ESD基础知识培训(讲义)

1、 制造总厂培训小组制造总厂培训小组 编辑编辑:孙小兰孙小兰 前前 言言 在我们的电子工业中常见的一些问题： 电子元件无故失效，并发现内部有过热或烧熔的现象 电子产品产出率不高，品质不稳 客户投诉产品无故失效 产品上的尘埃等污物难以持久清除，影响产品外观，甚或影响对于产 品进行操作 定义定义 1、静电学静电学 静电学静电学是十八世纪以库仑定律为基础建立起来的，以研究静止电荷及磁 场作用规律的学科，是物理学中电磁学的一个重要组成部分。 2、静电、静电就是物体表面过剩或不足的静止电荷。 现象现象： 冬天脱毛衣时， 会听到嚓嚓声 触电橡胶棒磨擦后能 吸附碎纸片 定义定义 3、esd：electrost

2、atic discharge 静电放电静电放电 ：具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电感应引起的物 体间静电电荷的转移，在静电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而 进行放电的现象。 现象现象： 由此可见：静电放电是在瞬间完成的，所以对于静电引起的危害，造成的 产品失效等问题，我们很难发现。 4、eos: electrical overstress 电流或电压过载 冬天晚上脱毛衣 时，会看到闪光 触电 esd的产生途径与类型的产生途径与类型 一、产生途径一、产生途径 静电产生的最基本途径就是两种不同材料的物质两种不同材料的物质接触接触和和分离分离或或摩擦摩擦 或或临近临近电场的感应电场的

3、感应。 电子工业生产包括smt贴片、装配、品管、包装到出货的整个过程，其 实就是静电产生的过程，所以对静电防护的迫切性日益重要。 家俱移动或设备移动引起的家俱移动或设备移动引起的esd 人体接触或移动引起的人体接触或移动引起的esd 机器引起机器引起 的的esd 三种类型三种类型 esd的产生类型的产生类型 esd的危害的危害 静电的危害主要有两个方面：静电的危害主要有两个方面： v 一是使元气件永久性失效，报废； v 二是使元气件的性能降低和参数下降。 后一种危害比前一种危害更可怕，更危险。原因是第一种危害在检测或调 试过程中及时发现并予以更换，马上可解决问题。而第二种在初期初期是很难发现

4、的，因为元气件参数下降并不是马上就体现出来，很容易通过出厂前的检验而 流入用户手中。那么随着时间的推移，这些元气件就会永久性的失效。从而降 低了元气件的寿命，也就影响了产品的寿命,更影响公司产品品牌形象。 esd的危害的危害 在电子工业生产过程中操作工人是最重要的静电电荷源。 在环境湿度为10%20%rh时，操作工所带的静电电压是6000v，而 在环境湿度为65%90%rh时，操作工所带的静电电压是100v。 静电电压的数值是随着环境湿度的高低而变化。 这也就是我们生产车间为什么要控制温度和湿度的原因。 那么有人会问，6000v的电压为什么对人的身体没有伤害呢？ esd vs. eos 失效特

5、征失效特征 静电电压静电电压 介绍一下不同静电电压对于人体电击的反应： 静电压（ v） 人体反应 v 1000 v 没有感觉 v 2000 v 手指外侧有感觉 v 2500 v 放电部位有针蟹感，但不疼痛 v 3000 v 有轻微和中等被针刺痛感 v 4000 v 手指轻微觉痛，有较强的针刺痛感 v 5000 v 手掌及手腕前部有电击疼痛感 v 6000 v 手指剧痛，手腕后部有强烈的电击感 v v 10000 v 整个手部剧痛，有电流通过感 v 12000 v 因强烈电击，故整个手部有强烈打击感 静电对电子产品损害的特点静电对电子产品损害的特点 1、隐蔽性、隐蔽性 人体感知的静电放电电压为2

6、-3kv。 2、潜在性、潜在性 受静电冲击后元件性能没有马上明显的下降。 3、随机性、随机性 从一产生到损坏以前，所有的过程都受到静电的威胁。 4、复杂性、复杂性 分析静电放电损伤的失效工作，往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。 为什么要提高人们的为什么要提高人们的esd防护意识？防护意识？ 很多静电问题都是由于人们没有很多静电问题都是由于人们没有esd意意 识而造成的识而造成的。 这是因为大多数esd损害发生在人的感觉 以外，因为人体对静电放电的感知电压约为 3000伏，而许多电子元件在几百伏甚至几 十伏时就会损坏。 静电的强度因为物体材质、磨擦与相对运行 的速度、压力以及环境的温度、湿度有密

