ESD 静电

ESD1ESD简明手册ESD2ESD是什么ESD是代表英文ElectroStaticDischarge，即“静电放电”的意思。ESD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）及和电磁效应（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越来越复杂，对静电放电的电磁场效应如电磁干扰（EMI）及电磁兼容性（EMC）问题越来越重视。ESD3静电是如何产生的物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子儿而侵入其他的原子B，A原子因缺少电子数而带有正电现象，称为阳离子；B原子因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能……等)在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。ESD4产生静电的方式（一）当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电，在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。ESD5产生静电的方式（二）固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。为什么气体也会产生静电呢？因为气体也是由分子、原子组成，当空气流动时分子、原子也会发生“接触分离”而起电。所以在我们的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电，当静电积累到一定程度时就会发生放电。ESD6产生静电的方式（三）我们都知道摩擦起电而很少听说接触起电。实质上摩擦起电是一种接触又分离的造成正负电荷不平衡的过程。摩擦是一个不断接触与分离的过程。因此摩擦起电实质上是接触分离起电。在日常生活，各类物体都可能由于移动或摩擦而产生静电：工作桌面、地板、椅子、衣服、纸张、卷宗、包装材料、流动空气。ESD7产生静电的方式（四）另一种常见的起电是感应起电。除物体除接触后分离能起电外，当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电，如下图1所示。当物体Ａ与Ｃ发生放电时会造成Ｃ与Ｂ之间放电，如下图2所示。若Ｃ与Ｂ之间不发生放电，则Ｃ会带上剩余的电荷，如下图3所示。其它起电方式有：热电和压电起电、亥姆霍兹层、喷射起电等。图1图2图3ESD8人体与静电（一）环境湿度人体活动RH10-20%RH65-90%在地毯上走动35,000V15,000V在已烯树脂地板上行走12,000V250V在工作台上操作6,000V100V包说明书的已烯树脂封皮7,000V600V从工作台上拿普通塑料袋20,000V1,200V从垫有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起18,000V1,500V静电电位ESD9人体与静电（二）尽管携带了令人吃惊的静电电位，但由于并未瞬间释放，因此人体并无感觉。ESD10人体与静电（三）电击感觉是由于人体静电瞬间释放造成的虽然人体感觉不到1,000伏以下的静电，可仍会成为生产线上各种事故的原因人体带电量电击程度1,000V完全没有感觉3,000V感到刺痛5,000V手掌甚至手腕感到发麻7,000V手掌感到强烈疼痛、麻痹10,000V整个手都觉得痛，并且感到触电12,000V感到整个手受到强烈冲击ESD11电子器件的静电破坏电压大部分器件的静电破坏电压都在几百至几千伏，而在干燥的环境中人活动所产生的静电可达几千伏到几万伏。器件类型静电破坏电压器件类型静电破坏电压VMoS30～1800OP-AMP190～2500M0SFET100～200JEFT140～1000GaAsFET100～300SCL680～1000PROM100STTL300～2500CMoS250～2000DTL380～7000HMOS50～500肖特基二极管300～3000E／DMOS200～1000双极型晶体管380～7000ECL300～2500石英压电晶体＜10000ESD12静电对电子产品损害形式静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差而产生放电电流。这三种特性能对电子元件影响如下：静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻(缩短寿命)。静电放电破坏，使元件受损不能工作(完全破坏)。静电放电电场或电流产生的热使元件受伤(潜在损伤)静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米)、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)ESD13静电的危害静电是时时刻刻到处存在的，但是在二十世纪40－50年代很少有静电问题，因为那时是晶体三极管和二极管，而所产生静电也不如现在普遍存在。在60年代，随着对静电非常敏感的MOS器件的出现，静电问题也出现了，到70年代静电问题越来越来严重。80－90年代，随着集成电路的密度越来越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越来越薄（微米_纳米），其承受的静电电压越来越低。