《ESD及其防护培训》PPT课件.ppt

ESD及其防护理论培训课件 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 制作 华阳多媒体永华事业所ESD小组 参考文献 静电放电 ESD 及其防护技术 中国物理学会静电专业委员会出版 前言 随着我国IT产业的迅速发展和技术水平不断提高 高分子材料 大规模集成电路 微电子器件广泛应用于各领域及其产品 静电放电损伤给企业造成了重大的危害 因此 静电防护技术受到企业的普遍重视 为使企业从业人员系统全面掌握静电知识 掌握ESD防护原理与技术 解决实际ESD问题 熟悉国内外有关静电标准和测试方法 从而在生产中提高产品可靠性 特制作本培训资料 第1节静电产生的三种静电效应第2节生产环境中的静电源第3节静电防护原理 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 第1章 静电的产生 危害及防护技术 第1节静电产生与三种静电效应 通常任何物体所带有的正负电荷是等量的 当与其它物体接触 摩擦 并由于机械作用分离时 因两种物体摩擦起电序列不同 在一种物体上积聚正电荷 另一种物体则积聚负电荷 在各物体上产生静电 并在外部形成静电场 两种物质互相摩擦是产生静电的一种最常见方式 但不是唯一方式 另外静电产生的方式还有传输 感应 喷涂作业等等 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 静电产生的三种静电效应 表1 1 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 第2节 生产环境中的静电源 2 1电子工业生产环境中存在许多产生静电的静电源 见表1 2 它们的产生方式和对元器件的损坏有各自特点 其中以摩擦起电方式影响最大 下面将部分典型静电源产生及如何造成元器件失效作一简单介绍 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 典型的静电源 表1 2 2 2分述 静电源是如何产生静电危害 1 工作服 作业人员穿用的普通工作服 化纤和纯棉 与工作台面 工作椅摩擦时可产生0 2 10微库仑的电荷量 在服装表面能产生6000伏以上的静电电压并使人体带电 当作业人员手持集成电路与工作服或工作台面放置的元器件接触时 即可导致放电 因元器件各引出线接触电位不同和芯片电介质极薄绝缘强度很低等原因 很容易造成器件电介质的击穿 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 2 工作鞋 一般工作鞋 橡胶或塑料鞋底 的绝缘电阻高达1 1013欧姆以上 当与地面摩擦时产生静电荷使人体带静电 调查表明工作鞋与地面摩擦所产生静电导致元器件失效的事例并不多 但因其较高的绝缘电阻使人体所带静电不能很快泄漏从而对元器件的生产带来不良影响 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 3 树脂 浸漆封装表面 许多元器件需要用高绝缘树脂 漆封装表面 因运输过程的摩擦 在其表面能产生几百伏以上的静电电压 造成器件芯片击穿 4 各种包装和容器 用PE 聚乙烯 PP 聚丙烯 聚脂等高分子材料制备的包装和元件盒 箱 都可因摩擦 冲击产生静电荷 表面电位可达数kV 并对所包装器件产生不良影响 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 5 终端台 工作台 终端台 工作台表面受到摩擦产生静电时 可对放置其上的电子器件放电 6 各种绝缘地面 打腊抛光地板 橡胶板等都可因摩擦产生静电 另外因其高绝缘电阻 作业人员带静电后不会短时间将静电荷泄漏 7 温箱 温箱内热循环空气流动与箱体摩擦产生大量静电荷 对器件热烘处理非常不利 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 8 CO2低温箱 在使用CO2的冷却箱内 CO2蒸气可以产生大量的静电荷 9 空气压缩机 利用空气压缩机的喷雾 清洗 喷漆 喷砂等设备都可因空气剧烈流动或介质与喷嘴摩擦产生大量静电荷 带电介质接触到电子器件时可造成损坏 10 某些电子生产设备 焊烙铁 波峰焊机等某些元器件装配设备内设的高压变压器 交直流电路都可在设备上感应出静电电压 如不采取静电接地措施 也可使元器件在装配过程中失效 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 表1 3操作人员工作时产生静电的典型数据对比 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 1 日本曾对不合格的电子产品进行过解剖分析 发现45 的不合格器件是由静电放电造成的 美国也在上世纪八十年代初作过统计 它的电子工业每年由于静电造成的损失高达100亿美元 英国经过数年调查了解到 该国上世纪70 80年代 每年因静电造成的电子产品损失约为20亿英磅 2 北京某航天研究所 在1992年初组装调试我国 资源卫星 上使用的一种仪器时 因人体静电放电导致2只价值6000美元的进口并遭禁运的CCD器件 一种MOS器件 失效 几乎影响卫星的发射进度 2 3静电对电子工业造成损害的典型事例 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 3 航天部门北京某厂在生产一种 长征三号火箭 用仪器时 