7、切 的关系。 人身的活动情形人身的活动情形 静电电压（v） 10-20%rh 65-90% rh 走过化纤地毯 350001500 拿teflon硅片架 300001200 走过塑胶地板 12000250 坐椅子上工作的人 6000100 翻塑面说明书文件 7000600 拿起普通聚乙烯袋 200001000 坐聚氨脂泡沫垫上 180001500 元件的敏感电压元件的敏感电压 v 例如，较多ic分别被只有 250伏和100伏的esd电势 差所破坏，而越来越多的 敏感的现代元件，包括奔 腾处理器，只要5伏就可 毁掉。 v 产生可以听见“嘀哒”一 声的放电需要累积大约 2000伏的电荷，而3000

8、伏 可以感觉小的电击，5000 伏可以看见火花。 序号类型 静电破坏电压（v） 1v mos30-180 2h mos50-500 3p mos100 5mosfet100-200 6jfet140-700 7c mos/n mos250-3000 8线性电路（运放器）180-2500 9肖特基二极管300-3000 10ecl500-1500 11saw150-500 12scr680-1000 13sl-ttl/s-ttl300-2500 14tt/dtl/h-ttl380-7000 15膜式电阻300-3000 电磁感应产生电磁感应产生esd冲击冲击 静电放电模型静电放电模型 v 人体模

9、型人体模型human body model (hbm) v 机器模型机器模型(mm) v charged device model（cdm） esd 模式对比模式对比 导体导体 vs. 绝缘体绝缘体 esd的防护原则及方法的防护原则及方法 “除电”与“去除静电”是不同的概念。正如“静电是什么？”前面所 述，“静电的产生是指物质内部的正负平衡崩溃后发生的偏向于一方 的不稳定状态”。因此，要使这种不稳定的状态变成稳定的中和状态， 这就是“除电”。 除电的原理：除电的原理： 静电防护基本原则静电防护基本原则 v 防止静电荷的产生防止静电荷的产生 v 拟制静电荷的积累拟制静电荷的积累 v 迅速、安全、

10、有效的消除已经产生的静电荷迅速、安全、有效的消除已经产生的静电荷 v 使电荷安全泄露使电荷安全泄露 绝缘体的除电方法绝缘体的除电方法 常用的非导体（绝缘体）带静电荷消除方法有：常用的非导体（绝缘体）带静电荷消除方法有： v 方法一：使用离子风机中和；方法一：使用离子风机中和； v 方法二：控制环境温度与湿度；方法二：控制环境温度与湿度；增加湿度可减少静电荷的产生和积聚机会 v 方法三：用防静电导体制品取代非导体制品；方法三：用防静电导体制品取代非导体制品； v 方法四：采用静电消除剂；方法四：采用静电消除剂；在绝缘体的表面形成一层导电体的覆膜，使电子 流过，象导体一样，可令静电荷完全分布并导走

11、。 v 方法五：采用静电屏蔽；方法五：采用静电屏蔽；在储存和运输时采用，把产品放在屏蔽容器内， 防止外静电场的干扰和影响以及在容器内活动时，就不会产生静电荷。 导体的消除静电方法导体的消除静电方法 导电体可通过接地方法实现静电消除。导电体可通过接地方法实现静电消除。接地可以使导体上的静电导走。 机器(装置)的除电 使机器接地就可简单除电。 作业人员(人体)的除电 使用静电环、导电鞋等可以使人身体上的静电导走，就可除电。 工作台的除电 使用防静电垫，且导电垫子必须接地就可除电。 esd发生原理发生原理 esd发生原理：发生原理： 当集成电路（ic）经受esd时，放电回路的电阻通常都很小，无法限

12、制放电电流。例如将带静电的电缆插到电路接口上时，放电回路的电 阻几乎为零，造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流，流入相应的ic 管脚。瞬间大电流会严重损伤ic，局部发热的热量甚至会融化硅片管 芯。esd对ic的损伤还包括内部金属连接被烧断，钝化层受到破坏， 晶体管单元被烧坏。 esd防护原理防护原理 安全工作区域必须具有： 完整的导电材料及接地系统，使产生静电的运动物体及时的汇漏或 中和。通常规定在该区域内任意二点之间的静电电压不得超过100v。 适当的静电安全工作区域有： 铺有防静电地垫、防静电工作台垫、操作者身着防静电工作服，穿防静 电工作鞋、佩戴防静电腕带；有条件的置放离子风机，使用低压控

13、温烙 铁，并将系统共接大地，故又称“等电位工作系统”或“零电位工作系 统”。工作台上及工作区域内只能用防静电工具和器具，静电敏感的元 件均不得存放在塑料制品、绝缘材料、纸制品等器具上。 手机的手机的esd测试标准测试标准 1、静电敏感器件、静电敏感器件 人们把对静电反应灵敏的电子器件称静电敏感器件（static sensitive device简称ssd）。 按静电的敏感程度分三级。 1级：静电敏感电压范围0-1999v 2级：静电敏感电压范围2000-3999v 3级：静电敏感电压范围4000-15990v 2、静电放电发生器静电放电发生器 (esd generator) 俗称静电放电枪(e