另一方面，产生和积累静电的材料如塑料，橡胶等大量使用，使得静电越来越普遍存在，仅美国电子工业每年因静电造成的损失达几百亿美元，因此静电破坏已成为电子工业的隐形杀手。是电子工业普遍存在的＂硬病毒＂，在某个时刻内外因条件具备时就要发作。ESD14静电破坏的特点1.隐蔽性人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这是因为人体感知的静电放电电压为2~3KV,所以静电具有隐蔽性。2.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。3.随机性电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说，从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，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动性性。其损坏也具有随机动性性。4.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，要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此，有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其他失效。这在对静电放电损害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性。ESD15产生静电危害的制造过程1.元件制造过程在这个过程，包含制造，切割、接线、检验到交货。2.印刷电路版生产过程收货、验收、储存、插入、焊接、品管、包装到出货。3.设备制造过程电路板验收、储存、装配、品管、出货。4.设备使用过程收货、安装、试验、使用及保养。5.设备维修过程在制造、使用、维修的整个过程中，元件都可能遭受静电的影响。而实际上，最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程，其间不但包装因移动容易产生静电外，而且整个包装容易暴露在外界电场(如经过高压设备附近，工人移动频繁、车辆迅速移动等)而受到破坏，所以传送与运输过程需要特别注意以减少损失，避免无谓之纠纷。ESD16静电敏感度为定量描述不同元件的相对敏感程度进行分类。敏感层次分为多层次是为制定先进的ESD防护措施提供原始资料，这些措施用于对更敏感器件的广泛的防护。到目前为止，大部分敏感度试验都是以人体模型为根据以便使得结果与其它模型相关。试验大批管脚和极性的静电放电是非常昂贵的。类别敏感电压阀值（V）Ⅰ0~1999Ⅱ2000~3999Ⅲ4000~15999不敏感16000以上ESD17消除静电的方法通过接地使静电荷向大地释放，不使静电荷积累用离子风机吹出相反电荷的离子风进行中和------------------------+++++++++ESD18人体静电防护对于静电来说人体是导体，所以可以对人体采取接地的措施1.使用防静电地面/防静电鞋/袜(静电从脚导到大地)通过脚穿防静电性地面、地垫、地毯，人员穿上防静电鞋袜，形成组合接地。2.佩戴防静电腕带并接地(静电从手导到大地)通过手用以泄放人体的静电。它由防静电松紧带、活动按扣、弹簧软线．保护电阻及插头或夹头组成。松紧带的内层用防静电纱线编织，外层用普通纱线编织。上述两项措施都是实用而有效的，应视不同的场合选择使用ESD19防静电鞋与腕带注意事项使用腕带操作时不允许断开，否则会失去接地作用。各种腕带使用的主要问题是开路，有时是临时性的，有时是长时间断开，使失去接地作用。有的人因此使用腕带检测器测量其通断状态，有的用监测仪器测量腕带的开路及电阻变大。腕带扣得不紧造成人体皮肤与腕带的接触电阻变大有些腕带的电阻就是带子本身的，当带触及地时使其电阻大大减小，有可能因此造成对人体电击的危险。有些自称是无线的腕带，其效果远不如有线的好。腕带应用专门的带插座的接地线与地连结，不能夹在桌面或桌边的金属体上，因为这些金属体对地的电阻可能很大。要经常检查腕带的电阻。防静电鞋在穿用时应有防静电袜/鞋垫，并在防静电地面上工作才能使人体所带的静电导到大地，任何一部分电阻过大或断开都会使人体带上危害的静电。所以在重要的部门应有人体电阻测试仪随时检测人体所穿的鞋/袜/鞋垫及与人体的总电阻是否能起到泄漏静电的要求。ESD20防静电鞋与腕带的人体安全仅从防静电的角度考虑时，人体总的对地电阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人体必须具有一定值的对地电阻，以便万一发生金属设备或装置与工频电源短接的情况下该电阻能够限制流过操作的人体上的电流。最小值不应小于105Ω，通常腕带的限流电阻在1MΩ，防静电鞋的最小电阻应不应小于105Ω，最大不超过109Ω。ESD21静电接地标志ESD22防静电包装由具有导静电的塑料材料制成。防静电屏蔽材料(袋)：该种材料由基材、全属镀膜层和热封层多层复合而成，通常是半透明的。这种袋体格低廉，使用很广。还有一种又能防静电又能屏蔽电磁双重功能的包装袋。通常是不透明的。价格较前种高，可应用在有静电和电磁防护的场所。ESD23包装物上的ESD标志ESD24MCS使用的部分ESD包装物ESD25MCS的几种ESD设备离子风机静电手腕带接地盒ESD26MCS的部分ESD周转箱