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ESD培训教材 培訓目標學員經過此培訓 目录 ESD基础知识介绍 1 静电防护作业规范 3 静电控制 2 4 静电控制不良实例 5 一 ESD基础知识介绍 1 1静电案例1 2基本概念1 3静电的产生1 4静电的特点1 5静电的危害 1 1静电問題案例 案例12004年4月3日电4月2日下午3时54分 位于萧山浦阳镇的杭州硅宝化工有限公司发生火灾 杭州市消防支队萧山大队火速派出五辆消防车和三个民办消防队赶赴火场 起火的是公司一个约300多平方米的仓库 里面存有大量化学原料 着火后 火势十分凶猛 十几公里以外就能看到滚滚浓烟 消防员到场后 迅速开展灭火行动 架起两架泡沫炮和三支泡沫枪实施扑救 并用水枪对化学药品进行稀释 扑救过程中 仓库内化危品桶不断发生爆炸 经过三个多小时扑救 火灾于晚7时被彻底扑灭 据消防部门初步调查 火灾原因是该公司两名员工在对六甲基二硅氮烷进行倒料时产生静电 引发火灾 此次火灾过火面积300多平方米 火灾损失10余万元 2004 04 0310 01 56 来源新华网浙江频道 案例2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 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 1 1静电問題案例 什么是ESD ESD就是静电泄放 ElectronicStaticDischarge 带有静电的物体靠近或接触另一物体 只要它们之间存在电势差 就会发生静电荷传递 这种静电荷传递过程我们称之为静电泄放 当这种静电荷传递的过程强度足够大 大到可以损坏我们的产品 我们就称之为ESD事件 1 2基本概念 1 3静电的产生 静电电压能够由以下几种情况产生 1 摩擦 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 而产生静电的最普通方法 就是摩擦生电 材料的绝缘性越好 越容易是使用摩擦生电 另外 任何两种不同物质的物体接触后再分离 也能产生静电 2 感应 针对导电材料而言 因电子能在它的表面自由流动 如将其置于一电场中 由于同性相斥 异性相吸 正负电子就会转移 3 传导 针对导电材料而言 因电子能在它的表面自由流动 如与带电物体接触 将发生电荷转移 2 电容的改变V Q CV 电压 伏特 Q 电荷 库仑 C 电容 法拉 1 摩擦剥离起电影响摩擦起电的因素物质结合的紧密度分开的速度材料的导电性摩擦系数以及位置 3 物体带的电压与物体的等效电容有很大关系 V Q C物体带的电荷一定时 它的电压取决于电容大小 增加电容 电压减少降低电容 电压升高 决定静电产生多少的因素主要有 1材料的导电性能 导电材料和静电消耗材料产生比较少的静电 绝缘材料产生很多的静电 2环境相对湿度对静电的产生有很大的影响 相对湿度大 空气潮湿 静电产生就少 ESD的问题就少 反之 相对湿度小ESD的问题就多 3ESD地板 ESD安全的鞋 包括太空服 及腕带的使用对于降低人体产生的静电也是非常有效的 另外在地板上走动比不走动产生更多的静电 决定静电产生多少的因素 1 3静电的产生 3 3 接触产生静电1 带静电杯子靠近PCBA时 2 靠近后结果 两者都带有静电 1 4静电的特点 1 高电位 可达数万至数十万伏 操作时常达数百至数千伏 人通常对3 0KV以下静电不易感觉到 2 低电量 静电流多为微安级 尖端瞬间放电例外 3 作用时间短 微秒级 4 受环境影响大 特别是湿度 湿度上升则静电积累减少 静电压下降 1 5静电的危害 通信产品故障 1 软件故障30 多 2 硬件故障中器件失效30 多 外应力 环境温湿 