容效应只增加静电破坏的风险程度 并没有改变电荷量 思考 温度变化是否能产生静电 静电的产生 摩擦起电 主要来源 接触 摩擦 压力 或 分离 摩擦 生电 静电的产生 摩擦起电的影响因素 材料 包括材料的相对性 接触力 分离速度 环境湿度 在干燥和快速移动活动中使用不当的材料容易产生高静电和增加静电破坏风险 接触面积和表面粗糙情况 决定静电量的主要因素 静电的产生 摩擦起电环境对静电的影响 相对湿度越高越好 60 高湿度对于一些考虑 例如腐蚀 污染 不利 折中湿度要求45 75 空气中的水气增加空气的导电性 因此减少静电的产生或累积 静电的产生 电感效应 电感效应 注 绝缘体不能够被电感生电 静电的产生 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 静电的产生 静电的特性 高电位 可达数万至数十万伏 操作时常达数百至数千伏 人通常对3 5KV以下静电不易感觉到 低电量 静电流多为微安级 尖端瞬间放电例外 作用时间短 微秒级 受环境影响大 特别是湿度 湿度上升则静电积累减少 静电压下降 静电的损伤方式 半导体氧化层周围的电压超过了氧化层介质击穿电压氧化层越薄 对静电越敏感 在ESD事件中产生的热量使器件局部过热和使接点融化 过热和短路会损坏器件热是由放电电流产生的热能与放电电流的平方成正比 电介质击穿 热击穿 静电的损伤方式 硬损伤 器件不能工作软损伤 ESD减弱了器件或单板的性能 但仍能通过测试 单板或器件的特性变差 最终失效 静电的损伤方式 EOS ESD能引起电过应力 EOS 熔化器件的金属部分EOS有下列特点 持续时间较长的大电流对器件的大面积损伤损伤可以明显观察到 材料的电特性 绝缘体是个问题 因为静电可以产生和累积其上 而 导体也可能是个问题 因为导体造成快速的放电 以及受到外来感应 最终造成电晕放电或电感破坏现象 Conductor Insulator 在ESD领域 材料分为绝缘体 导体 静电耗散材料 材料的电特性 绝缘体 限制电子自由移动很大的体电阻 1x1011 很少有电子在物体中移动能够保持大量电荷在同一种物体的上的不同地方可以保持正电荷和负电荷 绝缘体的耗散只能通过环境 离子风机 涂防静电液等 不能通过自己的表面 注意 纸板和木头在湿度较高时因为吸水具有静电耗散性能 湿度较低 一般小于50 左右 时表现为绝缘性能 材料的电特性 导体 电子在导体表面和体内流动体电阻 1x104 如果连接到地 电荷能被中和电荷能被积累在没有接地的导体上在导体上的电荷泻放快 材料的电特性 人体 最容易产生静电对地能储存电荷人在走动时产生静电产生15千伏的静电很常见产生35千伏的静电是可能的 但不常见 材料的电特性 静电耗散材料 电子在材料的表面可以自由移动 但移动的速率由于电阻而受到控制如果被接地 电荷将被缓慢的释放掉体电阻 1x104 1x1010 思考 导体电阻小 更易释放物体上的静电 为何不选用导体作为静电耗散材料 静电耗散材料 抗静电包装袋 Antistatic包装袋 常被称为 粉红塑胶袋 聚乙烯填入控制材料或涂层 加入粉红色素以方便和非防静电 材料进行区分 有无静电和散电功能 但没有屏 蔽能力 通常用以包装非敏感器件 使和 敏感器件共同使用时不会出现静电而对ESSD件造成损坏 1 109 R 1011 typical 静电耗散材料 静电屏蔽袋 静电屏蔽袋 利用多层多材料技术来对所有静电放电模式进行防护 聚乙烯层 Antistatic 可热压封口 耐拉 