ESD知识与ESD控制

1、ESD知识与控制 持之以恒做好每一步防静电措施，降低静电放电给产品质量带来的危害。Q QQ Q：584211992584211992TELTEL13689538332 E-mail: E-mail: 简 介1、基本概念2、静电的产生3、静电放电的危害4、静电放电的控制与防护一、基本概念一、基本概念静电： 人们一般意义上所说的静电，是指静电荷或静电场。 定义：所谓静电荷，是指相对于观察者而言静止的电荷或带电体。 无论是静电荷或带电体，都会在空间激发出静电场。静电场才是静电荷或带电体的物理本质。 因为其对外表现是通过静电场来实现的。静电场是一种物质存在，有能量，有动量，对

2、其中的其他带电体施加力的作用。静电放电： ESDElectrostatic Discharge静电放电 IEC（国际电工协会）定义：处于不同电位的两个物体之间，由于直接接触或静电场感应导致的电荷传输/转移。 ESDS：Electrostatic Discharge Sensitivity (静电敏感度)ESSD：Electrostatic Sensitive Devices (静电敏感器件)EPA: ESD Protect Area (ESD防护区域)ECA: ESD Control Area (ESD控制区域)EBP: EPA ground bonding point (EPA接地点)EOS

3、: Electric Over Stress （电过应力） 二、静电的产生二、静电的产生F摩擦接触分离带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人人体体活活动动静静电电势势（空空气气相相对对湿湿度度1 10 0 2 20 0% %）静静电电势势（空空气气相相对对湿湿度度6 65 5 9 90 0% %）在在地地毯毯上上走走动动3 35 50 00 00 01 15 50 00 0在在聚聚乙乙烯烯地地板板上上走走动动1 12 20 00 00 02 25 50 0在在工工作作台台上上工工作作6 60 00 00 01 10 00 0拿拿聚聚乙乙烯烯纤纤维维包包7

4、 70 00 00 06 60 00 0从从工工作作台台拿拿起起聚聚乙乙烯烯衬衬垫垫2 20 00 00 00 01 12 20 00 0坐坐在在填填有有聚聚氟氟脂脂泡泡膜膜的的椅椅子子上上1 18 80 00 00 01 15 50 00 00 0人人体体活活动动产产生生典典型型的的静静电电电电压压（V V）空空 气气石石 棉棉玻玻 璃璃云云 母母头头 发发尼尼 龙龙羊羊 毛毛毛毛 皮皮铅铅丝丝铝铝纸纸钢钢木木 头头琥琥 珀珀硬硬 橡橡 胶胶铜铜 银银硫硫 磺磺聚聚 合合 物物特特 氟氟 龙龙正正 电电负负 电电材材 料料 摩摩 擦擦 生生 电电 序序 列列 表表二、静电的产生续二、静电的产

5、生续F 感应带电 在雷云下行走，可达50kV。F 断裂起电F 压电效应F 热电效应F 剥离起电F 电动电势F 沉降起电F 溅泼起电感感 应应 起起 电电三、三、ESDESD危害危害1、静电放电的特点ESD是高电位, 强电场, 瞬时大电流的过程。ESD会产生强烈的电磁辐射，形成强电磁脉冲（EMP）。ESD是一个极其复杂的过程。它不仅与材料、物体形状和放电回路参数有关，而且在放电时往往还涉及到非常复杂的气体击穿过程。因此，ESD是一种很难重复的随机过程。2、静电放电的类型电晕放电（尖端放电） 电晕放电是一种高电位、小电流、空气被局部电离的放电过程。电晕放电会给系统造成电磁干扰。由于这些脉冲正好位于

6、射频段，因此会产生强烈的射频干扰。（例GPS）刷型放电 这种放电往往发生在导体与带电绝缘体之间。带电绝缘体可以是固体、气体或低电导率液体。刷型放电释放的能量可高达4MJ。（例毛刷）火花放电 当静电电位比较高的带电导体或人体,靠近其它导体、人体或接地导体时，便会引发静电火花放电。静电能量瞬时集中释放，产生的放电电流及电磁脉冲具有较大的破坏力。它可对一些敏感的电子器件和设备造成危害。对于人体静电放电来说，由于人体阻抗是随人体静电电位变化而变化，在一次放电过程中可能包含了多次火花通道的形成、消失过程，即重复放电。还有其它的放电形式，因为与电子工业相关度低，不作详细讨论。三、三、ESDESD危害续危害

