静电放电理论基础

静电放电理论基础第1页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright20072公司简介美商卫利有限公司是一家制造与销售防静电产品、无尘净化用品以及微生物污染控制与检验产品的专业公司，同时也代理世界著名公司的相关产品，总部设立在香港。九十年代初进入中国大陆开展业务，先后在上海﹑深圳福田﹑深圳福永、天津、无锡﹑苏州﹑成都﹑大连﹑杭州、武汉、厦门、北京、西安、重庆、福州、宁波、广州、青岛、南京、昆山、东莞等地开设25个分公司和办事处,以获取更大的市场份额，保证提供给国内用户最优质的产品和服务。第2页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright20073

BasicofElectrostaticDischarge

PartA:IntroductionofESD

–静电放电入门PartB:ESDControlProceduresandProducts–控制静电放电的方式及产品PartC:ESDControlProgram

–如何有效的建立静电放电控制方案(ANSI/ESD20.20-1999,2007))Conclusions–总结第3页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright20074PartA:IntroductionofESD1.Historyandnewtrends-历史发展及趋势2.Basics-基本电学3.CreatingCharges–静电产生方式分类4.Electrostaticwillcause-静电造成的影响5.ESD–ElectrostaticDischarge-放电模式6.PhotoExamples-图例第4页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200751.Historyandnewtrends-历史发展及趋势1960–staticdischargecausedmissileexplosion1970–Federalandmilitaryregulations1980–DevelopingstagesonESDcontrolproductsEarly1990–USAESDAssociations90年代后，电子产品的趋势是:电子产品的功能越来越复杂,体积越来越小,例如在大的液晶屏或者磁头行业,产品所要求自动化生产能力越来越高.因此产品被ESD损伤的可能性不断升高.PartA:IntroductionofESD第5页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright20076PeoplearegettingbetterindealingwithESDissues.Thequestionis:Wouldwegettherefastenough?我们已愈来愈重视静电防护,问题是我们是否方向正确，是否赶的科技发展速度?PartA:IntroductionofESD第6页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200773.

CreatingCharges–静电如何产生A.Tribogeneration–接触摩擦分离起电B.Polarization/Induction-极化/感应起电C.Conduction-传导PartA:IntroductionofESD第7页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright20078PartA:IntroductionofESDA.Tribogeneration-接触摩擦分离起电Positive正极性

RabbitFur兔毛Glass玻璃HumanHair毛发Nylon尼龙Wool羊毛Lead石墨Silk丝绸Aluminum铝Paper纸Cotton棉Steel钢Wood木材Nickel,Copper镍,铜Gold,Platinum金,白金Rayon人造纤维Polyester聚酯Silicon硅Teflon聚四氟乙烯

Negative负极性第8页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright20079PartA:IntroductionofESDMeansofgeneration静电产生方式10-25%RH(相对湿度)65-90%RH(相对湿度)Walkingacrosscarpet在地毯上走动35,000V1,500VWalkingacrossvinyltile在乙烯基地板上行走12,000V250VWorkeratbench工作人员在工作台上操作6,000V100VPolybagpickedupfrombench从工作台上拾起普通聚乙烯袋20,000V1,200VChairwithurethanefoam坐垫有聚氨脂泡沫材料的工作椅18,000V1,500V第9页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200710B.Polarization/InductionWhenanungroundedconductivematerialisintheelectricfieldfromanotherobject,itbecomespolarized(chargeredistributed).Whenthispolarizedobjectisgrounded,whilestillinthefield,itretainsastaticcharge.-当一个未接地的传导材料进入另一个物体产生的电场范围内，就会发生极化现象（既电荷的重新分配）。当这个被极化的物体接地时，会发生静电的泄放。PartA:IntroductionofESD第10页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200711PartA:IntroductionofESD第11页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200712C.Conduction–传导Conductionisthetransferofchargethroughdirectcontact.Thishappenswhenachargedobjectdirectlycontactsanobjectwithadifferentcharge.Theremustbeaconductivepathbetweentwoobjects.