14、sd gun)是电磁兼容测量与试验中静电放电抗扰度 (esd immunity)试验中的重要设备。 目的是为了检验电子设备受到外来静电放电时能否正常工作。 esd 测试标准测试标准 静电放电试验是电子产品重要试验之一静电放电试验是电子产品重要试验 之一，国家在80年代就制定了相应的标准。标准规定该标准第l版中将试验 严酷等级划分为1、2、3、4共四个等级，对应的试验电压分别为2、4、8、 15kv。现在执行的标准是iec 61000-4-2 standard(iec: nternational electrotechnical commission国际电工委员会国际电工委员会) 我们实验室手机

15、的我们实验室手机的esd标准是：气隙放电（也有人叫空气放电）标准是：气隙放电（也有人叫空气放电） 4kv，接触放电，接触放电8kv 常见的防静电用品常见的防静电用品 一、防静电手环：一、防静电手环： 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.目的是将人体的静电导 到大地。 佩戴要求： 1、 静电手环松紧带要适中，不得松驰； 2、不锈钢要与皮肤紧密接触, 不得隔以衣物； 3、鳄鱼夹要夹持在地线上； 4、金属扣环上的按扣紧； 5、静电环必须每班测试并记录,不合格的应立即更换； 6、不准佩戴无线手环； (注:无线防静电手环实际起不到立刻泄放人体携带的静电荷作用。它是将人体电荷 贮存起来

16、，必须23小时放一次电，且最高静电电压为不超过500v。所以不推荐工厂 使用。) 二、防静电手腕带测试仪二、防静电手腕带测试仪: v 好的：亮绿灯、响 v 坏的：亮红灯、不响 v 必须每班测试并记录必须每班测试并记录,不合格的应立即更换不合格的应立即更换 三、防静电手套：三、防静电手套： 作用：能安全泻放操作人员所带的人体静电荷。 要求：接触静电敏感元器的人员必须戴防静电手套，手套不允许有破损 情况； 四、防静电鞋四、防静电鞋 作用：能使静电从人体导向大地，从而消除人体静电。 要求：进入车间必须穿防静电鞋，不允许穿严重磨损的防静电鞋； 五、防静电工衣五、防静电工衣 作用：屏蔽人体身上衣服的静电

17、； 要求：进入车间必须穿防静电工衣； 必须保持干净，袖口束紧、不能有破损。 六、防静电工帽防静电工帽 作用：屏蔽人体头发的静电； 要求：进入车间必须穿防静电工帽； 头发必须塞在帽内。 七、除静电离子风枪七、除静电离子风枪 作用：中和物体上的静电电荷,同时高速离子气流将静 电吸引的尘粒吹除,并阻止其再次吸引尘埃粒子. 要求：必须插上电源线才能产生离子； 八、除静电离子风机八、除静电离子风机 作用：中和那些物体表面的可产生静电电荷； 要求：对于绝缘体的静电荷，要求离子风机来中和静电荷； 九、人体静电综合测试仪九、人体静电综合测试仪 作用：测量人体静电综合电阻 主要测量防静电工鞋是否符合要求； 几种

18、常见的认识误区几种常见的认识误区 误区误区1 人认为如果带了防静手腕带，工作服是多余的。这是由于人体上的，或衣服 上的电荷，会通过防静电手腕带泄放到地。 这是一个普遍的错误概念。大多数衣服是绝缘或具有绝缘性能的。电荷在绝缘 体上是不会移动的，它会一直保留在绝缘体上，经过一定的时间后中和掉或者 与空气中的离子中和。因此，你的袖子、腰带等可能带有几千伏的电压，这可 能会使附近隔离的导体上感应出电荷。因此工作人员需要穿上esd工作服，将 绝缘的衣服屏蔽起来，使衣服产生的静电场最小。 误区误区2 佩带防静电手腕带没有什么具体要求，只要带了就能起到防静电？ 在测试防静电腕时：确信防静电腕带与手腕密切接触；金属导电物质紧贴着皮 肤；金属扣环上的按扣很合适（对线圈中金属扣环上的按扣施15磅的张力是 安全的）；香蕉插头弹簧弹性好，与香蕉插头塞孔接触紧密；线圈是否会有间 歇中断、脏物、油、（这将降低带子的导电性能）。 误区误区3 无线防静电手腕带优于有线的手腕带 无线防静电手环实际起不到立刻泄放人体