良好绝缘强度 聚酯层 耐拉 外形稳定 不变形 良好绝缘强度 耐击穿 导电金属膜层 低电阻 102 透光性 40 连续导电面 耐磨涂层或 dissipative涂层 防静电采用标识 问题点 1 如何判断材料是否为防静电材料 可以通过是否仪器检测出来 2 如何消除绝缘体上的静电压 3 ESSD器件焊接到单板上后是否等效ESSD器件 4 液体 粉末是否能产生静电 5 常见的静电敏感器件有哪些 目录 静电的危害及历史静电基础知识静电控制常见的不符合ESD控制规范的实例 ESD控制 技术依据 4项基本技术依据 1 制止静电的产生 2 通过设计在产品中置入保护 3 消除产生的静电 4 控制放电的途径和速度 ESD控制 控制原则 建立EPA区域在EPA控制区域操作所有静电敏感器件运输所有静电敏感器件要用法拉第笼测试和监控整个静电控制流程 ESD控制 EPA基本要求 区域明确定义和标识定义区域的防护水平对区域内的所有导体包括人员可靠接地消除一切不必要的静电产生源运用12英寸原则ESD防护体系文件的建立 ESD控制 识别 WHO 供应商管理人员设计师采购库房人员测试和装配人员运输人员用服市场顾客 WHERE 产品设计实验室供应商IQC仓储周转车工具包手动和自动插件SMT波峰焊装配和测试维修工位理货和包装用服 ESD控制 控制点 环境个人材料地板个人物品原材料温湿度工衣周转材料工作台工鞋包装材料工装夹具接地 另外建立完善的控制操作流程 ESD控制 环境控制 生产制造和维修区域属于静电高风险区域 定义为一级EPA 温度 20 28 相对湿度 RH 45 75 注 一级EPA应该使区域内静电压控制在100V以下 其它防静电工作区环境的温湿度一般要求 温度 20 30 相对湿度 RH 30 70 ESD控制 接地系统 接地是静电泻放的关键措施 EPA内必须有独立可靠的防静电接地系统 工作中产生的的静电才能安全有效地泻放 避免静电的累积 防静电接地必须有一个安全可靠的防静电接地母线 防静电地线 所有人体 工作台 台垫 工具等以并联的方式接入防静电接地母线 EPA内防静电工作台上的所有仪器 AC工具 金属体及等必须连接到公共接地点上 人体腕带 防静电台垫 防静电地垫 导体和静电耗散的材料防静电器具等需要串接1M 电阻 或等效串接1M 的电阻 后连接到接地系统上 设施的接地线建议采用黄绿色或黄色线 连接点应该采用螺钉 焊接 双线交绕的紧固连接方式 保证连接点连接可靠 接触电阻小 禁止使用鳄鱼夹 挂接等不可靠的连接方式 ESD控制 接地方式 采用三相五线制供电系统中的地线 引入电源零线的同时 单独引出大地地线作防静电接地线 工程上称为 一点引出电阻隔离 电源主变电箱到大地的接地电阻应小于4 如图所示 ESD控制 防静电工作台 防静电台垫的尺寸应不小于工作台面的大小 当防静电台垫上附着有绝缘性的油膜 树脂和其他污物时 应及时使用中性清洗剂 酒精 或防静电剂进行清洁 多个防静电工作台的接地线不能相互串接 应以并联方式与公共接地线连接 每块台垫 地垫 必须且只需接一根防静电地线 压接静电地线联接端子时应从防静电台垫 地垫的正面压下 使其穿过台垫并紧固 以保证电接触良好 防静电台垫均须正面 即防静电面 朝上 背面 即导电面 朝下铺设 ESD控制 防静电工作台 表面电阻 1 106 1 109 对地电阻 7 5 105 1 109 表面电阻 1 102 1 105 耗散层 接地 导电层 ESD控制 防静电工作台 理想的防靜電工作台 可接受的防靜電工作台 ESD控制 