灰尘腐蚀 雷电 机械应力 包装等 导致产品故障约30 3 器件失效中EOS ESD失效率占30 40 而高静电敏感的器件EOS ESD失效率高达60 左右 ESD能引起电过应力 EOS 熔化器件的金属部分 EOS有下列特点 持续时间较长的大电流对器件的大面积损伤损伤可以明显观察到 3 5 1 5静电的危害 4 5 静电对电子工业的影响集成电路元器件的线路缩小 耐压降低 线路面积减小 使得器件耐静电冲击能力的减弱 静电电场 StaticElectricField 和静电电流 ESDcurrent 成为这些高密度元器件的致命杀手 大量的塑料制品等高绝缘材料的普遍应用 导致产生静电的机会大增 日常生活中如走动 空气流动 搬运等都能产生静电 人们一般认为只有CMOS类的晶片才对静电敏感 实际上 集成度高的元器件电路都很敏感 静电对电子元件的影响 1 静电吸附灰尘 改变线路间的阻抗 影响产品的功能与寿命 2 因电场或电流破坏元件的绝缘或导体 使元件不能工作 完全破坏 3 因瞬间的电场或电流产生的热 元件受伤 仍能工作 寿命受损 器件静电损伤少部分 10 能够在产品出厂前得到检验控制 大部分 90 流入市场用户 降低产品质量和寿命 导致数量级增加维护成本 降低信誉 特别是 器件多次受静电损伤 严重影响产品的可靠性 1 5静电的危害 5 5 1 隐蔽性 人体不能直接感知静电 除非发生静电放电 但发生静电放电 人体也不一定能有的感觉 这是因为人体感知的静电放电电压为3KV 2 潜伏性 有些电子元器件受到静电损伤后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 而且增加了器件对静电的敏感性 已产生的问题并无任何方法可治愈 3 随机性 电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢 可以这么说 一个元件生产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性 由于静电的产生和放都是瞬间发生的 及难预测和防护 1 5静电的危害 静电损伤的特点 5 5 4 复杂性 静电放电损伤分板工作 因电子产品的精细 微小的结构特点而费时 费事 费钱 要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器 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它失效 这是对静电放电损害未充分认识之前 常常归咎于早期失效或情况不明的失效 从而不自觉的掩盖了失效的真正原因 5 严重性 ESD问题表面上看来只影响了制成品的用家 但实际上亦影响了各层次的制造商 如 保用费 维修及公司的声誉等等 1 5静电的危害 静电损伤的特点 目录 ESD基础知识介绍 1 静电防护作业规范 3 静电控制 2 4 静电控制不良实例 5 二 静电控制 2 1为什么要进行ESD控制 Why 2 2哪些人要参与进行ESD控制 Who 2 3在哪些地方需要进行ESD控制 Where 2 4控制什么 WHAT 2 5怎样进行ESD控制 How 2 1为什么要进行ESD控制 Why 请大家现场回答 2 2哪些人要参与进行ESD控制 Who 请大家现场回答 ALL 2 3在哪些地方需要进行ESD控制 Where ESD三种型式 1 人体型式即指当人体活动时身体和衣服之间的摩擦产生摩擦电荷 当人们手持ESD敏感的装置而不先拽放电荷到地 摩擦电荷将会移向ESD敏感的装置而造成损坏 2 微电子器件带电型式既指这些ESD敏感的装置 尤其对塑料件 当在自动化生产过程中 会产生摩擦电荷 而这些摩擦电荷通过低电阻的线路非常迅速地泻放到高度导电的牢固接地表面 