7、续静电放电对电子工业的危害：器件损坏的起始电压为700v器件失效中EOS/ESD失效率占3040%，而高静电敏感的器件EOS/ESD失效率高达60%以上。ESD使元器件软击穿。静电吸附（影响元器件或整机质量）。 影响： 降低洁净度。 降低耐压等级。ESD电磁辐射引起电磁干扰。 影响： 逻辑电路程序混乱 温升 硬击穿 软击穿 上述危害可能发生在预处理、生产过程、测试、总装、调试、包装、储存、发送、维修、运输各个环节。实验结果表明：未采取ESD保护的车间，集成电路器件失效率比采取ESD保护车间的器件失效率高5.5倍。E EO O S S/ / E ES SD D 引引起起的的失失效效排排在在第第一

8、一位位EOS/ESD 59%电子测试 3%氧化/钝化 3%导体失效 3%硅片断裂 4%引脚短路/开路 7%引脚连接 15%其他 6%高高静静电电敏敏感感器器件件失失效效原原因因排排序序高高静静电电敏敏感感器器件件失失效效原原因因排排序序三、三、ESDESD危害续危害续ESD 失效ESD 失效ESD 失效ESD 失效彷真人体带 彷真人体带 8000V 8000V 静电放电静电放电放电 放电 3 3 次次放大 放大 3000 3000 倍倍硬硬损损伤伤： 器器件件不不能能工工作作软软损损伤伤：E ES SD D 减减弱弱了了器器件件或或单单板板的的性性能能，但但仍仍能能通通过过测测试试。单单板板或

9、或器器件件的的特特性性变变差差，最最终终失失效效。硬损伤：一次性损坏，导致完全失效。（右图）软损伤：导致敏感器件参数数值的变化，但仍能正常运行，长期使用导致失效，寿命减短。（左图）三、三、ESDESD危害续危害续 案例：美国AT&T公司的客户投诉，集成电路的薄膜精确电阻，规定电阻误差值在0.2。然而，客户实测电阻值高于理想值45倍。下图左边的电阻显示清晰的激光亮线，测量电阻值为300R。右边电阻明显有损伤部位，测量阻值为1411R。原因调查： 研究发现失效与焊机有关。在到达焊机之前，所有电阻都完好无损。当电阻通过焊机操作后，出现损坏。大批焊机是由焊剂处理台、焊接台和清洗台组成。清洗操作

10、是通过在溶剂池中9把转动的尼龙刷完成。溶剂呈高阻（1M-cm）。尼龙刷高度带电并对工作台面充电。随后，工作台通过焊机对地放电。当静电探测器测试时，有些工作台静电电压高达6000v .问题的改善措施: 使用抗静电刷子。 允许溶剂充电，同时尽可能快的泄放电荷。三、三、ESDESD危害续危害续在在 3 30 00 00 0伏伏 时时 ， 你你 能能 通通 过过 皮皮 肤肤 感感 知知在在 5 50 00 00 0伏伏 时时 ， 你你 能能 听听 见见在在 1 10 00 00 00 0伏伏 时时 ， 你你 能能 看看 见见人 体 对 ESD的 敏 感 我们未认识到ESD对电子、电气产品的影响，因为它

11、们被以下原因掩盖：（1）把ESD失效分析为瞬态过程电应力而不是静电应力引起的。（2）把ESD引起的失效错误的归为随机的、未知的初失效、制造的缺陷或其他方面。（3）只有很少的实验室配备有分析ESD失效所需要的扫描电镜或其他仪器和技术。（4）认为失效是正常的，因此不是去认识和解决ESD问题，只是简单的采取采购大量备件的方法。（5）人们认为只是MOS元件生产线和军事上使用的需要静电控制。（6）许多人认为由二极管、电阻网络或其他保护技术所“保护”的ESDS元件是非ESDS元件。（7）静电放电失效并不总是暴露在静电场后立即发生的，而有时可能只产生潜在缺陷。 (8) 人通常对3.5KV以下静电放电不易感觉

12、到。器件损坏的起始电压为700V。三、三、ESDESD危害续危害续电子元器件、组件及设备的ESD敏感度等级表三、三、ESDESD危害续危害续四、ESD控制与防护F有效的静电控制程序的设计与实施是基于以下五个概念： 把静电保护设计到元件和产品内 -设计的元件、产品和装配过程，使其更合理的避免静电放电(ESD)的作用。消除产生静电的材料与过程 -从工作环境中尽可能地减少或消除静电放电产生与积累的工序或材料。驱散或中和静电放电 -利用离子作用来中和绝缘材料上的放电。安全地驱散或中和那些要发生的静电放电。提供对静电放电的物理保护 -在防ESD的包装材料中包装和运输敏感元件或产品。检测ESD的过程与环境