人员控制 人体的运动和操作过程是产生静电的主要根源 任何进入防静电区域或接触 包括直接和间接接触 ESSD 静电敏感器件 的人员 必须严格遵循防静电规范 贯彻执行静电防护措施 接受防静电知识培训和教育是对每位员工的基本要求 是减少静电危害的根本方法和途径之一 所有人员进入EPA前必须穿好防静电工作服和防静电工作鞋 已配发工作帽的还必须戴好工作帽 将头发盘绕到工帽内 要求头发不等外露 无防静电工作鞋的 必须穿防静电拖鞋 工作服外部严禁携带除工卡和笔之外的金属物件和塑料物件 更换工作服应在指定地点进行 不允许在生产现场穿 脱工作服 防静电工作服 工作鞋等要勤洗勤换 建议洗换频次1次 周 员工着装工衣 工鞋 工帽无破损污秽现象 进入防静电区域的所有作业人员 接触产品的其他人员 每天上岗前应使用腕带测试仪对所配发的防静电腕带进行测试 并做好测试记录 进入生产区域前必须经人体综合电阻测试三辊闸机 ESD控制 人员控制 ESD控制 人员控制 接触ESSD及组件之前应戴好防静电腕带 防静电腕带插入香焦插孔中 要保证腕带与皮肤接触良好 在戴腕带处皮肤上不得涂护肤油 防冻油等绝缘物质 工服外部严禁携带除工卡和笔之外的金属物件 防静电鞋内不得垫鞋垫 防静电手套或棉质手套较脏时应及时清洗干净 通常情况下手套使用期限为一周 在污损较少的场合最长使用期限不超过半个月 逾期一律以旧换新 ESD控制 人员控制 每日上班ESD自查十步1 测试腕带和人体电阻并做记录 2 视查工作区所有ESD敏感器件 单板都放置在防静电周转工具或包装中 3 确定工作区内防静电周转工具或包装中没有静电源 4 确认工作区域内所有防静电工具都有ESD标识 5 确认工作区内的静电源例如 非防静电塑料袋 非防静电泡膜 橡胶等远离ESD敏感器件和敏感单板 至少30CM 6 确认你的工作台的台垫为防静电台垫 工具为防静电工具 7 确认在你的工作台上的清洁用品 溶剂 喷雾器等工具已被EPA区域责任人确认可以使用 8 确认你的工作区域内的工作台 设备和仪器安全 可靠接地 尤其对那些经常移动的设备要特别注意 9 不允许人体电阻没通过测试的人员进入EPA控制区域 在操作ESD敏感器件和单板时必须带防静电腕带 10 如果你的工作台装了离子风机 在工作时应打开 并保证其位置正确 ESD控制 人员控制方式 拿板手式 放板手式 离子风扇 ESD控制 设备 仪器 工具 工装 防静电工作区内的各种设备 仪器 工具 工装都应实施静电防护措施 例如接触或靠近静电敏感器件 ESSD 的部分应尽可能使用防静电材料 对特殊情况下不可避免须使用非防静电材料 表面电阻RS 1 0 1011 时应采用静电中和 离子风机 或定期涂抹抗静电剂 涂层等其他防护措施 有效地消除 抑制或泄放静电 使用高压电源具有金属外壳的设备 仪器 工装 工具必须选用三芯电源插座 并确保其已可靠连接到保护地线上 以使其配接时设备 仪器 工装 工具的金属外壳能够自动接保护地 ESD控制 设备 设备上的台面根据实际需要可以铺设防静电台垫并进行软接地 但是台垫的铺设不得影响设备的正常运行或带来其他危害 落地设备如SMT 波峰焊机 流水线等 台式设备如元器件成型机等都应直接与电气保护地线相连 设备上接触ESSD的部件和靠近ESSD的运动摩擦部件必须采用防静电材料或导体材料制作 并保证这些部件具有可靠的接地通路 这些部件禁止使用非防静电材料 设备上的导体部件必须采用硬接地 ESD控制 仪器 防静电区域内使用的测试仪器应具有防静电性能 