因此造成损坏 或者通过感应使ESD敏感的装置的金属部分带电而造成损坏 3 场感类型式即有强电场围绕 这可能来之于塑性材料或人的衣服 会发生电子转化跨过氧化层 若电位差超过氧化层的介电常数 侧会产生电弧以破坏氧化层 其结果为短路 2 4控制什么 WHAT EPA ESDProtectionArea 环境 个人 材料 ESD如何损害我们的产品 ESD损坏的方式 直接的方式 间接的方式 1 金属 小电阻 接触 带静电的物体接触产品 HBM 物体接触带静电的产品 CDM 2 电路 热拔插 带电测试 静电感应 不直接接触电磁干扰 EMI 不直接接触 2 5怎样进行ESD控制 How 2 5怎样进行ESD控制 How 静电控制的原则 1 在EPA控制区域操作所有静电敏感器件 2 存放 运输所有静电敏感器件要用法拉第笼 3 测试和监控整个静电控制流程 EPA控制方法 1 定义区域的防护水平 2 区域明确定义和标识 3 对区域内的所有导体 包括人员可靠接地 4 消除一切不必要的静电产生源 5 运用12英寸 30cm原则 6 ESD防护体系文件的建立 2 5怎样进行ESD控制 How 静电防护1 接地接地就是直接将静电过一条线的连接泄放到大地 这是防静电措施中最直接最有效的 对于导体通常用接地的方法 如人工带防静手腕带及工作台面接地等 接地通过以下方法实施 1 人体通过手腕带接地 2 人体通过防静电鞋 或鞋带 和防静电地板接地 3 工作台面接地 4 测试仪器 工具夹 烙铁接地 5 防静电地板 地垫接地 6 防静电转运车 箱 架尽可能接地 7 防静电椅接地 2 静电屏蔽静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中 用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响 最通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护 另外防静电衣对人体的衣服具有一定的屏蔽作用 3 离子中和绝缘体往往是易产生静电 对绝缘体静电的消除 用接地方法是无效的 通常采用的方法是离子中和 部分采用屏蔽 即在工作环境中用离子风机等 提供一等电位的工作区域 2 5怎样进行ESD控制 How 三个基本的控制原理为所有导体进行接地处理 注意 人也是导体控制容易产生较多静电绝缘材料在产品运输和存贮过程中使用ESD防护包装 2 5怎样进行ESD控制 How ESD控制Man 人 Machine 机 Material 料 Method 法 Environment 环 Man 人 手腕带 ESD鞋 ESD椅子 衣服 Machine 机 接地 控制静电电流消除 屏蔽电磁干扰和交流电场 Material 材料 使用导体材料 尽量使用静电消耗材料 使用ESD地板 ESD桌垫 不用或尽量少用绝缘材料 Method 方法 预防 创建ESD安全的环境 保护 保护对ESD敏感的产品或零部件 避免金属小电阻接触 屏蔽 对非ESD安全的物品进行法拉第或距离屏蔽 消除 通过接地 离子化消除产生的静电 Environment 环境 温度 湿度控制 局部使用离子风机 员工ESD培训 管理 处理对ESD敏感的产品必须在ESD安全区域 ESDSafeArea 内进行 在ESD安全区域处理对ESD敏感的产品 必须依照ESD安全处理程序进行 没有进行必要的ESD防护 不允许进入ESD安全区域 EPA区域静电防护等级的分类 一级EPA区域100V二级EPA区域500V 温度和湿度要求 一级EPA区域 如 生产制造和维修区域等静电高风险区域 温度 20 30 相对湿度 RH 45 75 二级EPA区域的温湿度一般要求 温度 10 30 相对湿度 RH 30 75 注 