静电防护技术ESD

1、静电防护技术静电防护技术ESD第1页课程目标1、了解ESD基本知识、放电模式；3、熟悉现场使用到防静电用具和测试设备。2、了解防静电系统组成；静电防护技术ESD第2页目录 Contents1静电基本知识2静电放电模型3静电防护原理4静电防护用具5静电测试设备静电防护技术ESD第3页静电：静止未流动电荷。能够长时间停留在一些物料上。ESD：Electrostatic Discharge 静电放电因为电子产品生产中静电放电是静电危害最主要部分，所以ESD成为静电防护代名词。静电基本知识静电防护技术ESD第4页常见静电放电现象1、雷电：电压高达数亿伏；2、严寒冬天，当您脱下暖和毛衣，您会听到哔哔啪啪

2、声；3、干燥冷天，当伸手去开车门或窗户，会感到触电感觉；4、用手去抚摩家里猫，您会发觉猫竟然怒发冲冠静电防护技术ESD第5页See5000VHear4500VTouchVComponentDamage15-30V操作人体静电位(V)相对湿度20%相对湿度80%在聚乙烯地面行走1250合成纤维地毯上行走350001500坐在泡沫填充椅子上180001500拿起聚乙烯塑袋0600在普通工作台上滑动塑料盒180001500移除PCB上MYLAR胶带11500PCB上收缩膜160003000使用真空吸锡器80001000用氟利昂喷洒电路150005000人们对静电感知静电防护技术ESD第6页静电与电区

3、分静电直、交流电现象静止电荷流动电荷放电时间瞬间放电（皮秒微秒）连续放电能量通常情况下能量很小能量大人体感觉不易感觉，通常情况下V以上才能被感觉36V以上电压即可对人体组成危害静电防护技术ESD第7页静电产生有四个路径。1、接触分离 （最常见摩擦）2、电感应3、电容效应4、压电效应静电“产生”静电防护技术ESD第8页摩擦生电主要起源：接触 +摩擦压力或+ 分离静电“产生”静电防护技术ESD第9页+1、接触分离带电理论上讲，不一样物质接触分离都会产生静电，只是静电压高低问题。以下两种情况轻易产生较高静电：吸真空负压接触分离；重复接触分离动作。静电“产生”静电防护技术ESD第10页1、摩擦带电摩擦

4、通常被认为重复接触分离，轻易产生较高静电，需要尤其注意。工作中人体走动，取放物品都会产生静电设备中运动也有摩擦或接触分离动作，所以也会产生静电移动设备如推车，也会因摩擦产生静电静电“产生”静电防护技术ESD第11页1、剥离带电+同种物质剥离和不一样物质间剥离都会产生静电通常会产生强烈静电，需要使用离子风机消除物质原有电荷平衡被打破，两边带上相反电荷经典静电源：1）不干胶贴2）静电膜3）标签静电“产生”静电防护技术ESD第12页静电“产生”静电序列表规律：两物体接触分离或摩擦后，排在前面带正电，后面带负电；距离越远，摩擦电压越高；实际应用：人类认识不足：不一样列表有所差异；循环现象；反向现象；应

5、用时不可作为硬标准。玻璃有机玻璃尼龙羊毛丝绸棉织品纸金属黑橡胶涤纶维尼纶聚苯乙烯聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯+-静电防护技术ESD第13页2、感应带电：+靠近静电传递+接地+离开导体周围出现静电场时，导体会因电场感应而带静电。静电“产生”静电防护技术ESD第14页感应带电往往会让电子器件带电，从而造成损坏，所以在敏感器件操作区要严格地控制静电场水平。我企业控制要求为静电压小于0200V。2、感应带电：静电“产生”静电防护技术ESD第15页3、电容效应C = o r A / do = 8.85 X 10 -12 F/m10 votls1,000 volts !dr = 材料相对介电常数V =

6、Q / CdV静电压并非固定值！电容效应只增加静电破坏风险程度，并没有改变电荷量 ！静电“产生”静电防护技术ESD第16页目录 Contents1静电放电模型2静电基本知识3静电防护原理4静电防护用具5静电测试设备静电防护技术ESD第17页静电放电模型 带电器件模式 人体放电模式 机器放电模式建立模型目标：1、针对不一样模型寻找预防不一样ESD方法；2、知道器件敏感不一样放电方式下耐受能力（静电敏感度）业界在对发生ESD三类普遍情况总结后形成了三个经典ESD模型：静电防护技术ESD第18页静电放电模型人体放电模式（Human Body Model, HBM） ：描述人体带了静电后接触处于接地器

