静电防护培训.ppt

1、静电防护培训 ESD Protection Training,静电防护培训,概述 ESD的含义和主要模型 静电产生及其不良影响 静电防护原理 电子生产使用环境中的防静电系统构成 华宇科技（南京）的相关事宜,概述,日常生活中的静电 人体带电测试 人类对静电的认识 静电防护的意义,日常生活中的静电,日常生活中，当我门从地毯上走过后抓住门的把手时；或者是梳头、脱毛衣时，火花就产生了。这个现象就是人们所知的静电放电(ESD, electrostatic discharge)。 人类通过日常活动可产生高达25,000V的静电放电。人类手的神经可感觉到低至大约3,000V的静电放电。而只需要10V的ESD

2、就可毁坏今天IC内部的某些极小零件和迹线。其结果是，虽然ESD看不见、听不到或感觉不到，但可严重地损伤或毁坏电子产品。,人体带静电测试,人类对静电的认识,静电学是电学中最古老的学科 据有资料记载,古希腊哲学家塔勒斯(Thales)公元前640-546年在研究天然磁石的磁性时发现用丝绸、法兰绒摩擦琥珀（Amber）之后也有类似于磁石能吸引轻小物体的性质。电这个词起源于希腊语（琥珀） 美国从1960年到1975年由于静电引起的火灾爆炸事故达116起。 1969年底，在不到一个月的时间内，荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸，引起了世界科学家对静电防护的关注。 我国在

3、石化企业发生了30多起较大的静电事故，其中损失达百万元以上的有数起。,静电防护的意义,减少损失（例如：美国一年的损失达200多亿美金，仅电子工业的损失超过100多亿美金） 提高产品质量和可靠性 保障人的生命安全（以人为本） 提高生产效率 静电防护回报达1：95以上（HP和Motorola经过长时间的调查统计，在静电防护方面，每投入1美元，则能够产生近100美元的效益）,ESD的含义和主要模型,ESD是代表英文Electrostatic Discharge即“静电放电”的意思。是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热（火花）效应（如静电引起的着火与爆炸）和

4、电磁效应（如电磁干扰）等的学科。近年来随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境的日益复杂，对静电放电问题越来越重视。,ESD的含义和主要模型,人体模型：（HBM）指当人体活动时身体和衣服之间的摩擦产生摩擦电荷。当人们手持或接近ESD敏感的装置而不先拽放电荷到地，摩擦电荷将会移向ESD敏感的装置而造成损坏。,ESD的含义和主要模型,带电器件CDM模型：指ESD敏感的装置，尤其是塑料件，在自动化生产过程中会产生摩擦电荷，而这些摩擦电荷通过低电阻的线路非常迅速地泄放到高度导电的牢固接地表面，因此造成损坏；或者通过感应使ESD敏感的装置的金属部分带电而造成损坏。 人体金属模型（场增强模型

5、）：场增强模型或人体金属模型是用来描述人体通过手握金属工具如镊子等的放电模型。由于静电场集中在工具的最尖处，所以有效放电电阻减小。这种模型电阻为350500，电容与人体模型的电容相等。由于时间常数正比于电阻，其主要的区别在于这种模型的低电阻引起的放电电流上升和下降时间较快。,静电产生及其不良影响,静电产生的原理和方式 对工业生产的不良影响 静电对人体的危害 损害的典型实例,静电产生的原理和方式,静电是一种客观的自然现象，产生的方式很多，如接触、磨擦、冲流等等。其产生的基本过程可归纳为：接触 电荷 转移 偶电层形成 电荷分离。设备或人体上的静电最高可达数万伏以至数十万伏，在正常操作条件下也常达数