产品物料对环境温湿度有特殊要求时 应根据需要和实际条件采取相应的局部环境保证措施 2 5怎样进行ESD控制 How ESD控制 接地 产品 机器或夹具 腕带 ESD鞋 工作台 净化服 ESD地板 1 人体通过ESD净化服 ESD鞋及ESD地板接地接地电阻通常在1x10e8 1x10e9欧姆 这时人体的静电电位在500V以下 2 人体通过ESD腕带接地 接地电阻可以确保在1x10e6 1x10e7欧姆 可以确保人体的静电电位在10V以下 3 机器或夹具等金属物体通过接地线接地 接地电阻通常小于10欧姆 可以将机器或夹具等金属物体上产生的静电随时导向大地 减少静电对产品的危害 针对于微处理器产品 安全静电电压是 100V 2 5怎样进行ESD控制 How 垫子 接地是针对导体材料进行ESD控制最简单最有效的方法人员接地 腕带 太空服 太空鞋 防静电手套 防静电服装 防静电鞋设备接地对生产流水线必须进行硬接地 流水线的输送皮带必须是金属或ESD材料 工作台应使用金属台面或ESD桌垫台面 并对工作台面进行硬接地 贮存ESD敏感产品或零部件的架子和手推车必须满足ESD软接地要求 设备 工具通过轴承或气缸联接的接触ESD敏感产品部分应考虑另接接地线接地 设备 工具接触ESD敏感产品的部分不得使用绝缘材料 应使用金属或ESD材料 并至少满足ESD软接地的要求 硬接地 直接接地或通过一低阻抗同大地相连 要求接地电阻 4 软接地 通过足够的阻抗接地 从而把电流限制在人体安全电平 一般为5mA 下 通常采用串接1M 阻值接地 2 5怎样进行ESD控制 How ESD控制 接地 粘胶带的使用必须控制到最少 如果必须使用 应使用ESD安全的胶带如 3M40或42 对非ESD安全的胶带 在撕胶带 贴胶带和揭胶带时应考虑在离子风机下进行或远离产品12英寸 30CM 以外进行 维修设备 联接电线等禁止使用粘胶带 撕贴胶带会产生很高的静电 由于胶带是绝缘材料 产生的静电可以保留较长时间 不是生产工艺必须的胶带必须从工作台上拿走 严禁使用胶带来固定物体或电气维修 2 5怎样进行ESD控制 How ESD控制 粘胶带 ESD胶带 ESD材料 非ESD材料 保持非ESD材料与ESD敏感产品12英寸 30cm 以上距离 2 5怎样进行ESD控制 How Q M ESDQ M ESDQ M ESD 2 没有静电荷 3 没有静电荷和没有金属联接 Q M ESD Q 在产品或零部件 工具或其它物体 包括人体 上的静电荷 通常是由于摩擦或者是静电感应产生的 M 与产品或零部件暴露的输入电路进行小电阻的金属联接 ESD 短时间内的大电流损坏产品或零部件 造成ESD损坏用这个公式来帮我们理解如何解决ESD问题 1 没有金属联接 没有ESD损坏没有ESD损坏没有ESD损坏 2 5怎样进行ESD控制 How ESD控制公式 消除金属联接 M Q M NOESD 避免金属联接的方法 设计工具 使暴露的电路不能接触工具的金属表面 在工具的表面使用ESD消耗材料 ESD垫子等 暴露的电路 好 好 不好 2 5怎样进行ESD控制 How 为导体进行可靠的接地 对固定金属导体 接地电阻 10ohms 对移动导体 ESD材料或不可以接地的导体 接地电阻 1X10 9欧姆 减少或消除摩擦 撕粘胶带等等所有可以产生静电的操作 如有必要 使用离子风机消除绝缘材料上的静电 从工位上拿走不是生产必须的绝缘材料 对于生产工艺必须的绝缘材料和ESD敏感的产品 保持安全距离 12英寸 30cm以上 减少或消除静电荷 Q Q M NoESD 2 5怎样进行ESD控制 How Q M ESD很多人首先试着只是控制Q 静电荷 但消除M 金属联接 通常是最廉价的 最容易的 从长期来说也是最有效的解决办法 聪明的做法是把控制Q 静电荷 和消除M 