静电防护技术 ESD

1静电防护技术2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；3目录Contents1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4静电：静止未流动的电荷。能够长时间停留在某些物料上。ESD：ElectrostaticDischarge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5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……6See5000VHear4500VTouch2000VComponentDamage15-30V操作人体静电位(V)相对湿度20%相对湿度80%在聚乙烯地面行走12000250合成纤维地毯上行走350001500坐在泡沫填充的椅子上180001500拿起聚乙烯塑袋20000600在普通工作台上滑动塑料盒180001500移除PCB上的MYLAR胶带120001500PCB上的收缩膜160003000使用真空吸锡器80001000用氟利昂喷洒电路150005000人们对静电的感知7静电与电的区别静电直、交流电现象静止的电荷流动的电荷放电时间瞬间放电（皮秒~微秒）持续放电能量通常情况下能量很小能量大人体感觉不易感觉，通常情况下2000V以上才能被感觉36V以上的电压即可对人体构成危害8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”9‘摩擦’生电主要来源：接触+‘摩擦’压力或+分离静电的“产生”10++++++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：I.吸真空负压的接触分离；II.反复接触分离动作。静电的“产生”111、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”121、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”13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维尼纶聚苯乙烯聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯+-142、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”15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0±200V。2、感应带电：静电的“产生”163、电容效应C=orA/do=8.85X10-12F/m10votls1,000volts!!!dr=材料的相对介电常数V=Q/CdV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”17目录Contents1静电放电模型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18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：19静电放电模型人体放电模式（HumanBodyModel,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。20静电放电模型机器放电模式（MachineModel,MM）：描述设备、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21静电放电模型带电器件模式（chargedDeviceModel,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。22静电放电模型带电器件模式（chargedDeviceModel,CDM）：CDM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。231kV放电CDM,HBM及MM放电比较-30-20-1001020304050050100150200MMHBM(0.66APeak)CDM(30pfTestModule)Ans•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24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！25静电放电模型静电敏感度分档：ClassVoltageRangeClass0250voltsClass1A250voltsto500voltsClass1B500voltsto1,000voltsClass1C1000voltsto2,000voltsClass22000voltsto4,000voltsClass3A4000voltsto8000voltsClass3B=8000volts元器件HBM敏感度等级划分ClassVoltageRangeClassM1100voltsClassM2100voltsto200voltsClassM3200voltsto400voltsClassM4or=400volts元器件MM敏感度等级划分26静电放电模型静电敏感度分档：ClassVoltageRangeClassC1125voltsClassC2125voltsto250voltsClassC3250voltsto500voltsClassC4500voltsto1,000voltsClassC51,000voltsto1,500voltsClassC61,500voltsto2,000voltsClassC7=2,000volts元器件CDM敏感度等级划分27器件种类ESD电压范围（HBMV）硬盘磁头10~100VVMOS半导体器件30-1800VMOS场效应管器件100-200V砷化镓场效应管器件100-300V存储器100V结型场效应晶体管140-7000V声波表面滤波器150-500V运算放大器190-2500VCMOS250-3000V肖特基二极管300-2500V薄膜电阻300-3000V双极型晶体管380-7000V射级耦合逻辑电路500VLED500~8000V可控硅器件680-1000V静电放电模型部分元器件的静电敏感度28目录Contents1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29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2,000~4,000volts，但敏感器件只须100volts便能被损坏(大部分1,000volts)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)静电防护原理30ManagementRequirementsTechnicalRequirements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31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32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33静电防护原理全面管制是重要的34静电防护原理35静电防护原理1、电阻/两点间电阻（Point-to-PointResistance）-用以分析或描述点与点之间的电阻PointAPointBIV两端电阻高两端电阻较低两端电阻更低R=VI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36静电防护原理2、表面电阻率（SurfaceResistivity）-用以分析依赖表面放电为主的材料测量电极wl测量材料表面I/wV/l表面电阻率==电阻Xwl表面电阻是个不受尺寸影响的常数，以/表示37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（SurfaceResistivity）38静电防护原理R厚度截面积TLWICurrentR=TLXWohm=LXWTRohm-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/bulkresistivity)-用来测量或分析单一性的材料39导体材料耗散材料绝缘材料01051012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!40ESD防护的基本技术手段1.等电位2.接地3.中和4.静电放电屏蔽5.湿度控制6.防静电材料和抗静电剂处理7.敏感器件的标注静电防护原理41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!42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R109为佳)。必须照顾到人体安全性。43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44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！45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40～70%我们公司控制的湿度范围是多少？静电防护原理46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，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47ESDS器件警示标志ESDS保护标志ESD接地点标