ESD静电防护培训教材PPT课件

1 静电防护培训教材 2 內容提要 ESD简介 ESD的模式 ESD的影响 ESD防治专业词汇介紹 防 抗静电材料定义 ESD防治基本方法 ESD测试标准及简介 ESDSymbol 3 ESD Electrostaticdischarge 简介 ESD产生的原理 静电荷的产生与积累静电荷的快速释放 Asudden electrostaticdischargefromaoneobjecttoanotherobjectisdefinedasanESD event 4 影响摩擦生电电量的因素 摩擦频率 物质材料 相对湿度 接触面积 5 常用的数量级符号 数量级全名符号1012TeraT109GigaG106MegaM103KiloK10 3MilliM10 6Micro 10 9NanoN10 12PicoP 6 典型的ESD电压 StaticelectricityismeasuredinCoulombs oftenrepresentedby q 7 ESD的模式 人体带电模式 HumanBodyModel HBM DischargetotheDevice 机器带电模式 MachineModel MM DischargetotheDevice 元件带电模式 ChargedDeviceModel CDM DischargefromtheDevice 8 HumanBodyModel HBM 模拟由站立人体的手指尖放电至元件的现象 Thedischargefromthefingertipofatypicalhumanbeing STM ESD STM5 1StaticanddynamiccomponentdatacanbeobtainfromManufacturer ESDwithstandvoltage theMaxESDlevelthatdoesnotcausecomponentfailure 9 MachineModel MM 70年代 日本人认为HBM不足以代表最差状况而提出 用于自动组装的制造环境MM的电容值较HBM大 因此MM儲存的电荷较多R很小因此电流较大 速度较快STM ESD STM5 2EvaluatingESDsensitivityofcomponentstothedefinedMM 10 ChargedDeviceModel CDM 现代自动化组装环境中最重要但却常被人忽略的ESD模式 原理简单 但再现困难 速度快 难保护 CDM的来源 测试设备 ICT SMT IC的包装 11 ESD的三种模式比较 HBM与MM 人体 机器或环境带电 HBM是最古老且最常发生的模式 但并非最严重的危害模式 MM造成的故障与HBM类似但电压却远高于HBM 速度也比HBM快 CDM 元件带电 模拟一带电元件经由一脚接地而放电的现象造成ESD故障的主要原因 电流上升时间最快速 12 ESD的影响 ESD事件 因局部高温或电位差造成ESDS的元件破坏 可能发生在制程中或使用中的任何阶段 成本问题 客户抱怨 商誉损失ESDS Electrostaticdischargesensitive 13 ESD防治专业词汇介紹 ESDS ElectrostaticDischargeSensitive Item静电敏感件对于静电放电敏感 易被ESD破坏 的元件 组件或模组 SSZ Static SafeZone 静电安全区域內部任一点均符合基本要求的区域 SSW Static SafeWorkstation 静电安全工作站 ESDProtectiveWorkstation静电防护工作站包含ESDSItem的特定工作区域 必须符合SSW的要求 通常其范围较小 如SMT线 测试工作站 Rework区域SSP Static SafePackage 静电安全包装ESDProtectivePackage SSP 静电放电防护包装能夠限制摩擦生电 屏蔽静电场或免除ESD對ESDS元件破坏的包装 14 ESD防治专业词汇介紹 ESDProtectiveArea EPA 静电放电防护区域内涵ESDSItem的大范围工作区域 所有人员进入时都应穿戴适当的接地设备 且所有行为也须遵守其相关规定TriboelectricCharging摩擦生电当两种材料接触摩擦 Friction 或剥离 Separation 时其表面产生静电荷的现象 15 ESD防治专业词汇介绍 SurfaceResistance表面电阻以二个电极放置与一材料表面上 加以一直流电压 V 測量其通过的电流值 I 再计算其电阻值 R 其單位为欧姆 SurfaceResistivity表面电阻率均一材料的单位面积表面电阻 其单位为 square 表面电阻率与体积电阻率间通常存在一比例 该比例与測量电极的几何形状有关 VolumeResistivity体积电阻率即电阻率或称电阻系数其单位为 CM 16 静电防治材料定义 MaterialElectricalCharateristics ConductiveMaterials导电材料表面电阻率小于1x105 square surfaceresistivity 或其体电阻率小于1x104 CM volumeresistivity ESDADV1 0 EIA 628 1994 MIL 263B StaticDissipativeMaterial静电消散材料表面电阻率至少为1x105 square且小于1x1012 square 或其体电阻率至少1x104 CM为且小于1x1011 CM ESDADV1 0 EIA 628 1994 MIL 263B InsulatingMaterial绝缘材料表面电阻率大于1x1012或其体电阻率大于1x1011的材料 EIA 625 1994 ESDAADV1 