静电常识及ESD防护

精品文档 1欢迎下载 静电知识静电知识 一 静电的类型 一 静一 静 电电 1 根据分子和原子结构的理论 自然界中的一切物质都是由分子构成的 而分子又是由 原子组成的 单质的分子由一个或几个相同的原子组成 化合物的分子由两个或两个以上不同 的原子组成 高分子材料具有更复杂的原子结构点阵排列 并含有更多种类及数量的原子 原 子是构成一切化学元素的最小粒子 它由带正电的原子核和带负电的围绕原子核旋转的电子组 成 电子的个数及排列层次因元素而异 2 在自然状态下 原子中的这种正 负电荷是相等的 物质处于电平衡的中性状态 即不 带电 在静电学中称不带电的物体为电的中性体 在某种条件下 当物质原子中的这种电平衡 状态被打破 丢失或获得电子 物质即由中性状态改变为带电状态 处于带电状态的物体在静 电学术语中称为带电体 物质在获得电子而形成带电体时称为电子带电 所带电荷称为负电荷 因失去电子而形成带电体时 称为空穴带电 所带的电荷称为正电荷 3 物体呈现带电的现象 称为带电现象 物质的带电现象是一种自然现象 按照物质所带 电荷的存在与变化状态可分为动电 流电 现象和静电现象 静电现象指相对于观察者而言 所带的电荷处于静止或缓慢变化的相对稳定状态 动电现象则与此相反 显然 在静电情况下 由于电荷静止不动或其运动非常缓慢 故它所引起的磁场效应较之电场效应来说可以忽略不计 4 静电可因多种原因而发生 例如物体间的摩擦 电场感应 介质极化 带电微粒附着等 许多物理过程都有可能导致静电 二 静电的类别二 静电的类别 静电防护材料通常以其电阻率作为类别划分标志 分为静电导体 导静电 材料和静电 耗散 耗散静电 材料 早期有抗静电材料类别的提法 1 静电导体材料 指其表面或物体内部导电的材料 一般将表面电阻率小于或等于 1 105 m2 或体积 电阻率小于或等于 1 104 cm 的静电防护材料划归静电导体材料类 其中 又将表面电 阻率小于 104 m2 或体积电阻率小于或等于 1 103 cm 的材料定义为静电屏蔽材料 即静电屏蔽材料属于静电导体材料的一部分 2 静电耗散材料 指能快速耗散其表面或物体内部静电荷的材料 其所具有的电阻率范围一些标准规定不一 较多的标准 例如现行 MIL 标准和最近两年出台的 IEC 标准草案 规定 表面电阻率大于 1 105 m2 但小于或等于 1 1012 m2 或体积电阻率大于 1 104 cm 但小于 1 10 11 cm 的静电防护材料为静电耗散材料 精品文档 2欢迎下载 3 抗静电材料 有的标准 例如 1980 年片的美军标准 MIL HDBK 263 将表面电阻率大于 1 109 m2 但小于和等于 1 1014 m2 范围的静电防护材料定义为抗静电材料 许多常用材料事 实上都在此范围之内 例如密胺薄层材料 高电阻的体导电塑料 干净棉花 硬质纤维板 本 制品 纸制品等 1991 年发布的修订 A 版 改变了这种划类方法 不再使用抗静电材料的概 念 在国际电工委员会 IEC 有关防静电材料标准的讨论中 专家们比较倾向的意见认为 抗静电材料 这个概念比较笼统 主张不宜再用 4 绝缘材料 绝缘材料是指那些其电阻率超过静电耗散材料的上限的材料 绝缘材料不属于静电防护材料的 范畴 由于它的划分与静电耗散材料连在一起 故有关标准也不太一致 较多的也较权威的现 行标准的规定为 具有表面电阻率大于 1 1012 m2 或体积电阻率大于 1 1011 cm 的材料属于绝缘材料 二 静电常识 静电是一种客观的自然现象 产生的方式很多 如接触 磨擦 冲流等等 其产生的基本过程 可归纳为 接触 电荷 转移 偶电层形成 电荷分离 设备或人体上的静电最高可达 数万伏以至数十万伏 在正常操作条件下也常达数百至数千伏 人体由于自身的动作及与其它物 体的接触 分离 磨擦或感应等因素 可以带上几千伏甚至上万伏的静电 静电是正 负电荷在 局部范围内失去平衡的结果 它是一种电能 留存在物体表现 具有高电位 低电量 小电流和 作用时间短的特点 静电控制的主要措施有 静电的泄漏和耗散 静电中和 静电屏蔽与接地 增湿等 静电放电引起的元器件击穿损害是电子工业最普遍 最严重的静电危害 它分硬击穿和软 击穿 硬击穿是一次性造成元器件介质击穿 烧毁或永久性失效 软击穿则是造成器件的性能 劣化或参数指标下降 静电敏感元器件和印制电路板在生产过程中工序之间的传递和储放 必须使用防静电上料 箱 元件盒 周转箱 