-传导是通过物体直接接触产生电荷移动。它发生在两不同电荷物体间，且两物体间必须具有导通路径。PartA:IntroductionofESD第12页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200713PartA:IntroductionofESDFactory–staticgeneratorsexistineverywhere-静电无处不在Operators:clothes,shoes,hair,walking,sitting衣服,鞋子,头发,行走,就座Workstation:tabletop,chair桌面,椅子Flooring:carpet,tile,vinyl,concrete地毯,瓷砖,塑料,混凝土Packaging:bags,tapes,trays,foam..包,带子,盒子,泡沫Hardware,handtools,tweezers,solderingirons…仪器部件,工具,镊子,电烙铁Components组件Equipment设备Specialnote:conductors(metaltometalcontacts)导体第13页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright2007144.Electrostaticwillcause-静电造成的影响ESD,therapidtransferofchargebetweenobjectsatdiffferentpotentials,Theenergyofthisfasttransferdissipatesasheat,Meltsomecriticalpartofcomponents,gates,ESA–ElectrostaticAttraction(静电吸附)EMI–ElectromagneticInterference(电磁波干扰)PartA:IntroductionofESD第14页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200715ESDdamages-静电造成电子产品损害的二个方式A.Discharge:Whentwoobjectswithdifferentchargesarebroughttogether,thechargesmovebetweentheobjectsuntilbothobjectshavethesamecharges.Thisdischargewillproduceenergytodestroypathwaysandgatesinsidecomponents.Itcoulddamageoneitherobjectsthroughthisunwantedandun-controllabledischarge.-电荷泄放：当两个承载不同电荷的导体放置在一起，既会产生电荷移动，直至两者拥有等量电荷。电荷泄放会对组件造成损害。B.Fields:Electroniccomponentsdamagefromfieldsoccursfromeithercurrentinducedintothecircuitorfromdischargeoccurringfromachargedobjectafterpolarization.-电场感应：感应电流形成电路和极化作用后的载荷物体均会对电子组件造成损害。

PartA:IntroductionofESD第15页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200716PartA:IntroductionofESDCatastrophicfailure-立即性伤害(Quality)Parametricalfailure-testokatborderlimits,butthenfailedatstresstest.Latentfailure-潜伏性伤害(Reliability)StaticLossReported,average–静电损失报告Componentmanufacturers:16–22%制造商Subcontractors:9–15%次承包者Contractors:8–14%承包人User:27–33%用户6.5%ofrevenuse–$84Billionannually(USA)from97’to01’Failureanalysis–morethan90%unsolvedfailureareESDrelated,costly.-ESD损伤发生概率大，成本高第16页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright2007175.ESD–ElectrostaticDischarge-放电模式ThreeDischargeModels:三种放电模型Dischargetothedevice:对电器放电Humanbodymodel–人体模型(1960s)Machinemodel–机器模型Dischargefromthedevice:电器放电Chargedevicemodel–带电器件模型(1980s)Theseeventstendtoproducedifferenttypesof failureandrequiredifferenttypesofcontrolandprotection. -三种模式造成的伤害不同,防护的措施亦不同。PartA:IntroductionofESD第17页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200718PartA:IntroductionofESDHumanBodyModel(HBM):人体模型

Dischargefromachargedhuman(ungrounded)bodytotheESDsensitivedevice.Itwillbeworseifdevicesitsonagroundedconductivesurface.

-由未接地的载荷人体向静电敏感器件泄放。尤其当器件放置在接地的导电工作表面。Undercontrolinmostmanufacturingfacilities.

Examples:举例说明Handassemblyoperations手工装配操作Circuitpackrepairstations电路包装修理站Componentreceivingarea组件接收区域Circuitpackinspection电路包装检查Customerlocation消费者第18页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200719MachineModel-机器模型SimilartoHBM,butthecauseisthechargedconductiveobject,suchasametallictoolorfixture.-由负荷的导体产生，例如金属工具或夹具。TheworstcaseofHBM.-人体模型最严重的情况。UnderESDcommitteereviewtoberemovedinthenearfuture.