0 1994 17 静电防治材料定义 Anti StaticMaterial抗静电材料 能抑制摩擦生电的材料 ESDAADV 1 0 能抑制摩擦生电至200V以下的材料 EIA 625 抗静电材料并不须要测量其表面电阻率或体积电阻来决定其特性 StaticShieldingMaterial静电屏蔽材料可防止元件遭受外界的静电场破坏的一种防护屏障 EIA 625 18 静电防治基本法则 将工作区的所有导电物接地使其带电不超过50V 以静电压表确认工作区內的非导电物体所带电压不超过300V or200V 如果静电场无法避免应确保静电敏感零组件与带电之表面保持足夠的距离 19 ESD问题的对策 作业人员的头发 以静电压表确认 距离皮肤表面5cm以內 因电压抑制的效果 静电压可降至 300以下作业人员的衣著 需要抗静电衣嗎 整齐洗衣与量测之成本 搬运工具 若台车为绝缘轮 移动时易与地面摩擦而累积静电更换为导电轮 需注意污染问题拖铁链 堆高机不应行经铺有导电地板的区域 20 ESD问题的对策 纸张 纸制标签 在常温常湿下 纸制品可视为抗静电 Antistatic 材料 因此非光面纸制品在工作区是可被允许的 MIL HDBK 263 手套的使用 洁净室内的一般要求 静电消散时间 Static decaytime 2sec FED STD 101 Method4046 量测其表面电阻率StaticDissipative 戴上手套后是否需要再戴静电环 21 ESD问题的对策 离子风扇 解決工作区内绝缘体的带电问题 使用Charged platemonitor评估Dischargetime balancelevel成品 半成品在工厂内的运送 使用普通透明塑胶袋 半透明metalized塑胶袋 导电袋 或是铝箔袋 作放电测试 dischargetest 以满足自己的需求为原则 22 ESD问题的对策 导电地垫 可使用于无导电地板的工作区 并配合导电鞋 清洁用品之挑选静电接地 工作台面及作业人员 目的 使作业人员在同一电位上地桩建物的金属结构金属水管 建议 与市电地线间电位差不超过5V rms 或阻抗不超过25欧姆 23 ESD测试标准及介绍 静电放电相关测试程序和标准U S Military DepartmentofDefense美军规范ASTMAmericanSocietyforTestingandMaterialsNFPANationalFireProtectionAssociationJEDECJointElectronDeviceEngineeringCouncilIECInternationalElectrotechnicalCommissionESDAESDAssociation 24 静电环测试 功能 主要为防止HBM对于ESDS元件的破坏 型式 金属 纺织品 表带式 松紧带式 粘带式 安全性 必须要有限流电阻 通常约为1M 250V 1 4W 来保护人体安全 接地线与静电环分离的拉力为1 5ib 若无限流电阻则必须以红色标示 MIL STD 202Method2 5 Method101 ESDAESDS1 1测试方法接地阻抗 必须小于1 25M 30V环带阻抗 1M 20 25 一般简易测试方法 一般定期检查 750K 10M 静电环配戴检查 新品进料检查 1M 20 静电环及接地线连接检查 26 接地系统 ESDS6 1主要目的 将静电防护设施接地 提供一个路经使静电消散材料 导电材料及个人接地设备在同一个电位上 减少ESDS元件受到破环 其他相关标准 ANSI NFPA70 1990 ANSI IEEEStd142 1982 人员安全防护考虑人员碰触电源时 通过人体的电流 故接触人体的接地系统必须要有限流电阻 27 接地系統 ESDGround SoftGround 静电放电接地能够使静电产生源 人或物 藉由路经到接地的端点 排线 金属线或其他接地系统 EIA 625 Ground HardGround 实接地藉由电子线路或特殊设备和大地 Earth 连接的导电接点 和大地 Earth 间具零电位差 28 一般工作接地系統 ESD接地点的量测DC欧姆計 量测范围0 1 1M 10 开路电压必须大于1 5VESDCommonPointGround 共地点 到EquipmentGround必须小于1 ESDCommonPointGround到ESDProtectiveMaterialsandDevices ESD防护材料或设备 必须小于1 如果有保护电阻则必须加上其值 29 工作表面的量测 ESDS4 1 1997主要目的 使用标准的测量设备 测量ESD防护工作表的表面电阻值以评估其特性 其他相关标准ASTMF150NFPA99测试设备可提供100V和10V测试电压 误差在10 以内的高电阻计 量测范围由10K 100G 2只5lb直经2 1 2 的测试电极 30 工作表面的量测 测试时机1 环境和材料评估测试2 新配置的设备验收3 定期的测试环境和材料评估测试 低湿度测试湿度12 3 R H 温度23 1 预先放置时间48 72小时测试电压为10V 100V表面必须用70 的IPA清洗测试结果必须记录最大 最小值测试样品大小 10 X24 6个 样品本身必须有二个接地点测试点 Resistancetogroundandresistancepoint topoint 31 工作表面的量测 环境和材料评估测试 低湿度测试湿度50 5 R H 温度23 1 预先放置时间48 72小时测试电压为100V表面必须用70 的IPA清洗测试结果必须记录最大 最小值测试样品大小 10 X24 6个 样品本身必须有二个接地点测试点 Resistancetogroundandresistancepoint