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ESD 防静电 培训教材 制作人 日期 1 前言 ESD每年在电子制造业造成的经济损失达数百亿美元 ESD防护是近年来发展起来的学科 世界各国的电子制造业都在加强研究 戴尔 惠普等大公司对厦华的评审中都有ESD防护的要求 ESD培训是顺利实施静电防护的前提和基础 它对于静电的防护起着相当重要的作用 是静电防护的软件 对人员进行周期性的ESD培训是静电防护的重要组成部分 国内外大多数防静电控制大纲标准都对ESD培训内容有一定的要求 周期性的ESD培训包括两个方面的内容 即初始的基础培训和为强化大纲要求所需要的继续培训 并且适用于各职能部门和要素 培训要求的调整依赖于所学习的课程 新发展的概念和新的标准 以及新的防护措施和测量仪器设备等 培训对象 重点在领导管理人员 流水线管理人员和工程技术人员ESD专员等四种人 但内容和要求各不相同 对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 静电敏感标记等也有所了解而对设计师 现场工程师 维修技术员等对静电就要全面的了解 2 培训内容 一 静电产生二 静电危害三 静电防护 3 一 静电产生 1 概念静电 Electrostatic 是一种常见的物理现象 俗称静态的电 就是相对观察者为静止或缓慢变化的电荷 静电是一种电能 它留存于物体表面 静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果 静电是通过电子或离子的转移而形成的 静电现象是借助于静电荷的存在和正 负电荷的相互作用所出现的现象 这种相互作用完全由电荷自身和它们的位置决定的 而不是因为电荷的运动 4 2 静电产生2 1通常任何物体所带有的正负电荷是等量的 当与其它物体摩擦 接触 或由于机械作用分离时 因两种物体 或同种物体 摩擦起电序列不同 正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡 在一种物体上积聚正电荷 另一种物体上积聚负电荷 在各物体上产生静电 并在外部形成静电场 2 2静电是通过电子或离子的转移而形成 2 3静电电荷的数值主要取决于组成物体材料的尺寸 形状 成分和电性能 一些物体极易失去电子 而另一类物体会获得电子 获得电子的物体带负电 失去电子的物体带正电 5 静电产生接触起电 在日常生活中 任何两个不同材质的物体接触后再分离 即可产生静电现象感应起电 当帶电物体接近不帶电物体时会在不帶电的导体的两端分別感应出负电和正电 6 静电产生当电荷没有合适的路径释放 就会积聚在物体表面 产生静电压 7 例子静电在我们生活 工作中并不陌生 时常遇到和接触过 特别是在秋冬干燥的季节里 人与人接触时会放电 人与线体接触时会被 麻电 有触电的感觉 以前大家有穿化纤衣服 脱衣服时听到 啪啪 响 晚上还可看到火花 这些现象都是静电引起 我们知道 产生 啪啪 响声时放电需要大于2KV 麻电 感觉大于3KV 产生火花大于5KV 摩擦带电物质Positive 正 石棉 Acetape 玻璃 头发 尼龙 羊绒 丝绸 纸 中性0 中性0 棉 木材 蜡 Nikel 丙烯 聚脂 PVC 橡胶 8 3 静电特性静电具有高电位 低电量 毫库仑mc 10 9c 小电流 uA 10 6A 和作用时间短 us 10 6S 静电测量时复现性差 表现为瞬态的现象多 属一次放电现象 9 4 静电放电敏感器件按SJ T10630 1995电子元器件制造防静电技术标准所规定I级静电敏感度的元器件 1 1999V II级静电敏感度的元器件 2000 3999V III级静电敏感度的元器件 4000 15999V 10 5 生产环境中的静电源5 1静电的主要来源静电的电荷易留存在绝缘材料上 由于这些绝缘体上载有的静电荷不易分布在物体的全部表面上或传导到另一个接触中的物体上 