ESD基础知识培训教材PXJCPPT课件.ppt

防静电基础知识培训教材 主编 公司品质部2011年度培训教材编号 11 2 1 课程安排 一 ESD的定义二 静电产生的方式和途径三 静电放电特点及其危害四 ESD敏感度分级试验模型五 生产环境中主要的静电源六 本公司的静电控制和防护措施七 ESD S20 20标准简介 2 常见静电现象 琥珀与丝绸 木头 塑胶棒与头发摩擦后 产生对小物体的吸引和排斥 人们对静电最早的观察 无线电的干扰噪声走过地毯后接触金属把手时的电击从干衣机里面拿出来的衣服互相吸附打雷时的闪电 第一部分ESD的定义 3 什么是静电 静电 ElectrostaticCharge 静止不动的电荷ElectricChargeatrest ESDADV1 0 2003电荷 得到或者失去电子ElectricCharge Anabsenceorexcessofelectrons ESDADV1 0 2003静电的基本单位是库伦Coulomb C 1C 6 24 1018个电子所带的电量 4 静电的本质 无论是静电荷或带电体 都会在空间激发出静电场 静电场才是静电荷或带电体的物理本质 因为其对外表现是通过静电场来实现的 静电场是一种物质存在 有能量 有动量 对其中的其他带电体施加力的作用 5 电荷不能够被生产或消灭 只能够被转移 电子电量 1 6x10 19C 质子电量 1 6x10 19C 量化预测电荷量的产生是不可能的 一块布料和一片塑胶的摩擦可以促使百万亿电荷的转移 电荷特性 电荷守恒定律 在任何物理过程中电荷的代数和是守恒的 6 同性相斥 异性相吸 这也是造成电子流动的基础 电荷的相互影响 7 什么是ESD ESD静电放电由于一个高电场引起的快速 自发的电荷转移Therapid spontaneoustransferofelectrostaticchargeinducedbyahighelectrostaticfield ESDADV1 0 2003处于不同电位的两个物体之间 由于直接接触或静电场感应导致的电荷传输 转移 IEC定义 8 静电和ESD 静电放电 的区别 静电与静电放电 ESD 是完全不同的物理概念或物理过程 一个是 静 一个是 动 伴随着静电放电 往往有电量的转移 电流的产生和电磁场辐射 9 第二部分静电产生的方式和途径 接触分离起电 最常见摩擦起电 静电感应断裂起电 分裂起电 破碎起电 剥离起电离子溅射传导带电热电效应 冷冻起电 压电效应电解带电溅泼起电 10 接触分离带电 接触 形成偶电层 分离带电 11 摩擦带电 接触 摩擦 压力 或 分离 12 什么影响 摩擦带电 2 3静电特性摩擦产生的静电的大小取决于 互相摩擦的材料接触的紧密程度分离的速度接触面的洁净度其他物理和化学的因素 比如 表面粗糙度 环境因素 13 静电序列 负电 14 静电序列 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 可以作为选择防护材料时的有用参考人类认识的不足 不同列表有所差异 循环现象 反向现象 应用时不可作为硬性标准 15 静电感应 带电体产生电场 电场中的导体因电荷转移而带电 思考 如果是绝缘体呢 同性相斥 异性相吸 16 断裂起电 17 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 物质原有的电荷平衡被打破 两边带上相反的电荷 通常电压较高 18 离子溅射 19 传导带电 带电物体通过接触将电荷传导给未带电物体带电绝缘体仅能从较小面积释放电荷带电导体能释放大量电荷给另一导体 20 其他带电方式 热电现象 某些物质温度的变化 产生静电 压电 压电现象 石英 水晶 陶瓷等电解 固体与电解质溶液液体喷射 21 特殊带电现象 粉体带电 因为破裂 摩擦 分离 吸附等因素带电 电量小 但电压可能较高 可能引发爆炸危险 液体带电 因为流动 冲流 沉降 喷射等方式起电 多出现在电阻大的液体 管道 喷嘴和分散的液滴 气体带电 纯净的气体通常情况下不会起电 气体的带电一般与粉体和液体带电相关 22 影响带电的因素 物质的性质表面特性作用力的大小 速率 频次 时间环境因素 湿度 温度物体带电历史 温度对静电影响 温度升高物质活性增强摩擦电压增加 同时温度升高部分物质的导电性增强 易于消除静电 23 第三部分静电放电特点及其危害 24 静电放电的特点 ESD是高电位 强电场 瞬时大电流的过程过去 人们认为ESD是一个高电位 强电场 小电流的过程 