周转托盘等 以防止静电积累造成危害 静电敏感元器件和印制电路板 作为成品进行包装时必须采用防静电屏蔽袋 包装袋 包装盒 条 筐等 避免运输过程中的 静电损害 电子产品在生产过程中 其元器件 组件成品经常与设备工具等发生接触 分离 磨擦而 产生静电 必须使用防静电坐垫 周转小车 维修包 工具 工作椅 凳 等 并通过适当的 接地 使静电迅速泄放 磨擦起电和人体静电是电子 微电子工业中的两大危害源 但产生静电并非危害所在 危 害在于静电积累及由此产生的静电电荷放电 因此必须予以控制 带静电的物体 在其周围形 成静电场 会产生力学效应 放电效应和静电感应效应 由于静电的力学效应 空气中的浮游 的尘粒会吸附到硅片等电子元器件上 严重影响电子产品的质量 因此 对净化工作空间必须 采取防静电措施 净化室的墙壁 天花板和地板等都应采用防静电的不发尘材料 对操作人员及工件 器具 也应采取一系列的静电防护措施 为了解生产过程静电起电情况 判别生产过程中静电的影响程度以及检验静电防护用品 装备质量都需要测量静电及有关参数 静电的测量 主要是对静电电压 材料电阻 接地电阻 精品文档 3欢迎下载 静电关衰期 静电电量 静电消除器消电性能 布料电荷面密度等的测量 静电防护工作是一项系统工程 任何环节的疏漏或失误 都将导致静电防护工作的失败 必须时时防范 人人防范 三 静电是如何产生的三 静电是如何产生的 物质都是由分子组成 分子是由原子组成 原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成 在 正常状况下 一个原子的质子数与电子数量相同 正负平衡 所以对外表现出不带电的现象 但是电子环绕于原子核周围 一经外力即脱离轨道 离开原来的原子儿而侵入其他的原子 B A 原子因缺少电子数而带有正电现象 称为阳离子 B 原子因增加电子数而呈带负电现象 称为 阴离子 造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道这个外力 包含各种能量 如动 能 位能 热能 化学能 等 在日常生活中任何两个不同材质的物体接触后再分离 即可产 生静电 当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使 其带正电 而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电 若在分离的过程中电荷难以中和 电荷就会积累使物体带上静电 所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电 通常在从一个 物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的 接触分离 起电 在日常生活中脱衣服产生的静 电也是 接触分离 起电 固体 液体甚至气体都会因接触分离而带上静电 为什么气体也会产生静电呢 因为气体 也是由分子 原子组成 当空气流动时分子 原子也会发生 接触分离 而起电 所以在我们 的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电 当静电积累到一定程度时就会发生放电 四 静电在生产中的危害四 静电在生产中的危害 如塑壳生产线 由于静电造成塑壳喷漆 电镀 表面粗糙 沙眼多 手感差 在卷桶纸 皮革 塑料 化工布 膜等流水线 由于材料绝缘性高 运转速度快 表面电 荷不易散失 静电极高 当操作人员触及会有触电感 更能使材料层间击穿 影响产品质量 在电子行业 IC LCD LED 等精细组装线 据统计 由于静电给电子器件制造业 每年会 造成两百多亿美元的损失 在印刷包装企业由于静电会造成设备控制失灵 进纸不稳 收纸不齐 在传输印刷中 更 会造成套印精度低 墨须严重 严重影响产品品质 我们知道 静电在工业生产中的危害很大 不仅影响生产 而且容易引发各种火灾爆炸事 故等 研究发现 静电对人体也是有害无利 人体长期在静电辐射下 会使人焦躁不安 头痛 胸闷 呼吸困难 咳嗽 在家庭生活当中 静电不仅化纤衣服有 脚下的地毯 日常的塑料用 具 锃亮的油漆家具及至各种家电均可能出现静电现象 静电可吸附空气中大量的尘埃而且带 电性越大 吸附尘埃的数量就越多 而尘埃中往往含有多种有毒物质和病菌 轻则刺激皮肤 影响皮肤的光泽和细嫩 重则使皮肤起癍生疮 更严重的还会引发支气管哮喘和心律失常等病 