静电放电(ESD)与防护基础知识[1]~36001

1、静电放电（ESD）静电放电静电放电(ESD)防护基础知识防护基础知识 静电概论静电概论 静电危害静电危害 静电控制原理静电控制原理 静电防护系统静电防护系统静电概论静电概论1、静电 的定义2、静电的产生3、静电的特点静电的定义 静电是物体表面过剩或不足的静止电荷。 静电是一种电能，它留存物体表面： 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转移而形成的。 静电的产生静电产生的方式很多，主要有接触、摩擦、感应、剥离、电解、温差、冲流、冷冻、压电等。在电子车间主要的静电产生形式为接触、摩擦、感应三种接触产生静电是静电荷的转移过程摩擦产生静电摩擦产生带电现象，其带电量多寡

2、与二物体之接触面积、分开速度、相对湿度等因素有关。 表一 静电电位表静电产生方法10 25%RH65 95 %RH走过地毯35000V1500V走过塑料地砖12000V250V在工作台工作6000V100V从工作台取出一塑料袋20000V1200V 表二 摩擦生电序列表正电性(+)负电性(-)玻璃耐龙毛铅铝纸张棉木材钢铁镍铜橡胶聚酯PVC硅铁氟龙静电感应 静电感应的原理为电磁感应，当一物体置于静电场中，在其上可感应出正或负的静电荷，其静电电压的幅值取决于静电电场强度。静电的特点 静电具有高电位、低电量、小电流和作用时间短。 静电受湿度的影响较大； 静电测量时复现性差，瞬间现象多。 物体产生静电

3、后，在其周围形成静电场。位于 静电场中的任何其它带电体都会受到电场力排斥或吸引。 静电放电可以出现在两个静电位不同的物体之间，也可发生在物体表面静电荷直接向空气放电。 静电危害静电危害静电放电 ESD（Electro-Static Discharge) 功率型损伤 电流敏感器件静电过压 EOS（ Electro-Static Overstress) 电压型损伤 电压敏感器件静电吸附 ESA（ Electro-Static Attraction) 微尘造成的短路和损伤电磁干扰 EMI（ Electro-Magnetic Interference) 静电放电引起的电磁干扰 即时失效10% 延时失效

4、90%静电放电 在放电过程中，这些能量约以十分之一微秒的时间通过人体和器件电阻释放，并耗散在人体和器件电阻上。 在这样短的时间内，平均脉冲功率可达几千瓦。如此大功率的短脉冲，足以烧毁硅片上的一个微区并在芯片表面炸裂出一陷坑，或者引起SiO2膜击穿或开裂，甚至烧毁金属互连线。静电过压 当带静电荷者用手触摸器件时，人体就会将电荷传递给器件，若器件对地无放电回路，器件上就会出现高压，由于过电压的作用，会导致MOS器件的栅氧化层被击穿或引起极间空气击穿致使器件发生失效。 通常栅氧化层无保护时，在大约100V以下便可引起击穿。若氧化层有针孔或空洞，发生击穿的电压还会更低。所以MOS器件的静电防护非常重要

5、。MOS器件的ESD损伤必须在设计、制造和使用过程中予以保护。 电子器件所能承受静电破坏的静电电压 器件类型器件类型静电破坏电压静电破坏电压( (V)V)器件类型器件类型静电破坏电压静电破坏电压( (V)V)VMOS301800OP-AMP1902500M0SFET100200JEFT1401000GaAsFET100300SCL6801000PROM100STTL3002500CMOS2502000DTL3807000HMOS50500肖特基二极管3003000EDMOS2001000双极型晶体管3807000ECL3002500石英压电晶体10000静电吸附 在芯片的生产中，如芯片所带静电

6、电位非常高，由于静电的力学效应就会使车间的浮游尘埃被吸附于半导体芯片上； 在芯片的组装过程中，尘埃会使芯片短路； 为防止静电吸附，制造半导体过程中，必须使用超洁净室，同时，洁净室的墙壁、天花和地板等均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静电防护措施。 电磁干扰 静电放电可产生频带几百千赫兹几十兆赫兹，电平高达几十毫伏的电磁脉冲干扰，当脉冲干扰耦合到计算机和低电平数字电路时，致使电路发生翻转效应，出现误动作。强能量脉冲干扰，可使静电敏感器件破坏。 静电损伤的失效模式1、突发性完全失效。 器件的一个或多个电参数突然劣化，完全失去规定功能的一种失效。通常表现为开路、短路以及