6、百至数千伏。人体由于自身的动作及与其它物体的接触-分离、磨擦或感应等因素，可以带上几千伏甚至上万伏的静电。 静电的特点：静电是正、负电荷在局部范围内失去平衡的结果。它是一种电能，留存在物体表现，具有高电位、低电量、小电流和作用时间短的特点。,静电产生的方式,接触分离起电：任何两个不同材质的物体接触后分离即可产生静电。 两个物体摩擦：摩擦的实质是一种不均匀的接触分离过程。 感应产生静电：当带电物体接近不带电物体时会感应静电。 其它静电起电方式：热电起电、压电起电、断裂起电、电解带电、喷射起电等,接触分离起电,两种不同的金属相接触，当它们之间的距离小于251010 m时，由于量子力学的隧道效应，两

7、种金属内的电子穿过界面而互相交换。 由于两金属的功函数不同，对电子的吸引力不同。当达到平衡时，一种金属失去电子带正电，另一种金属得到电子带负电，界面两侧出现了等量异号电荷（偶电层），两金属之间产生了一定的电位差（接触电势差）。,摩擦产生静电,接触分离起电 任何不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。 人活动时产生的静电电压,人活动产生的静电电压(参考),感应产生静电,当带电物体A接近不带电物体C时，在导体C的a端和b端分别感应出负电和正电。,静电放电对工业生产的危害,引发燃爆事故 损伤电子元器件破坏系统正常工作 影响产品质量 影响正常生产,引发燃爆事故,据测量一个普通男子站在绝缘地板上脱化纤

8、毛衣时人体静电电位可达8200伏，起电量为0.95微库，积累的静电能量为3.9毫焦。 汽油的最小静电点火能0.21毫焦； 黑火药的最小静电点火能0.19毫焦； 综合比较上述数据，我们发现，如果发生静电放电火花就有引起燃烧爆炸的危险。,引燃电位,静电非导体的引燃电位约30KV。国家标准防止静电事故通用导则中5.2.3条指出,静电非导体的电位低于15KV时不会引燃最小引燃能量大于0.2的可燃性气体。但有些情况下，产生引燃的界限还要小，有的标准规定约5KV。防止人体遭受静电非导体电击的带电电位约10KV以下。,损伤电子元器件破坏系统正常工作,在世界已进入电子计算机时代的今天，静电更是电子工业乃至各类

9、电子电器用户的一大隐患。某些大规模集成电路中的被氧化膜只有十万分之几厘米厚，IC电路会在数百伏电压下被击穿，M0SFET甚至受到十几伏电压作用就会被毁掉，如遇人体静电或其他微弱的静电放电它们就会像雷电击中一幢大建筑物一样使之轰然倒塌并遭到毁坏，因而以大规模集成电路为基础的工业产品如电脑工业，自动化控制器等等都要防止静电造成的危害。 据报道在静电危害没有得到有效防治之前，美国电子工业部门由于静电原因使 IC电路遭到破坏和损伤而造成的损失每年高达数亿美元。此外电子计算机、微处理器等会因静电放电而失去记忆或工作中断，使已有的信息丢失，破坏系统的正常工作。,静电对电子产品损害的四种形式,吸尘（缩短寿命

10、） 放电破坏（完全破坏） 放电产生热（潜在损伤） 放电产生电磁场（电磁干扰）,损伤电子元器件破坏系统正常工作,静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流。这三种特性能对电子元件的四种影响： 1静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻（缩短寿命）。 2静电放电破坏，使元件受损不能工作(完全破坏)。 3静电放电电场或电流产生的热，使元件受伤（潜在损伤）。 4静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百伏/米）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子产器造成干扰甚至损坏（电磁干扰)。,静电对电子产品损害的四个特点,隐蔽性:人体不能直接感知静电，除非发生静电放电。但即使发生静电放电，人体也不一定能有电

11、击的感觉,这是因为人体感知的静电放电电压为23 KV,所以静电具有隐蔽性。 潜在性:有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。,静电对电子产品损害的四个特点,随机性:从一个元件产生一直到它损坏，所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机性。其损坏也具有随机性。 复杂性:静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱。对技术要求很高，并且往往需要使用高精密仪器。即使如此，有些静电损伤现象也难以与其它原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其它失效，从而不自觉地掩