Examples:举例说明Assemblyarea装配区域Automaticdevicehandlers自动设备操作Componenttestmachines组件测试机器PartA:IntroductionofESD第19页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200720Chargedevicemodel(1980s)–

带电器件模型

Adeviceisdamagedwhenitisfirstchargedduetomanufacturingprocesses,orpackedinsideanunqualifiedmaterial(ICtube,tapereel,bag),andthenisrapidlydischargedtoaconductivesurface.-由于制造过程或不合格材料致使器件载荷，电荷会迅速泄放到传导表面，对器件造成破坏。CDMismoredestructivethanHBMandMM.-破坏更为严重。Hardtopredictandpreventwithnewlydevelopedmanufacturingprocessesanddetaildesignedcomponents–becomeamajorconcern-预知及预防是很大的挑战。Minimizedthethreatbyprovidingamoderateresistanceinthedischargepath.-在泄放路径上适当增加电阻以减小威胁。PartA:IntroductionofESD第20页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200721WaveformParameters:波形参数PartA:IntroductionofESD

HBM人体模型MM机器模型CDM带电器件模型V-peak(V)最高电压(伏特)500500500I-peak(A)最大电流(安培)0.338.757.5T-rise(nS)上升时间（毫微秒）2to108to15<0.2T-width(nS)波峰宽度（毫微秒）15066to90<0.4第21页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200722PartA:IntroductionofESD第22页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200723ESDSComponentSensitivity-HumanBodyModel-perESDSTM5.1–1998Class VoltageRange0 <250volts1A 250to500volts1B 500to1,000volts1C 1,000to2,000volts2 2,000to4,000volts3A 4,000to8,000volts3B >8,000voltsPartA:IntroductionofESD第23页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200724ESDSComponentSensitivityClassification-MachineModel-perESDSTM5.2–1999Class VoltageRangeM1 <100voltsM2 100to200voltsM3 200to400voltsM4 >400voltsPartA:IntroductionofESD第24页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200725ESDSComponentSensitivityClassification-ChargedDeviceModel-PerESDSTM5.3.1-1999Class VoltageRangeC1 <125voltsC2 125to250voltsC3 250to500voltsC4 500to1,000voltsC5 1,000to1,500voltsC6 1,500to2,000voltsC7 >2,000voltsPartA:IntroductionofESD第25页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200726Understandcomponentsensitivity–了解产品敏感度Componentsupplier–供应商IITResearchInstitutesReliabilityAnalysis,VZAP-95for22,000devices,

-潜伏性伤害SimulatorsforHBM,MM,CDM,andTLP:OryxinstrumentsKeytekHaefelyARWorldwideRF/MicrowaveHVTechnologiesPartC:ESDControlProgram

第26页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200727Photoofanoxidepunchthroughafterthetopmetallayerhasbeenremoved.氧化穿孔PartA:IntroductionofESD6.PhotoExamples–图例第27页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200728Photoofafusedmetalline金属线路熔合PartA:IntroductionofESD第28页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200729Photoofajunctionshortorburnout接合处短路或烧毁PartA:IntroductionofESD第29页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200730PhotoofaMeltedBondWire金属丝熔化粘合PartA:IntroductionofESD第30页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200731Part

B:ESDControlProceduresandProducts1.Basicconcept–解决途径

2.Materialdefinitions–材料定义3.Fourfundamentalmethods–基本方法4.Training&Auditing–培训与审核5.Symbols–标示第31页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright2007321.Basicconcept解决途径

DesignProtection:保护设计Components组件Productandsystemdesign生产及系统设计Simulation,testtechniques模拟，测试技术Part

B:ESDControlProceduresandProducts第32页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright2007332.Materialdefinitions–材料定义

-Surfaceresistance/resistivity,表面电阻/电阻率:Shielding <1x103ohms–屏蔽材料Conductive<1x104ohms(<1x105ohms/sq)–导电材料Dissipative1x104–1x1011ohms(1x105–1x1012ohms/sq)–耗散型材料Insulator >1x1011ohms(>1x1012ohms/sq)–绝缘材料Nomore“antistatic”PerSTM11.11andASTMD257testmethods10Vfor<1x106ohms,and100VforabovePart

B:ESDControlProceduresandProducts第33页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200734Part