7、电参数严重漂移。 2、潜在性缓慢失效。 如果带电体的静电位或存贮的静电能量较低，或ESD回路有限流电阻存在，在这种情况下，一次ESD脉冲不足以引起器件发生突发性完全失效。但它会在器件内部造成轻微损伤，这种损伤又是积累性的，随着ESD脉冲次数增加，器件的损伤阈值电压会逐渐下降，使器件的电参数逐渐劣化，它降低了器件抗静电的能力，降低了器件的使用可靠性. 静电控制原理静电控制原理 静电控制的基本原则 静电泄漏和耗散 静电中和 静电屏蔽 增湿 静电控制的基本原则基本原则：一个中心、两个方面一个中心以“等电位”为中心所有接触表面等电位两个方面控制静电的产生设备、工装、材料 控制静电的消散安全泄放、中和两

8、者共同作用的结果就是有可能使静电电平不超过安全限度， 达到静电防护的目的。静电泄漏和耗散 将各种操作过程中产生的静电荷迅速泄漏和耗散是防止静电危害行之有效的方法。 静电泄漏是通过防静电材料并使之接地来完成的。 静电放电的辐射状电流流向地的静电放电电流防静电材料 导静电材料：表面电阻率小于105.m的为导静电材料。不适用静电包装。 静电耗散材料：表面电阻率1051012.m为静电耗散材料。可用作静电包装。 电磁屏蔽耗散复合材料：由电磁屏蔽材料（表面电阻率小于104.m）和静电耗散材料复合而成。通常静电耗散材料复合在屏蔽材料内层。 绝缘材料：表面电阻率大于1012.m静电防护材料的制备 1、外用抗

9、静电剂法。 2、外用持久性抗静电剂法。 3、内加抗静电剂法。 4、材料表面改性法。 5、与导电材料混用法。静电接地 软接地：是指接地线串接阻值为1M的电阻后再与大地相连。软接地的目的在于将对电流限制在人身安全范围之下（通常为5mA）。 硬接地：是指将地线直接接地或通过一低电阻接地。一般情况，硬接地用于静电屏蔽或仪器设备、金属体的接地。 设备接地：是指专门的安全保护地线与机器、设备的金属外壳、机座进行电气连接，一端接往大地电极系统，与大地接通，另一端与设备的外壳相连。静电接地线与设备接地线必须分开。 静电中和 用正负离子与静电源上的正负电荷中和，从而消除静电源上积累的静电。 是借助离子静电消除器

10、或感应式静电刷来实现的。 静电屏蔽 屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体实现的，壳体可以是金属，也可以是金属织带。 静电屏蔽效果与接地有很大关系，只有将屏蔽体接地，才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄漏，使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。 增湿 湿度增加则非导体材料的表面导电率增加，使物体积蓄的静电可以更快泄漏。 在工艺条件许可时，用增湿法消除静电的效果是很明显的 静电防护系统静电防护系统 人体静电防护系统人体静电防护系统 防静电操作系统防静电操作系统人体静电防护系统人体静电防护系统 防静电腕带 防静电工作服 防静电工作鞋 防静电手套（指套） 防静电腕带 防静电腕带与皮肤直接接触，是一种通过接地而

11、把人体皮肤静电导走的装置。它由松紧圈和接地组件组成。 无绳防静电腕带的使用：车间间接人员正正 確確E S D 防防 護護不不 正正 確確E S D 防防 護護靜 電 環 金 屬 導 體 確 實 接 觸 人 體 皮 膚靜 電 環 金 屬 導 體 未 接 觸 人 體 皮 膚使用腕带时应注意的事项：1、防静电腕带使用时应与手腕皮肤接触良好，并定期点检。2、使用时腕带的接地线要于静电接地线相连，不可夹在桌面或桌边的金属体上，使用腕带操作时不允许断开。正正 確確E S D防防 護護不不 正正 確確E S D防防 護護靜 電 接 地 夾 要 確 實 夾 在 金 屬 導 線 上靜 電 接 地 夾 夾 在 絕