或从物体表面泄放掉 所以所产生的静电电压电平是非常高的 要求在EPA 静电防护 工作区 不允许存放如纸皮 普通塑料袋之类的绝缘物体 11 5 2电子装配生产中的静电源5 2 1工作服 穿用普通工作服与工作台面 工作椅摩擦时在衣服表面可产生静电电压 并使人体带电 5 2 2工作鞋 一般鞋子为橡胶或塑料鞋底 其绝缘电阻高达1013 以上 行走时与地面摩擦时产生静电荷使人体和所穿服装带静电 5 2 3工作台 生产中拿放工具时受到摩擦产生静电 5 2 4各种包装容器 生产中使用各种 聚乙烯PE 聚丙烯PP 聚苯乙烯PS 聚氨脂CPUR ABS 聚脂树脂等高分子合成材料制成的包装箱 元件盒都可因摩擦 冲击产生静电 12 人在下面工作场所活动 典型的静电压产生强度 13 现场测试和有关资料表明 在未采取有效的静电防护措施的情况下 撕起封箱胶带的动作可产生20KV在整机组装和维修过程 当操作者以手工方式插装印制板组件时 其手上的静电压可达140 160V进行锡焊作业时 手上静电为160 450V当操作者从坐椅站起来 皮肤上电压可高达1000V员工在工作台操作自然动作摩擦会产生形成400 600V电势如果他们在打开或包装泡沫衬底纸箱或气泡塑料袋 其身体表面上的静电荷积累可能达到2 6KV 14 生产工作场所的静电源 15 16 5 3活动的人体是最主要的静电源 5 3 1摩擦接触起电 产生静电原因在于所穿衣服与外界介质之间 各层衣服之间 鞋底与地板之间频繁接触 分离 摩擦 而使衣服及鞋子带电 并按照介质上的电荷流散规律开始由局部逐渐流散至整个表面 达到平衡后形成服装上一定的静电压 又由于人体本身是良导体 服装的带电会通过与人体接角触和静电感应 而使人体皮肤周身带电 形成带静电人体 人体皮肤上的静电是导致静电放电事故最常见的原因 带电人体与其它物体之间存在电位差 达到一定值时 产生静电放电 17 5 3 2人体静电感应起电 由于人体是导体 所以当人接近已带静电的物体 或人 时 人体两侧会感应出正负电荷 若接触接地金属 可将其中一种电荷移向大地 而人体便带有另一种电荷 例如 当已带静电的人在未带电的背后走过时 会使后者背上感应出与前者异号电荷 而手上感应出同号的电荷 当被感应的人触及接地导体而放掉其中一种电荷后 人身体上只带有与原带电者异号的电荷 5 3 3迁移起电 人体与其他带静电体接触 带电体部分电荷移向人体使人体带电 5 3 4吸附起电 悬浮的带电微粒灰尘或离子灰尘等吸附着在人体上 使人体带电 18 5 4人体产生静电规律5 4 1活动的速度快 则起电速率越大 饱和带电量越大 所带静电电位越高 5 4 2人的服装表面电阻率越大 人的饱和带电量越大 因电阻率越大 静电不易流散和泄放的缘故 5 4 3人体对地绝缘电阻越大 则人的饱和带电量越大 带电电位越高 5 5 5环境 空气 的相对湿度越小 越干燥 人体饱和带电量越大 因湿度大 服装表层形成薄薄的水膜层 使其电阻率降低 从而增加静电沿服装泄漏 19 二 静电危害 1 静电的三种危害方式吸附尘埃 静电放电 静电感应静电吸附尘埃对微电子生产业影响很大 在现代大规模集成电路 LSI 生产中 芯片的线宽已达到0 1 m 如果其产生静电则对几 几十微米的尘埃吸附作用明显 一颗直径几微米尘埃吸附在芯片上 即可造成十几根芯线之间的绝缘强度降低 造成短路使芯片损坏 20 2静电放电当帶电的物体与一些导体等接触时或靠得很近时 电荷会找到一条途径突然释放掉 高压 瞬间 我們在經受约3000伏的靜電電壓 人体静电放电最小放电量可达3 12X10 4焦耳 瞬间的放电电流峰值可达几安培以上 21 3ESD造成电子元器件失效的主要机理 静电敏感器件包括ESDS组件或整机被ESD损坏 与它们的电气和接地连接无关 ESDS组件和整机通常与它们包含的最敏感的ESDS元器件一样敏感 虽然在组件或整机设计另加有不同程度的保护电路 起到一定程度的保护 但仍然易受到强静电电场或带有静电物体直接接触引起的感应ESD损害 