静电防护技术 ESD

1、静电防护技术,课程目标,1、了解ESD的基本知识、放电模式；,3、熟悉现场使用到的防静电用品和测试设备。,2、了解防静电系统的构成；,目录 Contents,1,静电基本知识,2,静电放电模型,3,静电防护原理,4,静电防护用品,5,静电测试设备,静电：静止未流动的电荷。能够长时间停留在某些物料上。,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的部分， 所以ESD成为静电的防护代名词。,静电基本知识,常见的静电放电现象,1、雷电：电压高达数亿伏； 2、严寒的冬天，当您脱下暖和的毛衣，您会听到哔哔啪啪声； 3、干燥的冷天，当伸手去开

2、车门或窗户，会感到触电的感觉； 4、用手去抚摸家里的猫，您会发现猫竟然怒发冲冠,人们对静电的感知,静电与电的区别,静电的产生有四个途径。,1、接触分离 （最常见的摩擦）,2、电感应,3、电容效应,4、压电效应,静电的“产生”,摩擦生电,主要来源：,接触 +,摩擦,压力,或,+ 分离,静电的“产生”,1、接触分离带电,理论上讲，不同物质接触分离都会产生静电，只是静电压高低的问题。,以下两种情况容易产生较高的静电： 吸真空负压的接触分离； 反复接触分离动作。,静电的“产生”,1、摩擦带电,摩擦通常被认为反复的接触分离，容易产生较高的静电，需要特别注意。 工作中的人体走动，取放物品都会产生静电 设备

3、中的运动也有摩擦或接触分离的动作，因此也会产生静电 移动的设备如推车，也会因摩擦产生静电,静电的“产生”,1、剥离带电,同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会产生静电 通常会产生强烈的静电，需要使用离子风机消除,物质原有的电荷平衡被打破，两边带上相反的电荷,典型的静电源： 1）不干胶贴 2）静电膜 3）标签,静电的“产生”,静电的“产生”,静电序列表,规律： 两物体接触分离或摩擦后，排在前面的带正电，后面的带负电； 距离越远，摩擦电压越高；,实际应用： 人类认识的不足：不同列表有所差异；循环现象；反向现象； 应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

4、 维尼纶 聚苯乙烯 聚丙烯 聚乙烯 聚氯乙烯 聚四氟乙烯,+,-,2、感应带电：,接近,静电传递,接地,离开,导体的周边出现静电场时，导体会因电场感应而带静电。,静电的“产生”,感应带电往往会让电子器件带电，从而造成损坏，因此在敏感器件的操作区要严格地控制静电场水平。我公司控制的要求为静电压小于0200V。,2、感应带电：,静电的“产生”,3、电容效应,C = o r A / d,o = 8.85 X 10 -12 F/m,r = 材料的相对介电常数,V = Q / C,静电压并非固定值！,电容效应只增加静电破坏的风险程度，并没有改变电荷量 ！,静电的“产生”,目录 Contents,1,静电

5、放电模型,2,静电基本知识,3,静电防护原理,4,静电防护用品,5,静电测试设备,静电放电模型,带电器件模式,人体放电模式,机器放电模式,建立模型的目的： 1、针对不同的模型寻找防止不同ESD的方法； 2、知道器件敏感不同放电方式下的耐受能力（静电敏感度）,业界在对发生ESD的三类普遍的情况总结后形成了三个典型的ESD模型：,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的器件，发生放电的情况。,避免HBM最有效的方法是使用人体接地，减少人体带电的情况。,静电放电模型,机器放电模式（Machine Model, MM）：,描述设备、

6、机器等金属物体带了静电后接触处于接地的器件，发生放电的情况。,避免MM最有效的方法是确保设备、工作台、运输工具等接地。,由于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造成的ESD损伤比同等电压下HBM严重很多。,可理解为最恶劣的HBM情况,由日本开创制定,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的导体发生放电的情况。,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。,静电放电模型,带电器件模式（charged Device Model, CDM） ：,C