12、 緣 體 上（ 接 地 線 絕 緣 層 ）防静电工作服 为防止服装的静电积累，用防静电织物为面料而缝制的工作服。 防静电织物是在纺织时，大致等间隔地或均匀地混入导电纤维或防静电合成纤维或两者混合交织而成的织物。其表面电阻率ps介于104109.cm之间。 防静电工作服使用注意事项 禁止在防静电工作服上附加或佩带任何金属物体； 不许在防静电场所穿或脱防静电工作服（应在指定的更衣室穿、脱），穿时工作服的拉链应拉上，不可使其处于接近脱衣状态并带上帽子； 防静电工作服应定期洗涤，洗涤应尽量采用简易方法进行，应避免使工作服受到较强的机械和化学损伤； 防静电工作鞋 鞋底用电阻变化小的导电性物质制作的工作用

13、皮鞋、布鞋、胶鞋、拖鞋等。 要求鞋底、鞋垫成为静电泄漏的电气回路，以使人体产生的静电能向大地泄漏掉。防静电工作鞋使用注意事项 穿用防静电工作鞋必须使用薄型尼龙袜或混有导电纤维的袜子，不应穿毛线的化纤材料的厚袜子； 防静电工作鞋内不得另附鞋垫，特别是绝缘性鞋垫；(检测穿鞋时人体对地电阻符合要求时可不做强制性规定,因脚汗也具有一定的导电性) 在工作时严格禁止双脚离地。 防静电手套（指套） 它们可选用相应的防静电布料或导电纤维制作。 所用的指套表面电阻应限定在108以下。 防静电操作系统 防静电工作台 防静电地板 防静电包装 防静电周转小推车 防静电工作椅 其它防静电用品 静电防护标识 防静电工作台

14、 它由工作台、防静电桌垫、静电接地线组成，并保证防静电桌垫、静电接地线与公共接地点相连。 必要时，防静电工作台可配备离子风静电消除器。正正 確確E S D防防 護護不不 正正 確確E S D防防 護護接 地 線 確 實 連 結 於 置 物 架 上接 地 線 僅 接 觸 置 物 架 ， 未 確 實 連 接正正 確確 ESD 防防 護護工 作 桌 要 放 置 抗 靜 電 桌 墊 且 接 地工作台上静电荷的消除 离子风静电消除器。正正 確確E S D 防防 護護不不 正正 確確E S D 防防 護護離 子 風 扇 仰 角 適 當離 子 風 扇 仰 角 過 高防静电地板 表面电阻率为1061010.c

15、m的地板。 主要有防静电橡胶板、防静电塑料地板、防静电活动地板、防静电沥青砂浆等。地坪材料电性能使用寿命（年）成本防静电橡胶板Pv:： 1051010.cm510较贵防静电塑料地板Pv： 1051010.cm510贵防静电活动地板Pv： 1051010.cm510贵防静电沥青砂浆Pv： 1041010.cm3050较低水泥类Pv： 1041010.cm3050较低防静电包装 防静电软塑料包装袋 防静电硬塑料容器 正正 確確 E SD 防防 護護不不 正正 確確 E SD 防防 護護抗 靜 電 盤 上 直 接 放 置 產 品抗 靜 電 盤 上 擺 放 紙 張 造 成 絕 緣防静电软塑料包装袋 单

16、面塑料包装袋：在聚烯烃（聚乙烯、聚丙烯）或聚氯乙烯中填充适量炭黑作成； 双面塑料膜包装袋：由防静电塑料薄膜内层与厚度极薄（约为10nm）的金属外层复合而成； 三层结构防静电包装袋：内层为防静电层，防止元器件在袋内摩擦积累静电，中间层为金属导电层，起屏蔽作用，最外层又是防静电层，防止袋子在贮运过程中与外界介质摩擦积累静电。 防静电硬塑料容器 电子工业中所用的各类防静电塑料容器，要求所用材料的表面电阻率ps1011.cm 其制作方法主要有： 外部涂敷化学抗静电剂； 内添加化学抗静电剂； 内添加炭黑； 化学改性法等。 防静电周转小推车 用于周转元器件、半成品等的小车。 其车体用金属或防静电塑料制作。表面电阻 Rs1010； 车轮应使用导电橡胶制作，车轮对地电阻R109。 台車接鐵鍊接觸導電地板防静电工作椅 椅面材料可选用防静电织物或防静电海棉、防静电软塑料片、胶板等. 其表面电阻率s应介于106.cm1010.cm。 其它防静电用品 防静电清洗液：用于清洗波峰焊的印刷板。 防静电毛刷：擦拭波峰焊的印刷板。 防静电海绵：用于插装携带SSD或用来作SSD的包装衬垫。 防静电胶带纸：波峰焊前用来粘贴印刷板上的有关部位。 增湿器：用于增加工作场所的湿度，防止操