ESD静电防护体系解析

ESD防护系统的建立CDPGPQAWriter:边建勇Date:2012.07.31目录一、静电及静电放电定义二、为什么要进行静电放电防护三、静电放电的主要模型四、静电放电防护方法五、如何建立静电放电防护系统六、相关仪器设备简介七、定义八、问题解答说明：本档案相关要求来源《GJB3007A-2009防静电工作区技术要求》，但内容未涵盖所有的认证要求。标准参考：1.GJB3007A-2009防静电工作区技术要求2.SJT10694-2006电子产品制造与应用系统防静电检测通用规范3.GB15463静电安全名词术语4.GJBZ25-1991电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南5.GJB2605-1996可热封柔韧性防静电阻隔材料规范6.GJB1649-1993电子产品防静电放电控制大纲7.GB12014-1989防静电工作服8.GB50174-93电子计算机机房设计规范9.GB4385-1995防静电鞋、导电鞋技术要求10.SJT10796-2001防静电活动地板通用规范11.GB50169-2006接地装置施工及验收规范一、静电及静电放电定义一、静电及静电放电1.静电StaticElectricity相对观测者处于相对静止的电荷。静电可由物质的接触与分离、静电感应、介质极化、积带电微粒的附着等物理过程而产生。（GB15463静电安全名词术语）2.静电放电ElectrostaticDischarge-ESD当带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，物质产生电离而使带电体上电荷部分或全部消失的现象。（GB15463静电安全名词术语）3.静电特点a.电量小而电压高b.高压静电可能放电c.绝缘体上的静电消失很慢d.能感应e.可被屏蔽二、为什么要进行ESD防护二、为什么要进行ESD防护人类日常活动可产生高达25,000V的静电。人类手的神经可感觉到低至大约3,000V的静电放电。只需要10V的静电放电就可毁坏IC内部的某些极小零件和迹线。虽然静电放电看不见、听不到或感觉不到，但可重大地损伤或毁坏电子产品。IBM公司通过对其某家电子公司经过长达5年的数据分析，对于完全失去功能的元器件，静电造成损坏约占30%。（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）人员操作产生的静电电压及各种元器件对静电的击穿电压三、静电释放的主要模型三、静电放电的主要模型1.人体带电释放模型HumanBodyModel(HBM)：静电由人体释放到电子组件上的模型。2.设备静电释放模式MachineModel（MM）：静电由机器设备/工具上转移至电子组件上的模型。3.装置静电释放模型ChargeDeviceModel（CDM）：静电在装置上的转移现象，主要出现在装置表面移动时由于摩擦静电所产生的带电现象。4.电场感应模型FieldInducedModel（FIM）：主要出现在当静电敏感组件被置于静电电场附近或静电场内所发生的带电模型。备注：静电放电的主要模型在国家军工标准《GB15463静电安全名词术语》及美国标准《ANSI/ESDS20.20-2007建立一个静电放电控制方案-电气和电子零件、装置和设备（不包括电动引爆装置）的保护》中均有定义及描述。四、静电控制方法四、静电控制方法1.静电泄漏与耗散通过静电耗散及静电接地将静电耗散或传导至大地。2.静电中和将额外产生的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（离子风扇、静电刷、抗静电剂）。3.静电屏蔽用接地的金属线和金属网等将带电的物体包覆。目的是限制它对周围环境产生电气作用,消除因非导体带电而引起的力学现象和放电现象。但屏蔽不能将静电荷泄漏、消灭或消除。4.增湿提高空气的湿度。在允许增湿的工作场所普遍采用这种方法消除静电的危害。它的主要作用在于降低静电绝缘体的表面电阻率,增强其表面导电性,提高泄漏的速度（如表格所示不通湿度对静电电压的影响）。五、如何建立静电防护系统静电防护系统组成设备防静电控制人体防静电控制静电泄放通道防静电工作区人员培训防静电标识静电放电控制系统包装、周转材料防静电控制环境控制1.静电泄放通道的建立接地极接地干线接地支线静电释放通道1.1接地极定义：埋入大地与大地有良好接触的导体或几个导体的组合。重要参数：对地电阻≤4Ω（GB50174-1993）接地电阻与土壤电阻率有很大的关系，使用土壤电阻率测试设备可将土壤电阻率测出，然后根据公式计算出理论上的接地电阻。常用的两种接地电阻理论值计算公式：A：单根电极对地电阻B：多根对地电阻的计算备注：计算公式来源于（GJB/Z25-1991电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南）接地极的埋设举例•把3根2.5m的角钢（45mm*45mm）沿直线打入地下离地面80cm处，每根角钢相距5m。•用扁钢（30mm*3mm）将3根角钢串联焊接在一起。