静电防护与安规.doc

CMOS互补金属氧化物半导体 CDM带点器件模型 EBP接地连接点EMC电磁兼容性 EMI电磁干扰 EMP电磁脉冲 EMC电磁敏感 EMP防静电工作区 ESD静电放电 HBM人体模型 IC集成电路 LSI大规模集成电路 MM机器模型 SSD静电放电敏感器件 VLSI超大规模集成电路 GB国标 IEC国际电工委员会 ISO国际标准组织 ANSI美国国家标准协会 GJB国军 UL美国安规TUV技术检验协会 CE欧洲安规 VDE德国安规 CSA加拿大标准协会我国的防静电事业起始于20世纪60年代。 电子行业防静电事业最早起步于20世纪70年代中期。 CMOS器件绝缘层的厚度0.1um时，其相应耐击穿电压为80100v，千兆位DRAM耐压仅为1020V. 静电的定义：一种处于相对稳定状态的电荷。由它所引起的磁场效应较之电场效应可以忽略不计。在电子工业生产中，产生的静电具有高电位、小电量、对地分布电容小、泄露与放电时间短的特点。静电较之流动电流受环境条件，特别是湿度的影响比较。静电测量时复现性差、瞬态变化多。处于稳定状态不产生流动的电荷陈为静电。在导体中，电荷随着外施恒定不变的电场，做定向运动形成的电流陈为直流电。在导体中，电荷随着外施周期性方向变化的电场，做周期性方向变化的运动形成的电流陈为交流电。以下介绍几种常见的静电物理量纲及换算：静电电量、电阻、电容、静电电位、静电的放电能量。静电产生可分为固体起电、粉体起电和液体起电。凡有电荷存在，其周围即存在着一种弥漫于空间的特殊形态的物质，这种物质称为电场。电场具有能量，能与其其他形式的能量互相转化。静电场是电场的一种特殊形式。虽然物体中的带电粒子总是不断运动的，永远没有静止的时候。但是，如果物体所带电荷相对观察者没有宏观的位移，则可以认为物体周围的电场是静电场。该物体称为带静电或简称为带电体。缓慢变化的电场也可以按静电处理。静电屏蔽材料的定义：防止静电场通过和穿入的材料。导静电的定义：带电体上的电荷能迅速耗散和泄露，使之消失的现象。静电耗散的定义：带电体上的电荷由于静电中和、泄露、放电而使之部分或全部消失的现象，称为静电耗散。静电绝缘材料的定义：不能耗散和泄露静电静电荷的材料。两种材料在序列中排列得越远，摩擦分离后所带的电量也越大。静电感应是导体在静电场中特有的现象。所谓静电感应，就是导体在静电场中，其表面不同部位感应出不同电荷或导体上原有电荷重新分布的现象。静电放电时指当带体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质电离而使带电体使上的电荷部分或全部消失的现象。任意形状的空腔导体放入静电场中，达到静电平衡时，空腔内电场强度为零。这一现象称为被动静电屏蔽。如果空腔导体内有带电体产生电场，则当导体外面不接地时，由于静电感应，导体外部仍有电场；而当导体外面接地后，外表面感应电荷由于接地而中和，电场只存在于导体空腔之内，不能达到导体外部，这也可用高斯定理予以证明。这种情况称为主动静电屏蔽。静电危害主要表现在：引起爆炸、火灾事故；给人以电击，间接引起坠落等安全事故；妨碍生产，降低生产效率；影响电子产品质量。以下几种物理效应对电子业影响较：静电荷产生的电场力、静电放电、静电电场感应。对电子工业危害最大的有下列几种方式：吸附尘埃、静电放电及产生的宽带电磁脉冲效应、静电产感应及放电。静电放电敏感器件（SSD） 对于易受静电损害的微电子器件称为静电放电敏感放电影响下发生的失效模式有所不同。半导体器件的静电损伤，大体上可分为两类失效模式：突发性完全失效和潜在性缓慢失效。器件突发性失效约占100%，潜在性缓慢失效占90%左右。常见的静电放电损伤的失效模式有以下几种：（1）高频小功率二极管；1）方向落电流增加、击穿电压降低；2）正向压降减小；3）电极金属溶蚀。（2）高频小功率三极管：1）EB结反向漏电流增大2）b值减少3）噪声系数增大4）电极金属溶蚀。在实际中，因人体静电放电造成器件失效的几率最高。MM可以视为是最“严酷”静电放电模型。