12、盖了失效的真正原因。所以对由静电引起的电子器件损伤的分析具有复杂性。,静电放电造成微电子电路损伤,金属布线与扩散区（或多晶）接触孔产生火花，使金属和硅的欧姆接触被破坏。 使节点的温度超过半导体硅的熔点（1415）时,使硅熔解，产生再结晶，造成器件短路。 金属化电极和布线熔解、“球化”，造成电路开路。 大电流流过PN结产生焦耳热，使结温升高，形成“热斑”或“热奔”，导致器件损坏。,影响产品质量,在电子元器件制造电影胶片印制过程中，静电放电会使其发生意外故障或疵病而达不到质量标准。,影响正常生产,在纺织、印刷胶片、造纸等工业生产中，纤维、纸张、胶片等会因静电而粘连一起给生产带来麻烦。,静电对人体的

13、危害,人体长期在静电辐射下，会使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽。 在家庭生活当中，静电不仅化纤衣服有，脚下的地毯、日常的塑料用具、锃亮的油漆家具及至各种家电均可能出现静电现象，静电可吸附空气中大量的尘埃而且带电性越大、吸附尘埃的数量就越多，而尘埃中往往含有多种有毒物质和病菌，轻则刺激皮肤，影响皮肤的光泽和细嫩，重则使皮肤起癍生疮，更严重的还会引发支气管哮喘和心律失常等病症。,静电对人体的危害,若人体静电超过23kV,当人接触接地金属时则会产生静电电击，若静电电压很高，则会对人体心理和生理造成一定的影响。,典型事例,据美国防灾协会不完全统计，全世界在上世纪八十年代因静电造成飞机、油船、化

14、工厂、油库发生爆炸或者燃烧所造成的年损失近二百亿美元。 日本曾对不合格的电子产品进行过解剖分析，发现器件不合格的45是由静电造成的。美国也曾在上世纪八十年代初作过统计，它的电子工业每年由于静电造成的损失高达100亿美元。英国经过数年调查了解到，该国上世纪七八十年代的电子产品，每年因静电造成的损失为20亿英镑。,典型事例,航天部门北京某所实验室在1992年初组装调试我国“资源卫星”上使用的一种仪器时，因人体静电放电导致两只价值6000美元的进口并遭禁运的CCD器件（一种MOS器件）失效，几乎影响卫星的发射速度。 航天部门北京某厂在生产一种“长征三号火箭”用仪器时，因进口MOS门电路CT30，用不

15、防电的塑料包装封装，短短不到两年时间因静电导致器件失效损失达30万人民币以上。 西欧一家著名的电视机制造厂在七十年代每日生产1000部电视机。在生产制造方面，生产总故障中的60是静电引起的，每年要付出近千万美元的赔偿保证金。,静电防护原理,静电耗散与接地 静电中和 静电屏蔽与接地 增湿,静电耗散与接地,将各种操作运行过程中产生的静电迅速耗散是防止静电危害的行之有效的方法。静电耗散通过替换电子生产过程中接触到的各类绝缘物制备的用具（包括各种工装夹具和制品）而改用防静电材料制备并使之接地来完成的。 通常所说的静电耗散，就是将ESD防护材料或导体上积累的静电荷用某些导静电方式，将其泄漏到大地或者一个

16、表面积足够大的浮接地体上。由于静电电量和泄漏电流都比较小，所以可以认为ESD防护材料和导体与大地之间的电阻不超过1M欧左右，都可认为是符合要求。对于静电接地电阻，国家标准规定：静电导体与大地体之间的总泄漏电阻通常不应大于1兆欧。,静电耗散与接地,生产过程中产生的静电可通过ESD防护材料及接地泄漏。当ESD防护材料的面积足够大，而且对大地的电容量也很大，当少量的静电荷泄漏其上时，对ESDS器件不会造成损坏。所以在某些情况下，可将表面积非常大的ESDS防护材料视为一悬浮接地。 例：某静电源的电荷量为0.6库仑，其对电容20105法时，静电源的静电电压为3000伏。当泄漏到一块表面积为10平方米的导