7、件，发生放电情况。 防止HBM最有效方法是使用人体接地，降低人体带电情况。 静电防护技术ESD第19页静电放电模型机器放电模式（Machine Model, MM）：描述设备、机器等金属物体带了静电后接触处于接地器件，发生放电情况。防止MM最有效方法是确保设备、工作台、运输工具等接地。 因为设备通常比人体电容大，所带静电荷多，且阻值小，并有电感效应存在，MM造成ESD损伤比同等电压下HBM严重很多。 可了解为最恶劣HBM情况 由日本开创制订静电防护技术ESD第20页静电放电模型带电器件模式（charged Device Model, CDM） ：描述器件带静电后接触一个接地导体发生放电情况。

8、器件带电可能因摩擦或传导直接带电，也可能因感应而带电。如是后者，其放电过程可能分两次进行。 静电防护技术ESD第21页静电放电模型带电器件模式（charged Device Model, CDM） ：CDM防范主要从以下几方面入手：防止器件因包装和周转容器材料原因摩擦产生静电；防止器件周围有静电源而产生感应带电；与器件接触材料使用耗散型材料。静电防护技术ESD第22页1kV放电CDM, HBM 及MM 放电比较MMHBM (0.66A Peak)CDM (30pf Test Module)AnsCDM 只有HBM和 MM放电时间百分之一峰值电流比HBM高40倍静电放电模型静电防护技术ESD第2

9、3页静电放电模型静电敏感度分档目标： 不一样敏感度需要不一样控制做法 太多管制增加成本以及操作困难 必须在成本、可操作性和效率之间取得平衡所以知道器件敏感度是主要！静电防护技术ESD第24页静电放电模型静电敏感度分档：ClassVoltage RangeClass 0 250 voltsClass 1A250 volts to 500 voltsClass 1B500 volts to 1,000 voltsClass 1C1000 volts to 2,000 voltsClass 2 volts to 4,000 voltsClass 3A4000 volts to = 8000 volt

10、s元器件HBM敏感度等级划分ClassVoltage RangeClass M1 100 voltsClass M2100 volts to 200 voltsClass M3200 volts to or = 400 volts元器件MM敏感度等级划分静电防护技术ESD第25页静电放电模型静电敏感度分档：ClassVoltage RangeClass C1125 voltsClass C2125 volts to 250 voltsClass C3250 volts to 500 voltsClass C4500 volts to 1,000 voltsClass C51,000 volts

11、 to 1,500 voltsClass C61,500 volts to 2,000 volts元器件CDM敏感度等级划分静电防护技术ESD第26页器件种类ESD电压范围（HBMV）硬盘磁头10100VV MOS半导体器件30-1800VMOS 场效应管器件100-200V砷化镓场效应管器件100-300V存放器100V结型场效应晶体管140-7000V声波表面滤波器150-500V运算放大器190-2500VC MOS250-3000V肖特基二极管300-2500V薄膜电阻300-3000V双极型晶体管380-7000V射级耦合逻辑电路500VLED5008000V可控硅器件680-100

12、0V静电放电模型部分元器件静电敏感度静电防护技术ESD第27页目录 Contents1静电防护原理2静电放电模型3静电基本知识4静电防护用具5静电测试设备静电防护技术ESD第28页缺乏管制意识主要原因1. 人体能感觉出静电存在水平为 2,000 4,000 volts，但敏感器件只须 100 volts便能被损坏 ( 大部分 1,000 volts )2. 大部分静电破坏是潜在，并不能够被马上识别出。3. 静电破坏现象有较差重复性, 而且不轻易模拟。4. 找出静电破坏证据和根源普通相当不轻易，而且成本可能很高5. 缺乏培训和对问题重视( ESD 破坏常被误判为 EOS 损坏 )静电防护原理静电