to point 32 工作表面的量测 先將工作表面以70 的IPA清洗并风干5分钟后 方进行测量ResistancetoGroundablePoint s 测试电压为100V 测试结果必须记录最大最小值测试点分別为ABCDE五点 A 距离Groundablepoint s 3 位置 B C D 距离每个角落2 位置 E 中心点ResistancePoint to Point测试电压为100V测试点如下 A 水平距离10 位置 B 垂直距离10 位置 C 左斜对角线各角落距离为2 D 右斜对角线各角落距离为2 33 工作表面的量测 定期检查 不要清洗工作表面 且移走所有ESDS元件 以新配置验收方法来测量ResistancetoGroundablePoint s 以及ResistancePoint to Point 若测试不合格时 清洗后再重新测试 建议允收标准ResistancetoGroundablePoint s between1x106 and1x109 ResistancePoint to Point 1M 34 地面材料电阻特性测试 ANSIESDS7 1 1994测试目的 测量地面材料的电阻特性 其量测结果为电阻值 而非电阻率 静电防护地板须配合静电防护鞋 鞋环 轮子及装载器具使用相关测试标准NFPA 99 ASTM F150 DIN51953测试种类环境和材料评估测试新铺设完成的验收 35 地面材料评估测试 测试条件样品數 12 X24 5片 放置时间至少72小时清洗表面 使用70 IPA清洗待测表面测试电压为 100V湿度 12 3 和50 5 R H 温度 23 1 测试设备可提供100V和10V误差在10 以内的高电阻計 量测范围可由10K 100G 及2只重量5lb 直经的2 5 的电极 电极表面为导电橡胶 其在金属表面上的电阻必须小于1k at10VDC 测试结果必须记录最大 最小值 36 铺设配置完成的验收 测试前使用70 IPA清洗电极并风干ResistancetoGroundablePoint每5000sq ft 464 5m2 必须测试五点ResistancePoint to Point每5000Sq ft必须测试五区 每区测试点间的距离应至少为36 约120CM 37 表面电阻 率 测试 测试目的 量测一个ESDS包装材料的表面电阻率 来评估其静电防护的特性 相关测试规范ASTMD 257 专为量测绝缘表面所设计的标准 ANSIESDS11 11 1993 专为静电消散表面所设计的标准 38 ESDS11 11表面电阻 率 测试 使用Surfaceresistancetestkit检查并评估稳定时间测试样品 6片 3 x5 76x127mm 双面皆须测试高电阻1M 10T 的样品 测试电压为100V低电阻1K 1M 的样品 测试电压为10V测试时间为1T 检查5次的稳定时间平均值加5秒 39 静电消散时间测试 测试目的评估静电防护材料被间接或直接充电后 其电荷自然衰退所需的时间 相关测试规范FTS101C 4046 1EIA 541 40 静电消散时间测试 测试条件样品數 3 X5 6片测试环境条件 12 3 R H 23 3 测试电压 充电至 5KV 再放电至50V 正负各执行3次测试结果 36次量测结果之平均值不得大于2秒 41 ESDCertificate ProgramsdevelopedusingANSI ESDS20 20 1999 DevelopmentofanElectrostaticDischargeControlProgram canbeauditedunderanewprogramintroducedbytheESDAssociationthatallowscompaniestobecertifiedtoANSI ESDS20 20 TheprogramissimilartoISO9000 withcertifiedregistrarsindependentlyassessingacompany sESDcontrolprogramandissuingaformalS20 20certification Thisindependentassessmentofacompany sESDcontrolprogramcanbeperformedaspartofthecompany sISO9000auditorasaseparateaudit 42 ESDclass 43 Class0usuallyreferstothehumanbodymodel HBM ESDsensitivityofacomponent Eachofthethreedevicetestingmethods humanbodymodel machinemodel andchargeddevicemodel includesaclassificationsystemfordefiningthecomponentsensitivitytothespecifiedmodel AsensitivityclassificationsystemforHBMisshowninTable ESDclass0 44 ESDSymbolstoUse OneofthesesymbolsistheESDsusceptibilitysymbolwhichisfairlydescriptive abanningslashacrossahand theinternationallabelsymbolofthetrianglemeaningcaution thewholesymbolshouldmeanbecareful devicesusceptibletoESDdischarges ort