B:ESDControlProceduresandProductsOtherFactorsforourconsiderations:Tribocharge静电摩擦量,

perESDADV11.2,ESDSTM97.2Decaytime(dynamicnatureofchargemobilityonanitemthatresistancetestscannotprovide)静电消散时间,

perFTS101C,M4046Pointtopoint(forcomparisons)andPointtoground(realworld)Resistance点对点,/点对地电阻,perESDS4.1orS7.1Shieldingeffects屏蔽性能,perEIA541,ESDS11.31Physical,optical,chemical,cleanliness,health,contaminationfree,freeofhotspots物理的，光学的，化学的，清洁第34页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200735Part

B:ESDControlProceduresandProducts3.Fourfundamentalmethods:四个基本方法Grounding–接地Ionization–离子化Shielding–屏蔽效应TrainingandAuditing第35页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright2007363.1Grounding: -Tosafelyandcontinuouslyremovestaticchargesfromconductiveordissipativematerialsthroughpropergrounding,suchasWS,worksurfaces,shoes-放电原理是用接地方式将静电连续和安全的从导电或消电物材上除去.如:手腕带,桌面,鞋子

Q:

Wouldaconductivesurface(ex.Stainlesssteel)witha1MohmsresistorcanbeusedasanESDsafeworkarea?

Part

B:ESDControlProceduresandProducts第36页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200737Part

B:ESDControlProceduresandProducts3.2Neutralization:

Useionizerstogeneratepositiveandnegativeionstoremovestaticchargesfrominsulators,suchaslonizingairblower

-电离原理是藉由电离器产生的正、负离子来除去绝缘体上的静电.如:离子风扇3.3Shielding:

AbarrierorenclosurethatuseFaradayCagetheorytolimitthepassageofcurrentandattenuatesanEMIfieldresultingfromanESDevent,suchasbags,toteboxes-屏蔽原理是利用法拉第效应将静电和电磁场隔绝在外.如:屏蔽袋、包装箱第37页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200738Part

B:ESDControlProceduresandProductsANSI/ESDS1.1-2006,Electricaltest

第38页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200739Part

B:ESDControlProceduresandProductsESDSTM12.1-2006,Electricaltest

第39页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200740Part

B:ESDControlProceduresandProductsESDSTM9.1-2006,Electricaltest

第40页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200741ESDSTM2.1-2006,Electricaltest

Part

B:ESDControlProceduresandProductspointtopointcufftocuff第41页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200742ANSI/ESDS4.1-2006,Electricaltest

Part

B:ESDControlProceduresandProductspointtopointpointtoground第42页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200743Part

B:ESDControlProceduresandProducts第43页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200744Part

B:ESDControlProceduresandProductsCushionShieldingBag

屏蔽防震袋

AntistaticPEBag

静电屏聚乙烯袋MoistureBarrierShieldingBag

防静电屏蔽防潮袋

MIL-PRF-81705CTYPEANSI/ESDS20.20-1999ANSI/ESDS541

第44页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200745Part

B:ESDControlProceduresandProductsANSI/ESDS541,SurfaceresistanceandShieldingeffecttests

包装材料表面电阻及屏蔽性能测试第45页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200746Part

B:ESDControlProceduresandProducts-Training&Auditing–培训与审核

UseESDcontrolproductscorrectlyoryoucandomoreharmthangood不当的使用静电控制产品将会适得其反Ionizerspoorlymaintained离子设备缺少适当维护ESDsmocksarenotgrounded防静电工作服未接地ESDsmockslosesESDpropertiesaftermanylaunderings

防静电工作服经多次洗烫失去防护性能Notestequipmentisavailableorisproperlycalibrated

无仪器校准设备Conductivetoteboxesorshieldingbagsusedwithoutfullycovered

包装设备没有密封完全,仪器暴露在外面Shieldingbagshaveholesandscratchesafterrepeateduses

屏蔽带经多次使用有破损或刮痕Usematcleanerscontainsiliconeoil使用含有硅油的垫子Wornoutwriststraps/loosecontacts接触不良的手腕带第46页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200747Part

B:ESDControlProceduresandProductsTraining:培训Theoryofelectrostaticcharging静电学理论BasicknowledgeofESD静电放电基础学Specialhandlingprocedures特殊操作程序KnowledgeofESDprotectiveequipmentanditems-认知静电放电保护设备及条款Identificationsofsensitivedevices静电产品的鉴别ThelimitsofESDprotectionmeasures静电放电的测量ESDSsensitivity静电放电敏感性Useofnewtechniquesandprocessesbeforeimplementation