因进口MOS门电路CT30 用不防静电的塑料包装封装 短短不到两年时间因静电导致器件失效损失达30万人民币以上 4 西欧一家著名的电视机制造厂在七十年代每日生产1000部电视机 在生产制造方面 生产总故障率中60 是静电引起的 每年要付出近千万美元的赔偿保证金 1979年由一家日本公司接收以后 采取高标准的品质管理和防静电措施 每日生产2000部电视机 累积故障率中只有2 是由静电引起的 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 提问问题1 防尘车间门口都吊有铁链 进入车间时手要先摸一下铁链 为什么 答案 车间内要求为防静电 吊链都有接地 这样进入车间时手摸铁链可以导走人体的静电 减小静电危害发生 第3节静电防护原理 方法1 静电耗散与接地方法2 静电中和方法3 静电屏蔽与接地方法4 增湿 在很多操作过程中 不产生静电是不可能的 但产生静电并非危险所在 危害在于静电积累以及由此产生的静电放电 因此防止静电积累显得尤为重要 下面分4种方法介绍 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 方法1 静电耗散与接地 静电耗散 就是将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悬浮接地体上 静电接地适用于导静电材料和静电耗散材料 如胶皮接地 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 材料导电性能等级分类 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 静电接地静电接地电阻值R的大小取决与危险静电源的最大起电率I和防静电工作区中允许出现的最高静电电位U R U I 对于静电接地电阻 国家标准GB12158 90规定 静电导体 材料 与大地间的总泄漏电阻通常不应大于1兆欧 每组专设的静电接地装置的接地电阻值 一航不应大于100欧 在山区等地 其接地电阻值也不应大于1000欧 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD SJ T10533 1994 电子设备制造防静电技术要求 规定设备静电接地电阻值不大于10欧 电子工业静电接地有软接地和硬接地之分 软接地是指地线串接阻值较高的电阻器后再与大地相连 软接地的目的在于将对地电流限制在人身安全范围之下 通常为5毫安 软接地所需要的电阻值大小 取决于靠近接地点的人员可能接触到的交 直流电压值 很多标准将软接地电阻值定为1兆欧 实例防静电手腕 硬接地是指将地线直接接地或通过一低电阻接地 一般情况 硬接地用于静电屏蔽或仪器设备 金属体的接地 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 方法2 静电中和 静电中和是消除静电的重要措施之一 适用于消除静电非导体上的电荷 静电中和原理 利用外界因素将空气电离 利用异性电荷相吸的原理 异号电荷与静电源上的电荷中和 同号电荷导向大地 从而消除静电源上积累的静电 在某些场合中 当不便使用ESD防护材料时 或工作台或工艺线上必须使用某些高绝缘易产生静电的物品时 为了保证产品质量就必须对操作环境采取静电中和措施 静电中和是借助离子静电消除器或感应式静电刷来实现的 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 方法3 静电屏蔽 静电屏蔽适用于对高压电源的静电屏蔽 某些对静电极敏感电路的屏蔽 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 适用于电路设计 工艺设计等工程 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 提问问题2 防尘车间内都配有中央空调 但为什么还要追加加湿机或环保空调 答案 增加湿度 则非导体材料的表面电导率增加 使物体积蓄的静电荷可以更快泄露 方法4 增湿 湿度增加可以使非导体材料的表面电导率增加 使物体积蓄的静电荷可以更快泄露 在静电危险场所 在工艺条件许可时 可以安装空调设备 喷雾器以提高空气的相对湿度消除静电 为使静电达到最佳的控制效果 必须使湿度保持在60 70 以上 在电子工业 提高湿度这种方法不能广泛使用 因为湿度过高会使工作人员感觉不舒适 而且会使设备生锈和材料受到损害 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 第2章企业ESD管理体系 第1节防静电体系的构成第2节防静电用用品 测量设备介绍第3节防静电接地及与其它常用几种接地关系 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 第1节防静电系统的构成 企业内部的ESD管理大体分为硬件部分和软件部分 而且ESD作为专项工作由ESD小组负责开展各项工作 详见ESD管理规定 一 硬件部份包括 1 人体静电防护用品 防静电工作服 防静电鞋 鞋束 手腕带 手套 指套 帽子 袜子 2 防静电物流传递用品 防静电包装 盒 箱 托盘等 充填材料 泡沫塑料 发泡材料 运转车 周转器具 存放柜 架 传输带等 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 3 防静电地坪 地坪可以是多种类型 像PVC地板砖 高架防静电活动地板 环氧树脂类 橡胶 塑 地面 