ESD(防静电)培训教材-静电防护基础知识2011年

1、,TCL多媒体 全球质量管理中心质量管理部 林军 2011年1月编制,ESD(防静电)培训教材,一、什么是静电,静电(Electrostatic，static electricity) 通俗地来说，静电就是静止不动的电荷。它一般存在于物体的表面。是正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。静电可由物质的接触和分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。,伤害结果： 突发性失效10%零件突然失效 潜在性失效90零件电参数微变，使用 寿命变短。难以检测，危害性更大,一般来说，静电只有在发生静电放电时，才会对元器件造成伤害和损伤。,静电伤害的形式： 静电吸附

2、灰尘，降低元器件绝缘电阻（缩短寿命）。 静电放电（ESD）破坏，造成电子元件失效。 静电放电产生的电磁场对电子元器造成电磁干扰。,二、什么是静电放电,静电放电（Electrostatic Discharge，ESD） 处于不同静电电位的两个物体间的静电电荷的转移就是静电放电。这种转移的方式有多种，如接触放电、空气放电。,静电放电的特点： 高电压几百伏几万伏 持续时间短（几百纳妙） 低能量几十几百微焦耳 快速的电流上升时间几十纳秒,静电放电的主观感受,静电放电的主观感受,三、静电的产生,静电产生的方式有很多，如接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等，但主要是两种形式，即,摩擦产生静电(图1)

3、-受材料性质、湿度、接触面积、接触压力、分离速度、表面洁净度等因素影响 感应产生静电(图2),图1,图2,摩擦生电,感应生电,常见物体带电顺序,四、与静电相关的几个物理量,静电荷 存在的剩余电荷,库仑定律 定律的内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 F=Kq1q2(r2),静电压 带静电电荷物体之间或它们与大地之间的电势差。,静电压 V=Q/C=Q*d/(A*),Q电荷量 C电容量 d等效平板电容器两板之间的距离 A等效平板电容器的面积 两板间物质的介电常数,环境的湿度和空气中离子的密度也直接影响静电产生的大小

4、。,五、 静电放电的几种模式,人体放电模式HBM（human body model) 机器放电模式MM（machine model)【日本模型】 充电器件放电模式CDM(charged-device model),六、静电放电敏感器件(SSD)静电损伤机理: 热击穿; 由于半导体的热时间常数比静电放电脉冲时间长,所以静电放电产生的热量从热量耗散面积向外散热好少因而在器件形成较大的温度梯度. 介质击穿; 加在绝缘层两端的电压超过介质击穿电压时,会发生介质击穿. 气体电弧放电; 如果器件中没有被钝化的薄电极之间间距很小场强超过气体击穿场强时会引起电弧放电,造成瞬间气体电弧放电,造成瞬态电流过大使器

5、件受到损坏.,静电敏感度介于01999V的元件为1级,静电敏感度介于20003999V的元件为2级,静电敏感度介于400015999V的元件为3级,静电放电敏感器件(SSD)等级,七、 静电防护材料的电特性：,导电材料： 表面电阻率（表面阻抗）小于1105欧姆或体电阻率小于1104欧姆/厘米,耗散材料： 表面电阻率大于或等于1105而小于11012欧姆，或体电阻率大于或等于1104而小于11011欧姆/厘米的材料。,屏蔽材料： 表面电阻率小于1104欧姆或体电阻系数小于1103欧姆/厘米,绝缘材料： 表面电阻率大于11012欧姆或体电阻率大于11011欧姆/厘米,表面电阻率 沿试样表面电流方向

6、的直流电场强度与电流密度之比,单位为: 。 体积电阻率 沿试样体积电流方向的直流电场强度与电流密度之比,单位为: /cm2 。 静电保护区EPA(Electrostatic protected area ) 防静电等级要求较高的工作区。配备各种防静电装备(用品)和设置接地系统(等电位连接),能限制静电的积累和电位,具有确定边界和专门标记的生产,维护,存储,使用,装配SSD的场所。,静电防护等级,电子工业中的静电问题,静电的主要来源： 人体静电 仪器和设备的静电 元器件本身的静电 其它静电如元件的制造、搬运、储存、测量等,静电的安全泄放电流：小于5毫安,静电防护基础知识,一、人体静电,1.人体接

7、触面广,活动范围大. 2.人体与大地间的电容很低. 3.人体的电阻很低相当于一个良导体 1.人体静电与人体所接触的环境以及活动的方式有.如下图所示的 动作与静电的变化;,人体电势是最重要的静电源,这主要有三个方面的原因:,影响人体静电的因素:,人在不同动作时的静电压变化,1.人体静电与环境湿度有关,湿度越低则静电势越高; 2.人体静电与衣物,鞋帽的材料有关,化纤制品较棉制品更易产生静电; 3.人体静电与个人的体质有关,主要表现在人体等效电阻和人体等效电容上. 4.人体静电与个人的操作速度有关,操作速度越快,人体静电势越高. 5.人体各个部位所带的静电电荷不是均等的,一般认为手腕的静电势最高,影