按照GJB规定，静电敏感器件的设计，提供的最低静电防护应达到2000V，整机设计应能敏感器件提供最低4000V静电电压防护。ESD对元器件的损害具有普遍性、随机性和不易察觉。人体静电的起电方式有以下几种：（1）摩擦带电（2）静电感应起电。影响人体带电的因素：（1）人体的起电率（2）人体对地电阻和电容。静电耗散原理：将电子生产用的各类用品用ESD防护材料来制备。当因各种原因在其上产生静电时，通过静电消散使其静电不能在用品某点或某区域积累，降低单位面积的静电电量，从而起到降低静电电位作用，防止静电放电的放生。防静电包装就是静电耗散原理的典型应用。静电泄露的定义：带电体上的电荷通过内部和其表面等途径，而使之部分或全部消失的现象。悬浮接地的概念：无法设置与大地相连的接地系统，金属外壳接地线连接到一表面积较大的物体表面，即人为设定的地。连通后该接地对整个系统提供基准地位。静电中和的定义:带电体上的电荷与其内部和外部相反符号的电荷的复合而使所带静电荷部分或全部消失的现象。静电屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽。为对静电达到最佳的控制，环境相对湿度应保持在60%70%以上。防静电工作区定义：配备各种防静电装备和设置接地系统、能限制静电的积累和电位、具有确定边界和专门标记的生产、维护、存储、使用、装配SSD的场所。人体静电防护用品有：防静电工作服、防静电鞋(鞋束)】、手腕带、手套（指套）、帽子、袜子等。固定岗位的范围：（1）SSD整形岗位,引脚矫正。（2）SSD装入印制板操作岗位。（3）焊接SSD或焊接印制板岗位。（4）PCB装入整机操作岗位（5）PCB人工测试岗位（6）PCB检查与维修岗（7）SSD预处理岗位（8）IC芯片生产封装岗位（9）其他形式的永久性或临时性固定性岗位。生产中的主要工艺环节有：SSD进厂检验、老炼筛选与测试 运输、库存与保管验收配料收、发、领、退料预处理（包括预加工）PCB装、插、焊单机调试PCB装入整机试运装、观察（包括高温老炼）检验预包装中间处理成品运输入库、周转、暂存等。（1） 识别防静电标签、标志：SSD的制造商在SSD包装上贴有专用警示标签、标签通用印制成橘黄作为警示。（2） 识别防静电包装（3） 检验过程中SSD的包装不能做任意更换（4） SSD的测试，老练筛选均应在EPA内进行（5） 正在测试SSD时，人体应先放电，并且手持SSD的两端，严禁人手触及空悬的输入端。（6） SSD做老炼处理时，应在具有防静电措施的设备中进行。（7） 测试SSD时，应从包装盒中取一块，测一块，放一块，不要堆在桌面上，经测试后不合格器件应退库。（8） 在加测试时，不能插入或拔出SSD。（9） 加电测试时必须遵守加电和去电顺序。（10） 检验人员应熟悉SSD型号、品种、测试知识、要了解静电防护的基本知识。（11） 禁止使用绝缘胶带将SSD的引线黏结在物体上。（1） PCB、SSD的人工装插、焊接应在EPA内进行，采用自动或半自动设备时，应在采取了局部“离子中和”区域或采取了”静电泄露”工艺的工作区内进行。（2） 在PCB组装时，当采取用自动或半自动装插机、自动/半自动清洗机、烘干、固化、保温设备、老炼烘箱等时，这些设备均应直接接地或采用离子风机。（3） 操作人员应穿着防静电工作服、工作鞋、手腕带、工作帽。（4） 工作台应接防静电操作台布置，工作环境应符合EPA的基本技术要求。（5） 除设备、仪器、台面进行防静电接地外，手工操作用的电烙铁、吸锡器也应可以靠接地，不允许使用两芯电烙铁。（6） 操作人员每次接触SSD之前，都应将自身和工具与接地物碰触一下，以释放掉静电荷。（7） 往印制电路板上装插SSD时，应使用印制板边缘连接器将PCB的接线短路咋在一起直至装入整机。（8） 操作人员在装插过程中，应持SSD外壳，避免直接触及引脚，对插件应持其边端。在工作台上作业时，应注意防止器件与台面发生相对运动。（9） 在印制电路板的整个插、装、焊接过程中，必然要进行工序间的传递，这种传递全过程应使PCB完全在静电的包装中进行。（10） PCB在装插过程中，所使有的SSD应存放在与导电架相连的导电盒内。