水泥类等 4 防静电操作系统 工作台 工作椅 工具类 电烙铁 吸锡器 分路棒 维修工具 ESD防护夹具 等 5 防静电接地 防静电独立接地系统或其它几种接地共用系统 6 环境控制系统 温度和湿度控制设备 环境洁净度控制系统 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 7 专用生产装联设备 采取防静电措施的生产装联设备 8 特殊防静电用具 品 各类静电消除器 离子风静电消除器 静电消除刷等 防静电剂 喷剂 腊 胶等 这类用品配置或使用并不是必需的 根据实际需要来确定 9 静电测量设备系统 漏电电压测试仪 表面电阻测试仪 人体静电测试仪 静电电荷量测试仪 表面静电位测试仪等配套的测试用具和各种电极 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 二 软件部分1 培训大纲与人员培训 防静电知识 看板 入职培训等2 防静电工艺和设计文件 防静电管理规定 3 有关防静电专业标准 参考国家标准等 4 规章制度和操作规程 防静电管理规定 5 完整质量保证体系 ESD小组 工序测定员 ISO9001等6 各种防静电警示标志 ESD标志 ESD对应 重要工位等7 数据管理记录 ESD测量记录表格8 客户要求或者审查问题点对应等 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD a 旧的防静电标签b 新的防静电标签 防静电防护标签 志 第2节防静电用品 测量设备介绍 2 1防静电工作区 EPA 定义配备各种防静电设备和器材 能限制静电电位 具有确定边界和专门标记的适于从事静电防护操作的场所叫防静电工作区 凡是操作或生产静电放电敏感电子产品 元器件 的场所 都应视为防静电工作区 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 图3 15EPA工作区 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 2 2防静电用品介绍1 防静电地坪防静电工作区地面应具有静电耗散性能所以又叫防静电地坪 种类有橡胶 塑 PVC地板块 环氧树脂 高架活动地板 铝制 钢质 木质等 和水泥类等 防静电地坪主要作用是耗散人体和防静电装备的静电 地面一般设置接地网络 并和防静电接地系统相连接 静电泄漏电阻小于1 108欧 2 防静电工作服防静电工作服采用导电纤维和棉等混纺制成 也有用渗碳或导电合成纤维布制作 当与其它物体摩擦时 产生的静电通过导电纤维与人体的接触泄露或通过导电纤维间的电晕放电耗散 从而防止服装的静电积累 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 防静电装备 用品 图示 防静电PVC材料 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 图3 3防静电活动地板 环氧树脂地坪 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 3 防静电鞋该鞋鞋底是用加入导电材料的合成橡胶 橡塑 制成 用以将ESDS器件操作人员所带静电荷泄露大地 防止人体静电积极累 国家标准GB4368 95 防静电胶底鞋 导电胶鞋安全技术条件 规定的防静电鞋鞋底电阻值为1 105 1 109欧 在穿用过程中 鞋底部不得沾有任何绝缘物 并且禁止穿用绝缘性袜子 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 图3 1防静静电工作服 鞋 帽 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 4 防静电腕带和脚带操作ESDS器件的人都应使用防静电腕带或脚带 腕带和脚带的作用是防止人体双脚离地时与地绝缘 迅速将人体静电荷泄露到大地 一般的防静电腕带由带扣 带子和接地连接线组成 为了保证操作人员安全 通常在腕带的连接线上串有一只1兆欧电阻 以限制人体触电时流过的电流不大于5毫安 5 防护指套操作ESDS的器件的人所使用的指套 是用加入抗静电剂的乳胶制成 用以预防ESDS器件因不等电位造成损失 指套的表面和体积电阻应低于1 109欧 6 防静电袜子防静电袜子是在袜底材料中植入导电丝制备而成 用来实现人体和导电鞋的电气接触 袜底电阻不应大于1 108欧 7 工作帽制作帽子材料和工作服一样 不仅用于防静电 而且具有防止操作人员头部尘埃 毛发掉落ESDS器件的防尘作用 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 图3 2防静电手腕带 手套 指套 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 8 防静电包装 袋 周转箱 托盘 盒 泡沫充填物 发泡材料 防静电包装种类繁多 其大多是用防静电改性的高分子静电耗散材料制作 像聚乙烯 PE ABS 玻璃钢 聚丙烯 PP 等 静电敏感器件的存放 运输必须使用防静电包装 防静电包装对ESDS器件提供等电位保护 并对ESDS器件绝缘表面的静电起泄漏和耗散作用 静电屏蔽包装材料对静电感应提供屏蔽以保护ESDS器件 包装材料的使用应无腐蚀性和毒性并防尘 其表面电阻率应小于1010欧 1000V 100V的衰减时间小于2S ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 