17、静电地面时（对地电容1000 105法），每平方厘米的带电量仅为0.6 105库大地仑。此时静电电压只有60伏。（VQ/C） 但在实际生产中，接触到的静电源很多，而且积累的电荷量也较大。往往使用的ESD防护材料不可能提供较大面积，这时必须采取接地措施。,静电中和,静电中和是消除静电的重要措施之一。在某些场合中，当不便于使用ESD防护材料时，或必须将某些高绝缘易产生静电的用品存放在工作台或工艺线上时，为了保证产品质量就必须对操作环境采取静电中和措施。静电中和是借助离子静电消除器或感应式静电刷来实现的。 静电中和原理：将正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。,静电中和,静电

18、中和可以采用产生正负离子的装置即静电消除器。 也可以采用静电刷（静电梳），是在金属棒上装上一排导电纤维。当静电刷与绝缘物相接触时，在接触过程中，可因电晕放电、泄漏、短路等直接消除绝缘物上的静电荷。 某些特殊情况下，还可采用防静电剂（喷剂等）来实现。这类喷剂通常是阳离子或阴离子表面活性剂。 上述几种相互比较，离子静电消除器具有不影响产品质量，消除静电快，使用方便等特点。不足之处是成本较高。防静电剂的使用虽然具备操作简单等特点，但从消除静电效果来说，在某些情况下不如离子静电消除器效果好，而且持久性不好。有的防静电剂有腐蚀性和毒性。,静电屏蔽与接地,通常用于对高压电源产生的静电场屏蔽以及某些对静电极

19、敏感电路的屏蔽，从而避免静电场对ESDS器件和ESDS组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。 屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体来实现的。壳体可以作成金属隔板式、盒式，也可以作成电缆屏蔽和连接器屏蔽。屏蔽的壳体一般有实芯型、非实芯型（如金属网）和金属编织带等几种类型，后者主要用作电缆的屏蔽。各种屏蔽体的性能，均用屏蔽体的屏蔽效果来表示。此值定义为空间某一区域屏蔽后的静电场强度，比屏蔽前电场降低的分贝数。屏蔽效果优劣，不仅与屏蔽材料的性能有关，也与屏蔽体与静电源距离，以及壳体上可能存在的各种不连续的孔洞和数量有关。,静电屏蔽与接地,静电屏蔽效果与接地有很大的关系，只有将屏蔽体接地，才能保证

20、屏蔽体上感应的静电荷泄漏，使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。 静电屏蔽及接地是很多种仪表电路上防静电干扰的重要措施之一。同时也用于防止静电源对外界的干扰。,增湿,湿度增加则非导体材料的表面电导率增加，使物体积蓄的静电荷可以更快泄漏。有静电危险的场所，在条件许可时，可安装空调设备、喷雾器以提高空气的相对湿度。一般情况下，用增湿的办法来消除静电，效果是十分明显的。 对于表面容易形成水膜的，即容易被水润湿的绝缘体和橡胶等，增湿是有效的。 而对于表面不能形成水膜的材料如聚四氟乙烯等，增湿对消除静电是无效的。对于孤立（无静电泄漏途径）的带电绝缘体，增湿也无效的。 不宜用于消除高温环境中的绝缘体上的静电。

21、为对静电达到最佳的控制，必须使湿度保持在6070以上。,静电防护的三个环节,操作现场静电防护。对静电敏感器件应在防静电的工作区域内操作； 人体静电防护。操作人员穿戴防静电工作服、手套、工鞋、工帽、手腕带； 储存运输过程中静电防护。静电敏感器件的储存和运输不能在有电荷的状态下进行。,电子生产、使用环境中的防静电系统构成,防静电系统的构成(硬件与软件) 防静电装备（产品）与防静电工作区 防静电接地与其它几种接地的关系,防静电系统构成硬件部分,人体静电防护用品：防静电工作服、防静电鞋（鞋束）、手腕带、手套（指套）、帽子、袜子。 防静电物流传递用品：防静电包装（盒子、箱子、托盘等）、充填材料（泡沫塑料