其实这种看法并不完全正确 的确 有些ESD过程产生的放电电流比较小 如后面将要介绍的电晕放电 但是 在大多数的情况下 静电放电过程往往会产生瞬时脉冲大电流 尤其是带电导体或手持小金属物体 如螺丝刀或钥匙 的带电人体对接地体产生火花放电时 产生的瞬时脉冲电流的强度可达到几十安培甚至上百安培 25 静电放电的特点 ESD会产生强烈的电磁辐射 形成强电磁脉冲 EMP 近年来 随着静电测试技术 测量仪器及测试手段的不断完善和迅速发展 使人们对ESD这一瞬态过程的认识越来越清楚 在ESD过程中 确实会产生上升时间很快 持续时间很短的初始大电流脉冲 并产生强烈的电磁辐射 出现了静电放电电磁脉冲 ESDEMP 它的电磁能量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏 翻转 或引起某些装置中的电火工品误爆 造成事故 26 但是 应当注意的是 ESD是一个极其复杂的过程不仅与材料 物体形状和放电回路参数有关 而且放电时往往还涉及到非常复杂的气体击穿过程 因此 ESD是一种很难重复的随机过程 静电放电的特点 27 静电放电对电子工业的危害 ESD使ESDS元器件硬击穿或失效ESD使元器件软击穿 结果可能更严重 静电吸附 影响元器件或整机质量 ESD电磁辐射引起电磁干扰 28 危害涉及的环节 上述危害可能发生在预处理 各生产工艺流程 测试 总装 调试 包装 储存 发送 维修 运输 29 硬击穿或突发性失效 在TEM 瞬变电磁技术 仪器下看到的PMOS上拉晶体管的硅损伤情况 MOS器件栅极损伤示意图 30 软击穿 投诉来自美国电话公司 在PWB生产线 双向混合集成电路中 由于ESD软击穿 双极型结型晶体管显示出泄漏电流过大 导致系统崩溃 这是一张器件场效应失效的照片 发现PN结的损伤 这种感应场效应ESD失效与用HBM模型测试的ESD损坏 其结果几乎完全相同 器件损坏的起始电压为700v 31 静电吸附 影响降低洁净度降低耐压等级结果成品合格率降低 32 电磁辐射引起电磁干扰 影响逻辑电路程序混乱温升硬击穿软击穿 33 第四部分常见的ESD敏感度分级试验模型 人体带电模型 HBM机器模型 MM带电器件模型 CDM场感应模型 FICDM 34 人体带电模型 人体是产生静电危害的最主要的静电源之一 当带电的人体触摸或靠近ESDS元器件时 该元器件有可能被直接的静电放电或强静电场所损坏 人体ESD能够以标准中给出的人体模型试验电路来合理地模拟 这种试验电路已被广泛应用于工业ESD测试中 人们对人体静电及其放电过程研究得比较早 也较深入 HBM也较其它模型建立得更早 现有文献资料中大部分静电感度数据都是以HBM为基础得到的 人体模型测试参照ESDSTM5 1 35 人体带电模型 人体带电模型示意图 人体带电后接触元器件产生放电 36 人体带电模型 人体带电模型示意图 人体带电后接触元器件产生放电 37 人体带电模型 HBMESDStressLevel 38 机器模型 主要模拟机械臂 机械手等金属部件带电后对电子元器件的破坏与影响 其放电电阻要比人体模型小许多 因此破坏性更大 机器带电模型的测试参见ESDSTM5 2 流水线即相当于人体带电 与元器件发生放电现象 39 机器模型 MM敏感度级别表 40 带电器件模型 器件接触带电体或感应而带电后 遇地放电从而造成损伤带电器件测试参照ESDSTM5 3 1 41 带电器件模型 带电器件模型敏感度等级 42 场感应模型 电场感应模型模拟了器件在静电场中时与地接触 从而引起了高幅度短持续时间的ESD瞬变 右图以双列直插式外壳器件来说明这种概念 首先 不带电器件放入静电场中 按照静电感应原理 导致电荷分离 然后 如果该器件与地 或有足够大电容的任何导体 接触 产生的电荷重新分布导致ESD 另外 器件现在有静电荷 如果它从静电场中移出 它对于带电器件放电类型的损坏是敏感的 此例中同时假定放电的对地电阻为零 43 常见元器件的敏感度级别 44 第五部分电子生产环境中主要的静电源 45 生产环境中主要的静电源 46 生产环境中主要的静电源 47 摩擦起电 作业过程中的静电源 48 静电感应 作业过程中的静电源 49 破坏了防静电胶皮的功能 作业过程中的静电源 50 作业过程中的静电源 传导放电 51 TheBiggestESDResourceisYOU 人是最大的静电源 52 第六部分本公司的静电控制和防护措施 53 本公司ESD控制与防护综述 ESD控制的文件例 ESD管理体系文件 