印制电路板测试过程中的要求如下：（1） PCB、SSD的人工测试、检验应在防护电操作台上进行，测试人员采取可靠的人身接地措施，PCB的自动测试应在采取防静电措施的测试设备中进行。（2） PCB的测试、检验过程中，需要卸下边缘连接器。当测试完毕后应立即装上，并及时放入防静电袋或放静电插件周转箱内。（3） 不允许在电源接通的情况下，插拔PCB，也不允许在通电情况下焊拆PCB上的SSD。（4） 在加信号测试 含有SSD的印制电路板时，应先接通不件、整件电源电源测试结束后应关闭信号的电源，后关闭不件、整件的电源。（5） PCB的供电电压、输入电压，不的超过额定值，电源要防止电压瞬变。（6） 测试人员在拿取PCB时，要手持起边缘部位，不要触及插头部位，严禁测试人员用手或工具去触及印制线条SSD悬空端的导线。（7） PCB在测试过程中，若需要调换SSD时，应在具有防静电措施的设备上进行，并防止插反。（8） 测试】、检验合格的印制电路板前应用离子抢喷射一次。以消除可能积聚在其上的静电荷。在进行包装是要求注意和考虑事项如下：（1） 多重防护包装工艺的采取。（2） 防静电、导电和静电屏蔽式的袋、管条薄膜片的应用。（3） 可重复性使用的防静电包装材料的选用。（4） 防静电文件包装。（5） 防静电清洁包装（6） 防静电、导电发泡胶物料的应用。（7） 防静电元件盒分层盖的利用。（8） 特殊功能的包装（防震、耐高低温）的使用。（9） 防静电胶带的采用。（10） 静电警示符号的应用。EPA的质量管理主要内容和质保体系如下所述：静电分析、SSD的静电防护性能设计、防静电工程设计和管理、EPA的管理要求。企业静电防护的全员培训是非常重要的事情，发达国家相关企业职工对ESD防护培训占企业职工的70%以上。企业职工培训主要指以一下对象：（1） 新进厂工作的职工。（2） 第一次接触与操作SSD的工序人员。（3） 与SSD的有关采购、设计、操作及管理人员。（4） 可能进入EPA的仪器、设备、维修人员及其他人员。为了掌握静电起电、放电的情况，了解生产、储运等过程中静电产生措施、用品的质量以及分析静电事故，都必须进行静电测试。另外，在防静电工作中的工艺设计、试验、施工、生产等过程中，也许要测试静电的参数。有些静电参数在理论上虽然可以进行计算，但由于实际情况往往比较复杂，单靠理论计算得出结果，通常和实际相差很大，所以必须依靠测试。静电测试的特点; 静电测试仪器要有小的输入电容和极高的输入电阻。 静电测试结果往往与测试方法和测试电压等测试条件有关。 静电测试受各种环境的影响显著。点对点电阻的定义：在一给定的通电时间后，施加材料表面任意两点间的直流电压与流过这两点间直流电流之比。静电泄露电阻的定义：在一给定的通电时间后，施加于被测物体接地点之间直流电压与流过电流的比值。表面电阻定义：在一给定的通电时间后，施加材料表面上的标准电极之间的直流电压对于电极之间的电流比值，在电极上可能引起的极化现象忽略不计。体积电阻定义：在一给定的通电时间后，施加材料的相对两个表面上的接触电极之间的直流电压与两电极流过的比值，在电极上可能一起的极化现象忽略不计。表面电阻率的定义：沿试样表面电流方向的直流电场强度与该处电流密度之比。体积电阻率定义;沿试样体积电流方向的直流电场强度与该处电流密度之比。常用的集中电阻测试原理有恒压比较法、伏安法、充电法、摇表法、接地电阻法。接地电阻的测量方法：（1） 将被测地极用导线连接仪器端子E。（2） 正在相同直线方向20(15)m、40（15）m土地处，分别插入电位探测针及电流探测针，各接于仪器端子PC。（3） 设置“倍率盘”倍数。（4） 由缓至快摇动仪器手柄，达到约129r/min，调整“测量标度盘”，指针指于零位时，读数乘以倍率标度，即为接地电阻。（5） 按测试步骤(3）、（4）反复测试35次，取平均值。（6） 若有其他适用仪器，可按相应仪器所规定的方法进行测试。影响电阻测试的因素如下：环境温室度、测试电压、测试时间、测试电极、。静电电压衰减时间测试原理有两种方法：“喷电法”和“充电法”。现在电子行业大都用IEC613405