7、DM的防范主要从以下几方面入手： 避免器件因包装和周转容器材料的原因摩擦产生静电； 避免器件周围有静电源而产生感应带电； 与器件接触的材料使用耗散型材料。,1kV放电CDM, HBM 及MM 放电比较,CDM 只有HBM和 MM放电时间的百分之一 峰值电流比HBM高40倍,静电放电模型,静电放电模型,静电敏感度分档的目的：,不同的敏感度需要不同的控制做法,太多的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,所以知道器件的敏感度是重要的！,静电放电模型,静电敏感度分档：,元器件HBM敏感度等级划分,元器件MM敏感度等级划分,静电放电模型,静电敏感度分档：,元器件CDM敏感度等

8、级划分,静电放电模型,部分元器件的静电敏感度,目录 Contents,1,静电防护原理,2,静电放电模型,3,静电基本知识,4,静电防护用品,5,静电测试设备,缺乏管制意识的主要原因,1. 人体能感觉出静电存在的水平为 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. 大部分的静电破坏是潜在的，并不能够被马上识别出。,3. 静电破坏现象有较差的重复性, 并且不容易模拟。,4. 找出静电破坏的证据和根源一般相当不容易，而且成本可能很高,5. 缺乏培训和对问题的重视,( ESD 破坏常被误判为 EOS 损坏 ),静电防

9、护原理,缺乏同时考虑技术和管理方面的要求，并把两者仔细整合起来，我们的ESD控制就难以做得很好 ,静电防护原理,静电防护原理,管理上的要求,系统建设管理,系统维护管理,系统改善管理,专职的项目经理和ESD委员会,管理层的决心和真正承诺,意识 / 管理培训,供应链管理,静电防护原理,ESDS 分类,内置保护设计,制定所需控制程度,指定和设计EPA,控制材料和工具的选择采购,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,技术上的要求,静电防护原理,全面管制是重要的,静电防护原理,静电防护原理,1、电阻/两点间电阻（Point - to - Point Resista

10、nce）,- 用以分析或描述点与点之间的电阻,Point A,Point B,I,V,两端电阻高,两端电阻较低,两端电阻更低,电阻是个可以被直接测量的参数,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,静电防护原理,2、 表面电阻率（Surface Resistivity）,- 用以分析依赖表面放电为主的材料,测量电极,w,l,测量材料表面,I / w,V / l,表面电阻率 =,= 电阻 X, 表面电阻是个不受尺寸影响的常数，以 / 表示,使用表面电阻率的原因,表面电阻率是个最常用参数，因为 .,1. 测量结果不受测量电极或探针种类的影响，数据方便于比较,2. 大多数防静

11、电工具利用其表面来放电，测量表面的导电性能因此提供直接的依据,3. 测量直接、方便和容易,静电防护原理,2、 表面电阻率（Surface Resistivity）,静电防护原理,ohm- cm,体积电阻率,从材料的电阻率数据中，我们可以计算出某体形大小的材料的电阻！,3、体积电阻率（volume / bulk resistivity ),- 用来测量或分析单一性的材料,导体材料,耗散材料,绝缘材料,0,105,1012,静电防护原理,很难获得静止的自由电子,容易获得静止的自由电子,( 表面电阻值 ), / ,增加材料的导电性能够减少静电的累积 !,ESD防护的基本技术手段,等电位 接地 中和

12、静电放电屏蔽 湿度控制 防静电材料和抗静电剂处理 敏感器件的标注,静电防护原理,等电位,基本原理： 让可能接触敏感器件的所有表面处于等电位状态，避免静电放电发生。,做法：所有可能接触器件的物体使用并联连接（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 !,接地,基本原理：将静电通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 所有人员必须是不间断的接地,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 109 为

13、佳) 。,必须照顾到人体安全性。,中和（离子化）,基本原理： 电离空气产生正负离子，中和静电电荷。 使用对象：绝缘体上的静电,做法： 离子风机、离子风枪消除静电,静电防护原理,静电放电屏蔽,基本原理： 屏蔽静电场 阻隔静电放电电流通过敏感器件,做法： 使用静电屏蔽材料和屏蔽容器包装或盛放敏感器件和产品,静电防护原理,本控制技术不单独使用，必须配合接地和离子中和方法！,湿度控制,基本原理： 增加湿度减少静电的产生，降低摩擦电压,做法： 控制湿度在4070%,我们公司控制的湿度范围是多少？,静电防护原理,防静电材料和抗静电剂处理,基本原理： 通过使用不产生或产生静电小的材料，减少静电 材料表面光洁