13、 -有效的静电控制程序的基础。确认ESD敏感元件、敏感级别、和那些对其具有ESD危害的操作。 最后，选择和实施静电控制的程序与材料的结合使用。四、ESD控制与防护续F静电耗散/接地 导体：体电阻1x104电子能在导体表面和体内自由流动如果被接地，电荷能迅速被释放。 静电耗散材料:体电阻1x103Rv1x109电子在材料的表面可以自由移动，但移动的速率由于电阻而受到控制如果被接地，电荷将被缓慢的释放掉。（静电胶皮）F静电中和 绝缘体：体电阻1x1011很少有电子在物体中移动，在物体上的不同地方可以保持正电荷和负电荷。绝缘体的静电耗散只能通过中和，不能通过自己的表面接地耗散。F静电屏蔽F环境增湿

14、相对湿度控制范围：30% 70。F材料控制 选用不产生或少产生静电的材料。F高敏感器保护网络设计 外部保护网络：输入端串联电阻（限流）；并联二极管（能量旁路）。 内部保护网络：电阻与二极管的组合网络。四、ESD控制与防护续ESD防护规范：保证明显而严重的静电源远离防静电工作区1米以上，工作区内必须存在的一些静电源远离ESD敏感器件和敏感单板30cm以上。在接触IC、模块、单板等静电敏感器件、组件的过程中必须佩戴防静电腕带或防静电手套。若单板或模块需要放置在工作台上时，可直接放置于防静电台垫上或用防静电材料去垫衬，但不能用普通白色塑料袋、普通白色泡沫类材料、普通白色气泡袋、其它普通白色塑料制品、

15、白色透明胶带等静电源去垫衬。严禁将单板、等裸露叠放或与其它静电源混放，每个防静电屏蔽袋只能装一块单板、组件或模块，需同时包装多块小板时必须用防静电材料将不同物料相互隔开，不得接触混放。所有单板、模块、静电敏感元器件必须采用防静电材料包装，禁止用非防静电的普通白色塑料胶袋、普通白色气泡袋、普通白色泡沫等物料包装。严禁使用普通胶带（包含白色透明胶带、黄色/红色/绿色标识用胶带）等不防静电的胶带粘在防静电工作台、流水线体、防静电毛刷、扫描仪、电批/电烙铁手柄、防静电椅子/小凳子、IC管、IC托盘、防静电周转箱/车/托盘等防静电工具上。对静电敏感元器件的搬运、储存及分发必须存放在防静电包装内。存放静电

16、敏感器件的库房应设置防静电工作台或分料车用于分料；分料人员在分料时必须戴防静电手套或戴防静电手腕并可靠接地。接地要求：防静电区域各设备（包含线体、电批、电烙铁等）、仪器、工作台垫、腕带插孔座必须可靠接地。电烙铁必须加强接地。所有AC电源须用三芯接头。ESD防护与点检：所有仪器接地线串联一个104P 3000V陶瓷电容。静电胶皮接地扣每3米一个，串联一个电阻1M20%。电批接地，点检对地电阻R 50。锡线接地，点检对地电阻R 5。电源接地，点检对地电阻R 10，漏电电压U0.01V。烙铁接地，点检对地电阻R 10，漏电电压U0.01V。静电环每天上线前测试合格后使用。测试架使用黑色防静电有机玻璃

17、板制作。明显而严重的静电源远离防静电工作区1米以上，工作区内必须存在的一些静电源远离ESD敏感器件和敏感单板30cm以上。ISO 控制文件、制程点检文件、ESD知识文件、静电环测试SOP。四、ESD控制与防护续仪器接地线串联一个仪器接地线串联一个104P 3000V陶瓷电容陶瓷电容四、ESD控制与防护续F人体起电方式接触分离起电：最主要起电机理感应起电：有时电位很高。如：在雷云下行走，可达50kV。传导起电：接触其他带电体吸附起电：主要吸附粉体或水雾。压力为1.2Mpa的水蒸气由法兰盘喷出的地方，人体吸附电位可达50kV。F人体防静电用品涉及到工作帽、工作服、手套、指套、鞋子、袜子、鞋套、腕带等。相关防静电物品台子、椅子、地垫、地板、各种工具、文件夹等。四、ESD控制与防护续F 防静电部品防静电部品静电耗散材料:体电阻1x103Rv1x109电子在材料的表面可以自由移动，摩擦起电100V.静电场测试仪四、ESD控制与防护续F 非防静电部品防静电部品注意：黄色、绿色、红色等标识用胶带均为静电源。请不要随意粘贴在流水