ESD(防静电)培训教材-静电防护基础知识2011年

静电防护基础知识ESD(防静电)培训教材静电防护基础知识•静电防护基础知识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)培训教材静电防护基础知识一、什么是静电静电(Electrostatic，staticelectricity)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。静电防护基础知识伤害结果：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。静电防护基础知识二、什么是静电放电静电放电（ElectrostaticDischarge，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－－几十纳秒静电防护基础知识人体电位（KV）电击感度1.0没有感觉2.0手指外侧有感觉，但不疼痛2.5有针刺感、哆嗦感、但不疼痛4.0有较强针刺感，手微疼痛；光暗时能见到放电微光5.0从手掌到腕部感到疼痛6.0手指感到剧痛，腕部有强烈的电击感7.0手指、手掌剧痛，有麻木感静电放电的主观感受静电防护基础知识静电放电的主观感受在3000伏时，你能通过皮肤感知在5000伏时，你能听见在10000伏时，你能看见人体对ESD的敏感静电防护基础知识三、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)----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摩擦生电感应生电静电防护基础知识常见物体带电顺序空气石棉玻璃云母头发尼龙羊毛毛皮铅丝铝纸钢木头琥珀硬橡胶铜银硫磺聚合物特氟龙正电负电材料摩擦生电序列表静电防护基础知识四、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=K×q1×q2÷(r2×ε)•静电压带静电电荷物体之间或它们与大地之间的电势差。静电防护基础知识静电压V=Q/C=Q*d/(A*ε)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ε－－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。静电防护基础知识五、静电放电的几种模式人体放电模式HBM（humanbodymodel)机器放电模式MM（machinemodel)【日本模型】充电器件放电模式CDM(charged-devicemodel)静电防护基础知识六、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件受到损坏.静电防护基础知识静电敏感度介于0—1999V的元件为1级静电敏感度介于2000—3999V的元件为2级静电敏感度介于4000—15999V的元件为3级静电放电敏感器件(SSD)等级静电防护基础知识七、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1×105欧姆或体电阻率小于1×104欧姆/厘米耗散材料：表面电阻率大于或等于1×105而小于1×1012欧姆，或体电阻率大于或等于1×104而小于1×1011欧姆/厘米的材料。屏蔽材料：表面电阻率小于1×104欧姆或体电阻系数小于1×103欧姆/厘米绝缘材料：表面电阻率大于1×1012欧姆或体电阻率大于1×1011欧姆/厘米静电防护基础知识表面电阻率——•沿试样表面电流方向的直流电场强度与电流密度之比,单位为:Ω。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:Ω/cm2。静电保护区EPA(Electrostaticprotectedarea)——•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。静电防护基础知识等级防护区的静电电位最高限值1100V2500V31000V静电防护等级静电防护基础知识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静电防护基础知识一、人体静电1.人体接触面广,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:静电防护基础知识10010001500810V走坐脚抬起1550V（站起）脚放下1400V坐下动作5KV/S3.8KV/S3.2KV/SV人在不同动作时的静电压变化静电防护基础知识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影响人体静电的因素:静电防护基础知识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.静电防护基础知识基本思路及方法：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防護符號静电防护基础知识一、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)使用中的安全问题静电防护基础知识二、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:•SSDESD保护电路的设计.•电子设备的ESD保护.静电防护基础知识运动形式静电电压（V）相对湿度65—90%相对湿度10—20%在乙烯地板上行走25012,000在合成地毯上行走1,50035,000在铺有地毯的工作台上滑动塑胶盒1,50018,000坐在发泡胶椅垫上工作1,50018,000坐在普通木椅上工作1006,000拿起塑料袋6007,000用塑胶薄膜包装PCB3,00016,000从PCB上撕下胶带1,50012,000湿度对静电的影响静电防护基础知识•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)构成和技术要求静电防护基础知识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静电防护基础知识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）。防静电作业衣服静电防护基础知识•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1MΩ程度的限流电阻。防静电手腕带防静电橡筋手腕带静电防护基础知识要求：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。防静电鞋子静电防护基础知识2、防静电包装制品包装袋IC管储存盒海绵搬运车座椅静电防护基础知识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。静电防护基础知识二、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.静电防护基础知识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.记下读值表面阻抗测试仪原材料检验区104～106Ω一般工作区106~109Ω三、工厂内静电的检测静电防护基础知识静电防护基础知识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