-新技术及流程Anyconflictswithsafetyrequirements任何违背安全需求的情况Highvoltageprecautions,ifrequired预防高电压情况AwarenessofESDcontrolprogram了解静电放电控制方案第47页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200748Part

B:ESDControlProceduresandProductsAuditing审核MeasuresperformancetothedefinedstandardsandproceduresoftheESDcontrolprogram.静电放电控制方案的详细标准及程序Confirmsallelementsareimplementedandoperational-确定所有依据的原理是具有可执行性可操作性的Preventproblemsbeforetheyoccur-在问题出现前积极预防Identifyproblemsandtakecorrectiveaction

-确定存在的问题并采取正确有效的解决方式Leveragelimitedresourceseffectively合理运用公司有效资源Improveyields,productivity,andcapacity改进产量及生产力BindourESDprogramtogetherwithinthecompanyintoasuccessfuleffort有效的贯彻第48页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200749Part

B:ESDControlProceduresandProducts4.Symbols-标示ESDSusceptibilitysymbolESD敏感标记ESDProtectivesymbolESD保护标记

第49页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200750PartC:ESDControlProgram

1.WhydoweneedanESDControlProgram-为何需要建立静电放电控制方案2.BasicPrinciplesofStaticControl-静电控制基本原理3.S20.20Standard(USAstandard)-美标S20.204.EffectivenessofESDcontrolprogram-如何建立有效的静电放电控制方案第50页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200751PartC:ESDControlProgram

1.WhydoweneedanESDControlProgram:-为何需要建立静电放电控制方案Qualityandreliability–品质Productivity–提高生产力Profit–提升营运利润Competition–ISOS20.20program–竞争力Customersatisfactionimprovement–客户满意度“100-1=0”第51页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200752PartC:ESDControlProgram

2.BasicPrinciplesofStaticControl-静电控制基本原理Designinimmunity(Componentsandsystemlevels)-免疫设计Definethelevelofcontrolneededinyourenvironment–确定所需控制标准IdentifyyourEPA,fromreceivingallthewaytoshippingarea–EPA识别Eliminateandreducegeneration–消除及减少静电产生Grounding,Neutralization,Shielding–接地,电离,屏蔽Trainingandtrainingagain–不断的培训Auditing–审核EffectiveandmanageableESDcontrolprogram应建立有效及易于管理的静电放电控制方案第52页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200753PartC:ESDControlProgram

3.ANSI/ESDS20.20,1999

-电器,电子零件,装置,和设备的放电控制规划标准History,Dept.ofDefense,MIL-STD-1686–来由Goal–目标(ISO9000system)Administrativeandtechnicalsections–行政和技术二方面forfreedownloadEnglishandChineseversions–网络下载Basedongreatorequalto100voltsHBM.–wouldthatbeenoughforyourcurrentandfutureproducts?第53页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200754PartC:ESDControlProgram

SummaryofS20.20administrativerequirements-S20.20管理要求概述Plan–整体规划Training/verification–员工培训Technicalrequirements–技术准则Teamresponsibilities–分工ESDsusceptibilityparts,assemblies,andequipment.Requiredprotectionlevelsforthem–静电放电对工厂内零件,流程,组装,设备的影响Trendsofcontinuousimprovements–不断的改进第54页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200755PartC:ESDControlProgram

SummaryofTechnicalRequirements:-S20.20技术要求概述Worksurface:<1x109ohms,<200volts–工作台面Wriststrap:<35x106ohms–腕带连线Footwear:<1x109ohms–工作鞋Flooring:<1x109ohms–地板Flooringandfootwearsystem-<35x106ohmsor<100volts

–地板和鞋面系统Seating:<1x109ohms–坐椅Ionization:<+/-50Volts,voltageoffset–电离化Roomionization:<+/-150volts,voltageoffset–电离化,房间系统第55页，共61页，2023年，2月20日，星期四WinifredCopyright200756PartC:ESDControlProgramS20.20–2007:releasedinMarch,2007Facilitiesthatchoosetobecomecertifiedin2007willstillusetheANSI/ESDS20.20-1999standardasthebasisfortheircertification.In2008,companieswillha