症 精品文档 4欢迎下载 静静 电电 防防 护护 知知 识识 1 1 为什么要提高 为什么要提高 ESDESD 防护意识 防护意识 在本世纪 70 前代以前 很多静电问题都是由于人们没有 ESD 意识而造成的 即 使现在也有很多人怀疑 ESD 会对电子产品造成损坏 这是因为大多数 损 害发生在人的感觉以下 因为人体对静电放电的感知电压约为 3 而许多电 子元件在几百伏甚至几十伏时就会损坏 通常电子器件被 损坏后没有明 显的界限 把元件安装在 PCB 上以后再检测 结果出现很多问题 分析也相当 困难 特别是潜在损坏 即使用精密仪器也很难测量出其性能有明显的变化 所以很都电子工程师和设计人员都怀疑 ESD 但近年实验证实 这种潜在损坏 在一定时间以后 电子产品的可靠性明显下降 2 2 谁应该参加 谁应该参加 ESDESD 培训培训 培训谁 管理培训部门 管理部门的支持 流水线管理培训 工人 技术员等都应 该受到培训 最新的美国国家标准和国际静电放电协会标准 ANSI ESD S20 20 1999 把静电培训计划和培训要求及认证专门列出一节 静电培训的重 点 在领导管理人员 流水线管理人员和工程技术三种人 但内容和要求各不相同 对于领导和管理人员 除要求懂得静电安全管理要求外 对静电基本知识 防 静电工作区的要求 静电敏感标记等也应有所了解 而对设计师 现场工程师 维修技术人员等对静电就要有全面的了解 目前 我国各类院校除少数专业有 静电专业研究生课程外 中专 大专及本科均没有开设静电专业课程 仅是物 理的电学中介绍了有关静电基本原理一些知识 但是只要有了这个基础 您就 能学好静电防护基本知识 3 3 静电对电子产品损害有哪些形式 静电对电子产品损害有哪些形式 静电的基本物理特性为 吸引或排斥 与大地有电位差 会产生放电电流 这 三种特性能对电子元件的三种影响 1 静电吸附灰尘 降低元件绝缘电阻 缩短寿命 2 静电放电破坏 使元件受损不能工作 完全破坏 3 静电放电电场或电流产生的热 使元件受伤 潜在损伤 4 静电放电产生的电磁场幅度很大 达几百伏 米 频谱极宽 从几十兆到几 千兆 对电子产器造成干扰甚至损坏 电磁干扰 如果元件全部破坏 必能在生产及品管中被察觉而排除 影响较小 如果元件 轻微受损 在正常测试下不易发现 在这种情形下 常会因经过多层之加工 甚至已在使用时 才发现破坏 不但检查不易 而且其损失亦难以预测 要耗 费多少人力及财力才能清查出所有问题 而且如果在使用时才察觉故障 其损 失将可能巨大 4 4 静电对电子产品损害有哪些特点 静电对电子产品损害有哪些特点 1 隐蔽性 精品文档 5欢迎下载 人体不能直接感知静电除非发生静电放电 但是发生静电放电人体也不一定能有 电击的感觉 这是因为人体感知的静电放电电压为 2 3 KV 所以静电具有隐蔽 性 2 潜在性 有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降 但多次累加放电会给 器件造成内伤而形成隐患 因此静电对器件的损伤具有潜在性 3 随机性 电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢 可以这么说 从一个元件产生以后 一 直 到它损坏以前 所有的过程都受到静电的威胁 而这些静电的产生也具有随机 动性性 其损坏也具有随机动性性 4 复杂性 静电放电损伤的失效分析工作 因电子产品的精 细 微小的结构特点而费时 费事 费钱 要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器 即使如 此 有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别 使人误把静电 损伤失效当作其他失效 这在对静电放电损害未充分认识之前 常常归因于早 期失效或情况不明的失效 从而不自觉地掩盖了失效的真正原因 所以静电对 电子器件损伤的分析具有复杂性 5 5 如何控制 如何控制 ESD ESD 从前面的分析可知静电是由于物体接触分离 甚至没有接触的感应等方式产生 的 就连我们周围的空气也是由原子组成的 当这些空气流动时也会产生静电 可以说 在任何时间 任何地点都可能产生静电 要完全消除静电几乎不可能 的 但可以采取一些措施控制静电在不危害的程度之内 6 6 如何控制人体静电 人体静电防护 如何控制人体静电 人体静电防护