13、防护技术ESD第29页Management RequirementsTechnical Requirements缺乏同时考虑技术和管理方面要求，并把二者仔细整合起来，我们ESD控制就难以做得很好 静电防护原理静电防护技术ESD第30页静电防护原理管理上要求 系统建设管理 系统维护管理 系统改进管理 专职项目经理和ESD委员会 管理层决心和真正承诺 意识 / 管理培训 供给链管理静电防护技术ESD第31页静电防护原理 ESDS 分类 内置保护设计 制订所需控制程度 指定和设计EPA 控制材料和工具选择采购 接地设计 电离中和设计 技术 / 操作 / 运作培训 建立测量设备 / 能力技术上要求静电

14、防护技术ESD第32页静电防护原理全方面管制是主要静电防护技术ESD第33页静电防护原理静电防护技术ESD第34页静电防护原理1、电阻/两点间电阻（Point - to - Point Resistance）- 用以分析或描述点与点之间电阻Point APoint BIV两端电阻高两端电阻较低两端电阻更低R =VI电阻是个能够被直接测量参数 物件体积以及测点距离决定电阻值 测量结果也受到测量用探针种类影响静电防护技术ESD第35页静电防护原理2、 表面电阻率（Surface Resistivity）- 用以分析依赖表面放电为主材料测量电极wl测量材料表面I / wV / l表面电阻率 = 电阻

15、 Xwl 表面电阻是个不受尺寸影响常数，以 / 表示静电防护技术ESD第36页使用表面电阻率原因表面电阻率是个最惯用参数，因为 .1. 测量结果不受测量电极或探针种类影响，数据方便于比较2. 大多数防静电工具利用其表面来放电，测量表面导电性能所以提供直接依据3. 测量直接、方便和轻易静电防护原理2、 表面电阻率（Surface Resistivity）静电防护技术ESD第37页静电防护原理R 厚度截面积TLWICurrentR = TL X Wohm =L X WTRohm- cm体积电阻率从材料电阻率数据中，我们能够计算出某体形大小材料电阻！3、体积电阻率（volume / bulk res

16、istivity )- 用来测量或分析单一性材料静电防护技术ESD第38页导体材料耗散材料绝缘材料01051012静电防护原理+-+-极难取得静止自由电子轻易取得静止自由电子( 表面电阻值 ) / 增加材料导电性能够降低静电累积 !静电防护技术ESD第39页ESD防护基本技术伎俩等电位接地中和静电放电屏蔽湿度控制防静电材料和抗静电剂处理敏感器件标注静电防护原理静电防护技术ESD第40页等电位基本原理：让可能接触敏感器件全部表面处于等电位状态，防止静电放电发生。做法：全部可能接触器件物体使用并联连接（共同连接点）静电防护原理注意事项：静电仍可能存在于器件上，小心 CDM 破坏 !静电防护技术ES

17、D第41页接地基本原理：将静电经过接地线或接地装置传导泄放到大地。做法：建立静电接地系统使用静电导电或静电耗散材料并接入ESD接地系统人体佩戴手腕带，并接入ESD接地系统人体穿防静电鞋全部些人员必须是不间断接地静电防护原理注意事项：放电速度必须得到控制，不能太快或太慢 ( 105 R 电晕放电电压，离子化形成而产生离子 异性离子被吸引到带电物件上，中和静电。同性离子被排离物件，再被离子机吸收放电到接地点静电防护技术ESD第65页静电防护用具电场离子风机（Ionizers）有源电场离子机 电离子是因电场产生，不是电压产生当离子机射极为正时： 负离子被吸引到射极而中和 正离子被射极排斥而离开射极，

18、像是发射出去静电防护技术ESD第66页静电防护用具电场离子风机（Ionizers）交流电离子机 设计简单，成本低 正负离子交替产生周期为1/100 or 1/120秒 (50 or 60 Hz)，离子自然中和会深入降低效率，需要高风速赔偿 因为效率低，需要更大电压来产生足够离子，会造成许多颗粒，不利于严格无尘车间使用+ve breakdown level- ve breakdown level+ ve ionization zone- ve ionization zoneSine wave H.V. ( 50 60 Hz ) 稳定静电防护技术ESD第67页静电防护用具电场离子风机（Ionizers）直流电离子机 需要复杂控制电路来确保正负离子数量平衡 连续高压使电离效率高，能处理快速中和需求；适合无尘车间使用 脉冲产生离子群降低自然中和情况，允许离开保护对象较远（能达5m）最惯用于无尘车间或需要低空气流动场所连续直流电离子机0.5 1 sec pulsePulsating H.V.+ve ionize zone-ve ionize