14、，减少静电 静电序列的应用,做法： 使用抗静电材料 使用抗静电剂,静电防护原理,ESDS器件警示标志,ESDS保护标志,ESD接地点标志,ESD标志和标注,静电防护原理,可回收使用标志，常用于包装上,早期的静电敏感器件标志，现在还有少数产品在用,防静电区（EPA）标志,ESD标志和标注,静电防护原理,ESD防护的安全性考虑,防止意外漏电等情况： 安全电流：0.5mA以下 限流电阻：1M 漏电断电保护器 其他安全考虑： 出现危险时容易脱开 无腐蚀，无刺激等,静电防护原理,建立防静电工作区（EPA),EPA（electrostatic discharge protected area）的含义就是静

15、电放电保护工作区 EPA就是能够提供器件保护条件的工作区域,静电防护原理,目录 Contents,1,静电防护用品,2,静电放电模型,3,静电基本知识,4,静电防护原理,5,静电测试设备,静电防护用品,防静电手腕带,金属,导电丝线,容易脱放的snap on设计,内置 1 M 电阻,静电防护用品,防静电鞋带,Heel strap,Toe strap,注意袜子的导电性 !,使用于需要经常走动的情况,提供人体和地板间的导电途径,必须和导电地板同时使用,双脚都应该佩戴,常用电阻值 1 M, 2 M,静电防护用品,防静电鞋,10 3 10 8 - cm,Note: 当使用小于105 - cm时注意安全,

16、同样必须注意袜子导电性,静电防护用品,防静电地板,防静电地面,防静电地面涂层,防静电地毯,防静电地砖,防静电地板必须有正确良好的接地才能有效。,楼房地点,防静电材料,铜或金属片条,导电胶,1. 地板,2. 金属片条,3. 墙壁,4. 电源/接地点,静电防护用品,防静电工衣（Garment）,Wear-over type,Grounding facility,Clean-room type,Replacement type,必须做为外套，完全覆盖原有衣物,必须接地,间接通过人体和腕带或鞋子,静电防护用品,桌垫/地垫（Table/Floor Mats）,单一材料,顶层 dissipative,高导

17、电性中间层,底部绝缘体,多层材料,双层材料,所有防静电垫都必须接地 ,可接地点（垫的部分）,接地电线 ( 接EPA中的共同地点 ),Mat,静电防护用品,手套/手指套（Glove/Finger Cots）,手套和手指套的首要作用是避免工件污染，不是防静电！,手套 :,单一材料或织导电丝线,手指套 :,单一材料,静电防护用品,手动刷子,导电手柄,导电刷毛,107 108 -cm,使用者必须接地,备注：效果必须认证,（比如通过腕带）,静电防护用品,防静电工作台,全采用导电材料制成,不需要桌垫,（除非需要软垫）,- 层压式,3种常见：,- 单一材料,- 环氧树脂涂层,静电防护用品,防静电推车,运送E

18、SDS部件或半制成品,金属材料居多，也有Dissipative,应该提供人体或其他物件的接地,通过导电车轮或拖链和导电地板接触放电,静电防护用品,离子风机（Ionizers）,放射离子机,正负离子完全平衡,效果好，中和快，可靠性强，不出现故障,有一定的寿命期，更换是唯一的保养工作,不可在开放空间使用，价格高，安全问题,静电防护用品,电场离子风机（Ionizers）,无源离子机,有源离子机,电晕放电,高压电源,4 种基本类型 :,1. 直流电,2. 脉冲直流电,3. 交流电,4. 无源,静电防护用品,电场离子风机（Ionizers）,无源电场离子机,必须靠近被中和的物品,只能够减少静电而无法完全

19、除去（放电需要一定的电压差）,当静电电压电晕放电电压，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,静电防护用品,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，像是发射出去,静电防护用品,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)，离子的自然中和 会进一步降低效率，需要高风速补偿,由于效率低，需要更大的电压来产生足够的离子，会造成许多颗粒，不利于 严格的无尘车间使用,稳定,静电防护用品,电场离子风机（Ionizers）,直流电离子机,需要复杂的控制电路来