图3 4防静电包装袋 泡沫塑料等 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 图3 5防静电周转容器 盒 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 9 运转车 存放柜 架 传输带运转车和存放柜 架 结构为金属架 台面为静电耗散材料制备并和金属架有良好的电气连接 小车车轮和存放柜 架 支脚用导电橡胶制作 传输带采用防静电橡胶制作 并和接地装置连接 这些装备用于静电耗散和泄漏 对地电阻应小于1 109欧 10 工作台 工作椅工作台面用静电耗散材料制备并和工作台接地线相连 台面摩擦产生静电可从接地线泄漏 工作椅表面为静电耗散材料 椅的结构为金属 脚轮为防静电脚轮和大地形成静电泄漏通路 其静电泄漏电阻小于1 108欧 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 11 防静电工具类防静电电烙铁 有将烙铁头和壳体与地线连接的和低压 DC36V 48V等 恒温的两种 用来防止烙铁头和壳体感应带电或漏电损坏EDSD器件 吸锡器 吸锡头与地线相连防止感应带电 维修工具 有钳子 镊子 夹具 剪子 螺丝刀 线夹 分路棒等 用非铁磁性的静电耗散材料制作 用于静电耗散和防止静电放电 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 12 防静电接地系统为使各种防静电措施起到作用 在防静电工作区必须设置防静电接地系统 一般情况下防静电接地系统应与下列防静电装备 用品 和设备相连接 13 环境控制系统在防静电工作区内 应有环境温度和湿度控制设备 使环境温度控制在20 25 左右 湿度RH50 75 左右 以防温度过低和湿度过低使静电明显产生 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 提问问题3 为什么作业者只能用黑色椅子 不能能用蓝色椅子 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 黑色椅子加入了碳 石墨等材料 导静电能力强 所以防静电材料一般呈黑色 但蓝色椅子不具导静电功能所以禁用 只允许工作人员用 回答 15 静电消除器 电离器 在不能进行有效接地的地方 可以使用电离空气来泄放静电荷 或耗散不能有效接地的绝缘体上的静电荷 电离器对进行过喷涂工艺之处的电荷耗散也是有用的 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 图3 6离子静电消除器 图3 7离子枪 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 16 防静电剂防静电剂是化学剂 加在绝缘材料的表面或内部 使其产生静电的能力降低 吸水型防静电剂 在低相对湿度条件下 其效力降低 可以使用其它不随湿度变化的防静电剂 防静电剂可能用刷 喷涂 滚轧 浸渍 擦或其它方法加在地板 地毯 工作台顶面 零件托盘 零件运载器 椅子 墙 天花板 工具 纸 塑料和蒙板上 使它们在不同程度上成为防静电物体 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 华阳多媒体静电测量设备的介绍 表面静电位测试仪 数字万用表 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 华阳多媒体静电测量设备的介绍 人体静电位测试仪 静电荷测试仪 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 华阳多媒体静电测量设备的介绍 防静电手腕测试仪 防静电工鞋测试仪 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 华阳多媒体静电测量设备的介绍 表面电阻测试仪 含电极 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 华阳多媒体静电测量设备的介绍 漏电电压测试仪 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 第3节防静电接地及与其它几种接地的对比 3 1接地的形式和目的有很多种 一般分为静电接地 保护接地 工作接地 重复接地 防雷接地等等 他们相同点都是安全措施 但又有本质区别 见表3 1 几种接地的对比 表3 1 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 图3 9工作接地 保护接地和重复接地示意图 工作接地 保护接地与重复接地的应用实例 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 3 2 一点接地 的定义和意义 一点接地 是指同一工位上的设备 夹具 胶皮 工作台椅子凳子 人体手腕等所有地线最终要连焊接在同一个点上 意义 地是作为0V电压参考值 同一工位的设备不一点接地时会存在电位差 直接影响到光头测试时Vef VRA等参考电压不相同 从而影响光功率FM大小和其它信号的大小 ForyouMultimediaElectronicsCO LTD 方法一 是专从车间外埋设的地线接地体引出的接地线 单独敷设到生产线的防静电作业岗位 以便作静电泄漏之用 单独敷设的接地导线通常使用大于1mm厚 约25mm宽镀锌皮或用截面大于4 6m