仪器的电源线必须具有电气保护地线并通过插座与电气保护地连接 仪器的外壳需要采用导线与电气保护地直接连接 实施加强接地措施 测试仪器系统必须具有公共接地点 并且并联接地 禁止串连接地 保证仪器等电位接地 ESD控制 工具 清洁单板和产品的毛刷必须使用防静电毛刷 材料的电阻满足1 0 104 R 1 0 1011 摩擦电压小于100V或静电电压耗散到100V以下的时间小于2秒 禁止使用普通塑料毛刷 清洗时应带好防静电腕带 防静电烙铁 防静电真空吸锡器等电动 气动手工工具在使用前应首先接地 防静电烙铁的金属外壳应接保护地 烙铁头必须具有硬接地通路 烙铁头的接地电阻要求 1 0 由于烙铁头的高温氧化问题 日常检查测试时烙铁头接地电阻 20 可以接受 工具上需要接触ESSD的部分应避免使用导体和绝缘材料 接触静电敏感元件的工具如IC起拔器 镊子 吸锡器等必须是不易产生静电 易于泻放静电的防静电材料 如果由于特殊原因选取了非防静电材料 使用时应进行静电中和处理 ESD控制 包装 注意 包装单板时屏蔽袋在宽度满足单板的要求下 长度要比单板长至少10cm 严禁直接用手接触IC 特别是其引脚 用手接触IC须戴防静电手套或指套 单板包装的主要方式有 A 防静电屏蔽袋 粉红色气珠袋原则是 屏蔽袋在宽度满足单板的要求下 长度要比单板长至少10cm B 吸塑盒 防静电填充材料 防静电气泡带 防静电泡沫 可选 纸箱 静电敏感器件和单板的周转包装材料应是防静电材料 主要的周转包装有防静电屏蔽袋 防静电袋 吸塑盒 防静电器件盒 防静电泡沫 防静电箱 防静电周转车 ESD控制 包装操作 进行包装操作之前应检查是否已采取必要的防静电措施 如穿防静电工作服 防静电鞋 戴防静电腕带或防静电手套 指套等 屏蔽袋 吸塑盒 操作指引检查防静电屏蔽袋内外层及隔震外套 气泡袋 是否完好无损 将静电敏感器件或组件放入指定规格的屏蔽袋 吸塑盒 中 如要转运 须使用防静电胶带将屏蔽袋口封上 吸塑盒需将其啮合处扣紧 注意 A 防静电屏蔽袋若无严重破损 应回收供循环使用B 防静电袋屏蔽层若出现较严重破损 如穿孔 破裂 复合层分离等 则应停止循环使用 作报废处理 C 每个防静电屏蔽袋原则上只能装一块单板组件 特殊情况下需同时装多块小板时必须用内袋层或其它防静电材料相互隔开 不得直接接触混放 ESD控制 存储 周转 运输 静电敏感器件及其组件在存储 周转 运输过程中都必须采用防静电包装 即采用法拉第笼的包装形式 避免器件受到静电损伤 在存储 周转 运输过程中都不得对ESSD进行拆包等直接操作 只能在EPA内的防静电工作环境中进行对ESSD的直接操作 静电敏感器件在周转过程中 勿靠近强静电 强电场 磁场或辐射场 如电脑显示器上方等 禁止使用拉伸膜 普通粘胶带等易产生高压静电的绝缘材料包裹静电敏感器件及其组件 必要时请选择或设计其它不易产生静电的辅助工具或材料用于这些物料的防倒等 任何时候都不得将静电敏感器件及其组件堆叠裸放在一起存放和周转 转运静电敏感器件及其组件应轻拿轻放 严禁摔打 碰撞 剧烈摩擦或跌落 ESD控制 存储 周转 运输 静电敏感器件及其组件不得直接放置于货架或不具防静电功能的周转箱内或周转车上 应通过防静电袋或防静电周转箱储放 静电敏感器件尽量保持原包装状态 严禁随意拆封 用于静电敏感器件散装清点和发料的工作台必须铺设防静电台垫 并可靠接地 操作人员应佩带防静电手套 指套或将有绳防静电腕带接入防静电接地系统 保持周转工具干净 如果有明显灰尘或污渍 请用中性清洗剂清洗 周转车底部金属架应焊接一根金属