22、、发泡材料）、运转车、周转器具、存放柜（架）、传输带等。 防静电地坪：地坪可以是多种类型，像PVC地板砖，高架防静电活动地板、环氧树脂类、橡胶（塑）地面、水泥类等。 防静电操作系统：工作台、工作椅、工具类（电烙铁、吸锡器、分路棒、维修工具、ESD防护夹具）等。,防静电系统构成硬件部分,防静电接地：防静电独立接地系统或和其它机种接地公用系统。 环境控制系统：温度和湿度控制设备、环境洁净度控制系统。 专用生产装联设备：采取防静电措施的生产装联设备。 特殊防静电用具（用品）：各类静电消除器（离子风消除器、静电消除刷等）、防静电剂（喷剂、蜡、胶等）。这类用品配置或使用并不是必须的，要根据实际需要来确定

23、。,防静电系统构成软件部分,培训大纲与人员培训； 防静电工艺和设计文件； 有关防静电专业标准； 规章制度和操作规程； 完整的质量保证体系（包括检查和试验）； 各种防静电警示标志； 贮存和运输要求。,防静电装备（产品）与防静电工作区,防静电工作区： （EPA：Electrostatic Discharge Protected Area）配备各种防静电设备和器材，能限制静电电位，具有确定边界和专门标记的适于从事静电防护操作的场所。 凡是操作或生产静电放电敏感电子产品（元器件）的场所，都应视为防静电工作区。在该区域内不论是硬件还是软件管理都应符合前述的防静电系统构成的要求。同时在工作区内任一指定空间

24、所允许的对大地（接地）的静电电位值不超过100伏（A级），或者不超过1000伏（B级）。,防静电工作区,防静电装备（产品）,防静电工作服 防静电鞋与防静电袜子 防静电腕带和脚带 防护手套和指套 工作帽 防静电包装（袋、周转箱、托盘、盒、泡沫充填物、发泡材料）,防静电装备（产品）,运转车 防静电地坪 工作台、工作椅 防静电工具类 环境控制系统 电离静电消除器（电离器） 防静电剂 静电防护标志,防静电工作服,防静电工作服,防静电工作服采用导电纤维和棉等混纺制成，也有用渗碳或导电合成纤维布制作。当与其它物体摩擦时，产生的静电通过导电纤维与人体的接触泄漏或通过导电纤维间的电晕放电、耗散，从而防止静电积

25、累。,防静电鞋与防静电袜子,防静电鞋（导电鞋）底是用加入导电材料的合成橡胶（橡塑）制成，用以将ESDS器件操作人员所带静电荷泄漏到大地，防止人体静电积累。 防静电鞋与导电鞋在使用方面的区别是，防静电鞋可以用于有电气设备的环境中，能预防220伏电压对人体的电击。而导电鞋则不能用于有触点危险的环境中。所以防静电鞋常用，导电鞋不常用。 防静电鞋是配合导电地板使用的,它的工作原理是将人体的静电通过鞋借助导电地板导到大地上去.若未安装导电地板,则人员走动时所带静电就没有宣泄途径,鞋的作用根本就没体现,这样做没任何效果。,防静电袜子是在袜底材料中植入导电丝制备而成，用来实现人体和导电鞋的电气接触。袜底电阻

26、不应大于1*108欧,防静电鞋与防静电袜子,防静电腕带和脚带,操作ESDS器件的人都应使用防静电腕带和脚带，腕带和脚带的作用是迅速将人体静电荷泄漏到大地。 一般的防静电腕带由带扣、带子和接地线连线而成。带子、带扣和接地连接线具有良好的电气接触。为了保证操作人员安全，通常在腕带的接地连接线上串有一只1兆欧电阻，以限制人体接触时流过的电流不大于5mA。 使用腕带时，要保证腕带和人的手腕、接地连接线和地线之间良好的接触。 防静电脚带的作用与防静电鞋相似，在此不作赘述。,防护手套和指套,防护指套是加入抗静电剂的乳胶制成的，用以预防ESDS器件因不等电位造成损坏。指套的表面和体积电阻应低于1*109欧,