8、响人体静电的因素:,静电防护基础知识,二、仪器和设备的静电,仪器设备外壳也会由于摩擦或静电感应带上静电.如传输带在传动的过程中与转轴接触和分离产生的静电;接地不良仪器金属外壳在电场中感应产生静电等,三、器件本身的静电,电子器件的外壳(主要指陶瓷,玻璃和塑料封装管壳)与绝缘材料相互摩擦,也会产生静电.,基本思路及方法： 1、控制静电产生 工艺控制法防止静电产生 2、防护静电耗散及泄漏(主讲) 静电耗散及泄漏法 静电屏蔽与接地 静电中和法 环境增湿 电子产品ESD的防护设计,静电防护原理,ESD敏感符號,ESD防護符號,一、静电耗散及泄漏: 将生产环境和各种操作过程中产生的静电迅速耗散,以及泄漏是

9、防止静电危害行之有效的方法. 静电耗散及泄漏的一般要求 1.静电耗散原理:将电子生产用的种类用品(装备)用ESD防护材料来制备. 2.静电泄漏定义:带电体上的电荷通过内部和其表面等途径,而使之部分或全部消失的现象. 以上要求通常都是同是使用 耗散与接地的特殊情况 耗散与接地的特殊情况是指防静电系统的悬浮接地与等电位 防静电材料(装备)使用中的安全问题,二、静电中和: 静电中和定义:带电体的电荷与其内部和外部相反符号的电荷(电子或离子)的复合而使所带的静电电荷部分或全部消失的现象. 静电中和原理:利用无资源自感式,直流高压,交流高压,同位素电离等腰三角形原理通过金属放电针或放射线使空气电离产生正

10、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.,三、静电屏蔽与接地: 静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生静电电场屏蔽,某些对静电极敏感电路的屏蔽从而避免静电场对SSD和SSD组件的感应及静电产生. 静电屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体实现的.壳体可以做成金属隔板式,盒式,也可以做电缆屏蔽和连接器屏蔽,静电防护基础知识,五、环境增湿: 环境相对湿度增加,则非导体材料(如衣服,工作台)表面的电阻减小,使物体积蓄的静电电荷可以更快的泄漏. 附下表为环境湿度对静电的影响.,四、电子产品ESD的防护设计: SSD ESD保护电路的设计. 电子设备的ESD保护.,湿度对静电的影响,

11、EPA定义和总体技术要求 1.防静电工作区定义:配备各种防静电装备(用品)和设置地系统(等电位连接)能限制 静电的积累和具有确定边界和专门标记的生产,维护,存储,使用,装配SSD的场所 . 2.防静电工作区的范围:生产车间和库房;电子机房(计算机,程控,测试机房);电子维修 站(包括临时维修点和移动式)等. EPA硬件组成和要求 软件与管理方面要求 EPA内防静电用品,生产设备,特殊装备的要求 EPA环境要求,防静电工作区(EPA)构成和技术要求,1、人体防静电材料,防静电衣、帽： 表面阻抗106 109 ,防静电腕带： 电阻106 10% ,防静电鞋： 表面阻抗106 ,防静手套,指套： 表

12、面阻抗106 109 ,一、静电防护用品,EPA内防静电用品,生产设备特殊装备的要求,作业员穿着防止静电的作业衣服的要求 1.摘下袖子的情况下，胳膊前端的肌肉露出来。 2.比作业台高的部分衣服的拉链不能打开（作业台下面的可以）。,防静电作业衣服,2、不松缓确实直接接触皮肤。 3、 为防止漏电，引线带绝缘皮。,用导电性材料做成腕带固定在手腕上接地。,1、为了防止作业员在电气漏电部分误触感电，必须加进1M程度的限流电阻。,防静电手腕带,防静电橡筋手腕带,要求： 两脚不能抬起来；不要垫鞋垫。 作用： 1.在人体发生的静电迅速完全流到地上； 2.抑制导电床和导电鞋间的摩擦带电。,防静电鞋子,2、防静电