金属联接 结合起来 这取决于在每个工艺过程中哪一种方法最容易 最廉价 你必须不断改善和优化你的工艺过程 否则ESD的问题将继续困惑着你 2 5怎样进行ESD控制 How 目录 ESD基础知识介绍 1 静电防护作业规范 3 静电控制 2 4 静电控制不良实例 5 三 Cyberenergy静电防护作业规范 文件编号 EW07013 静电防护作业规范 1 定义 静电 静电是指物体表面过剩或不足的静止不动的电荷 这是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果 是通过电子或离子转移而形成的 静电敏感组件 所有外箱标示上有静电敏感标示的物料均属于静电敏感组件 本司敏感部品包括 CPU 二极管 三极管 IC及PCB板半成品 2 静电防护原则 1 选择在安全区域作业 2 在有静电安全顾虑的情况下 必须使用有线静电腕带 需配合接地线使用 或防静电手套 3 离开工作区搬运晶体类零件或有静电安全顾虑之基板时 必须使用防静电遮蔽容器运送 三 静电防护作业规范 文件编号 EW07013 静电防护作业规范 4 当备料台车 工作台车于工作使用中有静电安全顾虑时 必须将台车桌面辅设防静电桌垫 并将台车接导通 5 安全 迅速 有效地消除已产生的静电 6 应按照电子元器件的静电敏感度 确定防静电工作区的防护所应达到的级别 7 防静电区域内禁止使用易产生静电的电荷源 8 防静电区域应标示区域界限 并在明显处悬挂警告标示 9 静电敏感器件的取放 A 配带干净防静电手套或配合良好静电防护措施 有线静电环 握持板边或板角执行检验 注意事项 在拿取静电敏感元器件时 需在有防护措施下进行 三 静电防护作业规范 文件编号 EW07013 静电防护作业规范 3 静电防护器 静电腕带及腕带测试器 4 防静电桌垫 所有摆放敏感组件及SMT DIP阶半成品桌面均需铺设防静电桌垫 铺置于工作桌面上 当工作桌面为绝缘体时 必须将内含电阻1M 的接地线一端线扣确实扣住防静电桌垫的线扣 另一端接地线的鳄鱼夹夹住地线金属部分 注意事项 A 不可在桌面上从事切割工作 B 桌面清洁保养 可用清水或酒精擦拭 切勿使用其他化学药剂 三 静电防护作业规范文件编号 EW07013 静电防护作业规范 5 防静电手套 因无法佩带有线防静电腕带 但作业中可能接处到IC或晶体类零件 含半成品PCB及晶体类单体零件 时 必须佩戴防静电手套 例如 PCB之取放 搬运或至库房领取IC或晶体类零件 6 防静电零件盒 1 放置IC 晶体类零件 2 若有二种规格零件放置在一个零件盒内 又必须隔离时 可在零件盒内插入隔板 隔板为防静电材质 注意事项 零件盒使用时勿接触热源 例如 烙铁 锡炉等 7 防静电保护袋 1 包装IC 晶体类零件或半成器PCB 注意事项 勿接近热源及使用刀片切割 8 接地导通测试 接地导通测试记录表 1 基板线 AI线 整机线 加工站 维修站 修补站以及仓库货架的接地导通要求 4 2 以上外接地线 每月测试一次 并记录于 接地导通测试记录表 手持交流设备电批 电烙铁每天上班前测试一次 接地导通要求 40 并记录于 静电防护测试记录表 目前厂采取措施有 手持式电笔进行测试 不允许有静电存在 三 静电防护作业规范文件编号 EW07013 静电防护作业规范 目录 ESD基础知识介绍 1 静电防护作业规范 3 静电控制 2 4 静电控制不良实例 5 四 静电控制不良实例 没拆包装的拉手条经常放置在裸露单板附近 造成ESD隐患 四 静电控制不良实例 由于纸是一种特殊的材料 只有湿度一定的范围时它才是静电耗散材料 所以单板不能放在纸箱上面 更何况放在纸箱上的胶带上面是万万不可的 四 静电控制不良实例 四 静电控制不良实例 黄色不防静电胶带粘贴在防静电工作台上 当在此工作台操作静电敏感