ESD控制技术要求 相关作业指导书如仪器操作规程 接地线检测规程 人体防静电服装鞋类管理规定 防静电服装检测规程 防静电胶皮 工作台检测规程等 本公司所采用的静电防护的基本技术手段等电位连接接地静电中和静电屏蔽增湿材料控制人体静电控制设计ESD保护 54 等电位连接 原理 让可能接触敏感器件的表面处于等电势 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 等电位连接示意图 55 接地 原理 将产生的静电通过接地线泄放到大地 避免静电累积 从而避免静电放电做法 在工厂建立静电接地系统 主要分为防静电地线 蓝色 与设备地线 黄绿双色 导电和耗散材料使用如 防静电胶皮接地阻值 1 0 106 1 0 109 硬接地 软接地如 接地线阻值 AC1 以下 测量仪器 万用表人体接地阻值 35M 以下测量仪器 手腕带测试仪或人体综合测试仪 56 设备接地 黄绿色接地线 另外 生产线上使用的电烙铁 电批等治工具 测试工装等也需接地 57 人体防静电接地 静电手腕带 58 货架接地 防静电接地线 59 静电中和 原理 电离空气产生正负离子 中和产生的静电荷做法 有源静电消除器 AC SteadyDC PulseDC无源静电消除器 安全 但是残余电压高放射性静电消除器 60 离子风机中和静电 离子风机的平衡电压 30V 61 静电屏蔽 静电干扰分为静电场感应作用和静磁场耦合作用 它们都可以用屏蔽方法来抑制 屏蔽原理如右图所示 设导体A带正电 若临近有导体B 则因静电感应 B靠近A的一端带负电 如果将A用金属屏蔽体包围起来 则出现如图b所示的复杂情况 但是 若将金属屏蔽体接地 就可使屏蔽体外侧电场消失 导体B就不会受到电磁干扰 这就是静电屏蔽的基本原理 62 静电屏蔽的两个基本要点要有完善的屏蔽体和良好的接地 否则达不到屏蔽目的 静电屏蔽 对电子组件 电子系统全屏蔽 ESD难于入侵 部分屏蔽 ESD辐射电磁波仍可能对组件造成损坏 63 静电屏蔽 被拆开的屏蔽袋无屏蔽功能 64 增湿 原理 增加湿度 可以增加空气的导电性 减少静电的产生和积累做法 ESDS20 20 1999推荐的适度控制范围为 30 RH 70 RH如 空调自动加湿系统 或也可进行人工加湿 如增加拖地的次数 在工作现场摆放一定的水箱等 65 材料控制 66 材料控制 选用不产生或少产生静电的材料导静电材料的选用静电散逸材料的选用添加导电成分 如碳黑 金属粉 金属丝 乙炔碳黑等 67 材料控制 包装材料 物料箱 68 材料控制 包装箱 作业指导票夹 69 材料控制 对材料表面进行处理使用表面活性剂 抗静电剂 增加表面光洁度使用台垫如防静电胶皮喷导电油漆或导电涂料 70 人体静电安全管理 人体防静电用品工作帽 工作服 手套 指套 鞋子 腕带等 工作帽子 服 防静电鞋 要求统一编号 便于集中清洗管理 使用中性洗涤剂 酸性或碱性洗涤剂会破坏防护用品的防静电功能 相关防静电物品桌子 椅子 地板 各种工具等 71 人体防静电控制 防静电手套 防静电手指套 地板 鞋装系统 防静电鞋 防静电工作台 手套 腕带 72 人体防静电控制 防静电椅 73 人体防静电控制 74 防治人体静电要点 单一措施难于奏效 必须采取综合防治对策 从头到脚全副武装 防静电椅和防静电鞋能有效发挥作用的前提 地板需是防静电的 多重措施并举 相关工具与器具 培养工作人员的防静电意识 75 ESD防护系统 ESD防护系统构成 硬件 系统 防静电装备 防静电材料 测试监测仪器设备 软件 系统 组织体系 规范制度 技术标准 培训考核 内审检查 76 EPA设计 EPA electrostaticprotectedarea静电保护区域EPA可以是固定的一个工作台 整个车间 还可以是便携式的 用于现场服务 如 SMT车间 IQC检验工作台等 EPA不是没有静电 而是静电受控必要的绝缘体上的静电如果超出风险等级 需要进行中和EPA需要适当的标识 警示和界限EPA内的包装和周转用品需要认可在EPA和非EPA之间转移物料 需要采用ESD防护 77 EPA设计 标识作用 提醒 增强ESD控制计划的效果对于非ESD区域和工作台 不需要标识使用方式 ESD控制区域的入口 提醒进入EPA EPA区域ESD保护工作台 78 常见的ESD标识 公共接地点标识 ESD防护标识 具有ESD防护功能的标识 本公司静电接地点标识 79 EPA设计 典型的EPA 区域标识 人体防静电控制 人体综合测试仪 EPA区域外的人不用防护 人体防静电控制