13、包装制品,包装袋,IC管,储存盒,海绵,搬运车,座椅,3、防静电地板和台垫,防静电地板漆,防静电地板,防静电台垫,静电防护基础知识,4、静电消除器：,消电器、电中和器或离子平衡器等,利用高压电场或放射性射线的作用使空气局部电离，造成大量离子和电子对，其中与带电体极性相反的离子（或电子）向带电体趋近并与之发生中和作用，达到消除静电的目的。,5、防静电蜡： 涂刷非防静电材料表面，达到防静电效果。有时效性，须定期涂刷。,二、接地系统,1、安全保护接地: 就是将电气设备不带电的金属外壳部分与接地体之间作良好的金属导通连接.当没有保护接地的电气设备绝缘损坏时,其外壳有可能带电,如果人体触及电气设备的外壳

14、就有可能被电击伤或造成生命危险 2、工作接地: 工作接地是将电力系统中的某一点(通常是指中性点)直接或经特殊设备(如消弧线圈,阻抗电阻等)与大地作金属连接,称为工作接地.主要有:降低人体的接触电压,讯速切断故障,降低电气设备和电力线路的设计绝缘水平等作用. 3、静电接地: 将带静电物体或有可能产生静电体与大地构成电气回路的接地叫做静电接地.静电接地电阻一般要求不大于10欧姆 备注:重复接地,防雷接地,屏蔽接地,直流接地,信号接地等,在这不作详解.,1、材料表面阻抗检测,检验频率: 1次/月 操作步骤: 1. 将测试设备置于待量测位置 2. 施以适当压力 3. 按下绿色钮 4. 记下读值,表面阻

15、抗测试仪,三、工厂内静电的检测,静电防护基础知识,2、静电压量测,静电压量测仪,“表面静电电压表”用于测量部品相互摩擦后的表面静电电压，主要用于ESD 问题分析。可生产场地防静电设施进行摩擦起电电压总体效果测试，包括：地面（地垫）、墙壁、窗帘、工作台（台垫）、工作椅、货架、工位器具、物流传递器具、包装袋（盒）、工作服（工作帽、手套）、工作鞋等。,检验频率: 1次/月 测试方法: 1. 打开电源开关； 2. 将测试光标对空，调节归零旋钮，使显示数值为0； 3. 将测试方式调到MAX； 4. 将测试模式调到DC； 5. 将测试端对准被测物品表面，然后按测量步骤进行测量;,操作步骤: 1. 测试时手

16、持干燥布料（选用纯棉或防静电面料），以频数约120 次/min，手掌适当施压力，单向摩擦被测件某一部位20 次；,2. 将测试端对准被测物体表面，确保测试光标显示 为最清晰； 3. 平行移动表面静电电压表，用光标扫过刚才摩擦 的范围，读取表面静电电压数值（最大值）； 4. 反复测试5次，取平均值。,误区：器件工作电压抗静电放电电压,器件的工作电压和抗静电放电电压是两个概念，二者没有直接关系。 静电脉冲虽然电压很高，但其能量较低，因此器件抗ESD电压会远高于其额定工作电压，如CMOS IC的工作电压在5V左右，而其抗ESD电压可以达到几百和几千伏。,？,3、静电环量测,检测频率：1次/班 检测方

17、法： 1、确认静电环测试仪器,静电环测试仪,三项都OK,则仪器OK.,2、量测静电环 1）手戴好静电环，夹子夹好接地线。 2）仪器夹子夹好接地线。 3）手压仪器，绿灯亮。,工厂静电防护要求,1、人员防静电条件 所有人员若有机会接近无保护的ESDS(静电敏感器件)30CM范围以内,就必须采取静电防护措施.固守岗位的最低防护要求为佩戴防静电手腕;移动岗位则必佩戴防静电手套,穿着防静电工衣,工鞋;对于一些必要的或关键岗位还须加离子风机. 2、生产器材及设施静电防护条件 所有生产,运输,存储过程中使用到的器材和设施;若表面电压超过+/-100V的,具有机会接近无保护的ESDS(静电敏感器件)30CM范

18、围以内就必须采取静电防护措施. 3、静电防护操作及岗位的一般要求 在防静电区域出入口处的醒目位置,应设置永久性的防静电警示标识和警告标志. 所有防静电区域应进行温湿度的管制,推荐相对温度为:20oC25oC;湿度为:50%70%严禁在相对湿度底于30%的情况下进行操作ESDS器件. 在防静电区域(点)内应避免生产瞬时高电压源或瞬时高压作业.,防静电作业区域内所有防静电设施不得随意移动或拆除,应当是永久性的 防静电区域内的所有设备都必须接地良好(被测试整机,测试设备,装置夹具,波峰焊 机,电批,铬铁,周转车等),防静电工作台面必须是导电的,不得随意加普通的塑料板,纸皮, 抹布等物品 防静电工作区的工作台上,不得放置非生产性物品,如餐具,茶叶,提包钥匙饰品,手机, 报刊,纸巾等物品. 防静电工位的人员使用文件