3 介质击穿 1 热二次击穿 2 金属镀层融熔 4 表面击穿 5 体击穿 22 潜在性 有些电子器件受静电放电损伤后 仅表现出某些性能参数的下降 但未达到安全失效程度 若没有进行全面地检测往往无法发现 如有的IC在静电放电损伤后 仅表现出输入电流增加 一般在功能检测时不会被发现 或者静电放电使产品出现可自愈的击穿 或者其他非致命的损害 但随工作时间延长 这种效应在累加继续使用下 最终发生致命失效 静电存在的特性为 潜在性 隐蔽性 损伤的随机性 失效分析复杂性 23 隐蔽性 在ESD对电子产品损害中 活动的人体带电是一个重要的原因 在一般情况下 人体所带静电电压都在1 2KV范围 而在此电压电平上的静电放电时 人体一般无直观察觉 而接触到电子产品的元器件时 却在人们不知不觉中受到损伤 24 3 3损伤的随机性 只要静电敏感器件接触或靠近超过其静电放电敏感阀值的情况存在 就有可能发生静电放电损害 而由于静电可以在任何两种物体 包括操作者的人体 接触 分离条件下产生 故静电敏感器件的静电放电损伤有可能在产品从进料 加工 制造到使用维护的任何环节 任何一个操作步骤 与任何有关带电人体 或物体 接触时发生 所以静电放电损伤具有很大的随机性 3 4失效分析复杂性 静电放电造成器件损伤 失效的分析工作非常困难 目前电子器件均为精细微小的组装结构 分析失效原因需要有一套高精密的仪器 其次为静电损伤难与其它原因造成的损伤加于区别 25 三 静电防护 静电防护通常采用以下几种方法 1 静电屏蔽 用静电屏蔽袋 静电屏蔽箱把电子元件包装起来 或用屏蔽涂料 把外界电荷隔开 2 接地线 使用静电腕带 通过接地线把静电通过建筑地线物与大地的连接放掉 3 离子中和 由一种吹出离子风的装置 应用电晕放电原理吹向指定空间的正负离子中和带静电物体上所带的静电电荷 26 防静电地线的埋设 1 厂房建筑物的避雷针一般与建筑物钢筋混凝土焊接在一起妥善接地 当雷击发生时 接地点乃至整个大楼的地面都将成为高压大电流的泄放点 一般认为在泄放接地点20M范围内都会有 跨步电压 产生 即在此范围内不再是理想零电位 另外 三相供电的零线由于不可能绝对平衡而也会有不平衡电流产生并流入零线的接地点 故防静电地线的埋设点应距建筑物和设备地20米以外 27 2 防静电地线的铺设和测试 1 防静电地线全部使用6 多股铜芯绝缘线 每楼层或适当区段用铜排或40A以上开关 闸刀与主干线相连 以利检查维修 2 防静电地线缆应与设备外壳 工作台铁架 工作灯架等良好绝缘 防止短路 搭连或破皮连接 3 于分段铜排或开关的 干线端 另铺一条检查线 1 5 2 即可 每车间设2 3检查点 固定好 标识清楚 28 4 防静电工作台面 防静电橡胶绿色面为防静电产生层 电阻较大 表面电阻10 10 防静电橡胶的黑色面电阻较小 表面电阻10 10 与绿色面良好连接 可保妥善接地 起静电屏蔽和泄放作用 5 电烙铁 小锡炉 测试仪器等用电设备的接地与测试 电烙铁 小锡炉测试仪器等必须用三端插头妥善接设备地 做到并不难 但由于经常发生如 插座接地端松脱 断线 烙铁头因氧化而与外壳 接设备地 断开等现象 故应每班次检测 可用自制简易通断指示灯测试 发现问题立即更换 29 6 防静电服 衣 鞋 手套等 所谓防静电服 是用特殊合成纤维织成布料 一般情况下揉搓磨擦不会产生静电 但它不是静电屏蔽服 它不能消除身上其它衣料产生的静电 故正确穿著应是里面只着一件衬衣或内衣 外着防静电服 冬季内穿多件化纤类 毛类衣物穿著防静电服也无大用 所以做好控制环境温度 湿度 戴好静电手环比着静电服重要 防静电手套则起防止静电产生 隔离手与产品 绝缘 防止汗渍污染产品等多重作用 是必用的 7 防静电手环 防静电手环是由紧贴手腕的不锈钢外壳通过线内1M 电阻由导线 铁夹接地 目的是既要随时泄放掉人体上的静电 又要防止快速放电产生的火花 对静电敏感器件造成损害 并起隔离作用 而断线或接触不良会使静电手环