27、工作帽,制作帽子、口罩的材料和工作服一样，不仅用于防静电，而且具有防止操作人员头部尘埃、毛发掉落的防尘作用。,防静电包装包装袋,由基材、全属镀膜层和热封层多层复合而成。具有自身“不起”静电和能屏蔽外界静电的双重功能。 主要技术指标： 静电屏蔽：10V, 优于国家军用标准规定的30V的要求 静电衰减：0.05秒，优于国家军用标准规定的2秒的要求 其它性能：电磁干扰衰减、耐截穿强度、水蒸汽渗透率等均优于国家军用标准的要求。 主要用途： 电子电路PCB板成品或半成品包装。,防静电包装屏蔽袋,防静电屏蔽袋与不但有防静电包装袋所有的防静电性能外，还有电磁屏蔽性能，它由多层材料组成，通常是不透明 。 防静

28、电屏蔽袋价格比防静电包装袋较高。 可用于对防静电和防电磁干扰有重要要求敏感器件的包装。,运转车,运转车和存放柜（架）结构为金属架。台面为静电耗散材料制备并和金属架有良好的电气连接。小车车轮和存放柜（架）支脚用导电橡胶制作。传输带采用防静电橡胶制作，并和接地装置连接。这些装备用于静电耗散和泄漏。,防静电地板与活动地板,防静电地板（左上图）强调的是静电泄放功能，适用于各种计算机房、设备机房有各种电子设备的机房。 防静电活动地板（左下图）具有四角支撑式结构，具有充分的下走线空间；面层为防静电贴面； 静电通过面层导电胶条支架接地泄放到大地。 防静电活动地板主要应用于电脑机房、微波通信站机房、程控电话交

29、换机房、移动通信机房、 卫星地面站机房、 电台控制机房、电视发射台控制室、集成电路生产洁净车间、电子仪器制造车间、医院手术室、麻醉室及其他管线敷设比较集中和防尘、防静电的场所。,工作台、工作椅,工作台面用静电耗散材料制备并和工作台接地线相连，台面摩擦产生静电可从接地线泄漏。工作椅表面为静电耗散材料。椅的结构为金属，脚轮为防静电脚轮和大地形成静电泄漏通路。,工具类,电子控制恒温，PTC陶瓷发热元件，升温快且温度可手动连续随意调节； 独立静电接地系统，可消除静电并极大地降低各种干扰杂信号，不但确保电子器件静电安全，也保证工作人员和电子器件免受动力电电击的危险；外出维修时如遇无接地线时更方便采用与设

30、备搭接技术，使烙铁与设备同电位，消除静电对设备的危害；抗氧化耐腐蚀长寿命电烙铁头，降低使用成本；体积小，重量轻，占用工作台面积小,工具类,防静电工具还有： 防静电电烙铁：将烙铁头和壳体与地线连接。用来防止烙铁头和壳体感应带电或漏电损坏ESDS器件。 吸锡器：吸锡头与地线相连防止感应带电。 维修工具：有钳子、镊子、夹具、剪刀、螺丝刀、线夹、分路棒等。用非铁磁性的静电耗散材料制作。用于静电耗散和防止静电放电。,环境控制系统,在防静电工作区内，应有环境温度和湿度控制设备，使环境温度控制在2025C，湿度控制在5075左右，以防止温度过高和湿度过低使静电明显产生。另外对有特殊要求的ESD器件生产组装车间要配置风淋室和空气净化系统，使生产环境达到相应的净化级别。,电离静电消除器（电离器）,在不能进行有效接地的地方，可以使用电离空气来泄放静电荷，或耗散不能有效接地的绝缘体上的静电荷。电离器对在进行过喷砂和喷漆之类的喷涂工艺之处的电荷耗散也是有用的。 使空气电离通常使用的方法有三种：放射性、电和静电梳子。 放射性材料提供使空气电离的a离