•用镀锌扁钢（30mm*3mm）焊接有角钢的任意角作为地线引线引上墙面2m处。•用25mm平方的铜芯线与地网引线通过铜线鼻接牢引入室内。接地极的测量测试设备：接地电阻测试仪测试方法：使用接地电阻测试仪测量接地极的对地电阻，要求电阻阻值应≤4Ω，否则加桩或用田字格加以解决。1.2接地干线定义：连接接地极与接地支线的接地线重要参数：a.接地干线最小接面积≧10mm2；b.宜采用裸铜线，若使用带绝缘外皮的地线，应使用黄绿双色线；c.与接地电极应采用焊接连接方式；1.3接地支线定义：连接接地干线与终端设备、人员的接地线重要参数：a.接地干线最小接面积≧2mm2；b.宜采用裸铜线，若使用带绝缘外皮的地线，应使用黄绿双色线；c.与接地电极应采用焊接连接方式；2.防静电工作区ESDProtectedArea-EPA定义：配备各种防静电装备（用品）和设置接地系统（或等电位连接）、能限制静电电位、具有确认边界和专门标记的场所。EPA分为A、B级区域：A级：操作静电敏感度在-100V—100V之间的ESD产品区域为A级区域。B级：其他为B级区域。A级区域所用不直接接触ESDS产品的防静电用品（装备）应采用导静电用品；B级区域采用静电耗散用品。防静电工作区组成:防静电地板/地坪防静电墙壁/天花板防静电工作台防静电椅2.1防静电地坪/地垫定义：使用静电耗散/导静电材料制作并良好接地的地板/地垫。对于接触静电敏感度在-100V—100V之间的ESDS产品的EPA，地坪应使用导静电型材料。使用导静电材料（包括金属材料）时，环境电气设备设计和设置应符合人生安全。电性参数要求：•对地电阻要求，静电耗散型1.0×106~1.0×109Ω•对地电阻要求，导静电型＜1.0×106Ω2.2防静电地板/地垫测试2.2.1点对点电阻测试参数要求：1.0×106~1.0×109Ω测试设备:兆欧表（带电极）测试方法：将样品放在绝缘的测试平台上，测试区域选择如图，区域间距300mm；将一个测试电极放于公共点上，将另一个电极放于A点，重复上述步骤分别将A点改为B、C、D点分别进行测试。2.2.2地板表面对地电阻测试测试设备:兆欧表参数要求：1.0×106~1.0×109Ω测试方法：如图，测试人穿静电鞋站在接地的测试地板上，手拿其中一个电极，调整测试电压为10伏，另一个电极和公共接地点相连接。2.2.3地板对地测试（安装后）测试设备：兆欧表（带电极）参数要求：1.0×106~1.0×109Ω测试方法：如图，将一个测试电极插入公共接地点上，将另一个电极放于地板上。2.3防静电墙壁/天花板定义：使用静电耗散/导静电材料制作并良好接地的墙壁/天花板。参数要求：系统对地电阻≤1.0×1010Ω对地电阻测试（安装后）测试设备：兆欧表参数要求：≤1.0×1010Ω测试方法：如图，将一个测试电极插入公共接地点上，将另一个电极放于墙壁/天花板上。2.4防静电工作台定义：采用导静电、静电耗散材料制成并采用软接地的工作台（桌）。技术参数：•系统对地电阻1.0×105~1.0×109Ω•衰减期≤2s（100V—1000V）典型防静电工作区为在普通桌面铺设防静电皮，并架设接地支线。防静电工作台（桌）不宜使用金属板制作。EPA内不宜将防静电地坪表面作防静电工作台桌接地连接线。防静电工作台内所有物品应100%做防静电处理，所有不必要的绝缘体(如咖啡杯、食品包装材料及个人用品等)应排除在工作区或任何处理未保护的ESDS产品作业的区域之外;必要使用时，应确保使绝缘体远离ESDS敏感器件至少30cm(12inch),并使用离子风扇等静电中和器。工作台图示：防静电工作台测试a.接地电阻测试测试设备：兆欧表（带电极）参数要求：系统对地电阻1.0×105~1.0×109Ω测试方法：如图，将样品放在绝缘的测试平台上,并使用70%以上酒精进行清洗两次将兆欧表的一极插入接地插孔中，另一极放在位置A，待读数稳定后读出对地电阻值，利用接地点对位置B，C，D，E进行同样的操作。b.点对点测试测试设备：兆欧表（带电极）技术参数：1.0×105~1.0×109Ω测试方法：如图，将样品放在绝缘的测试平台上，将兆欧表电压测试档旋至100伏的档位，将测试电极如图放置样品表面，待读数稳定后读出对地电阻值。c.衰减期测试测试设备：静电场测试仪技术参数：2s（1000V-100V）测试方法：使用静电场测试仪对静电皮进行静电衰减测试2.5防静电工作椅采取静电防护措施并良好接地的工作椅，座椅的支架或脚轮使用静电耗散（导静电）材料制作。椅架可以用金属材料制作。技术参数：系统对地电阻＜1.0×109Ω系统对地电阻测试测试设备：兆欧表（带电极）技术参数：＜1.0×109Ω测试方法：如图3.人体防静电控制进入EPA的人员必须穿防静电工作服、戴防静电穿防静电鞋。与ESDS产品接触的人员必须戴防静电环，且防静电环与人体紧密接触并通过接地支线接地。3.1防静电服为了防止人体和衣物的静电积聚，用防静电织物而缝制的工作服，能通过通导静电材料将电荷释放至大地。直接或间接接触ESDS产品的人员穿用的防静电服测试带电量不应超过0.1微库仑/件。严禁在EPA区域内穿脱。技术参数：a.点对点电阻1.0×105~1.0×109Ω（GJB3007A-2009上未做要求）b.袖对袖电阻1.0×105~1.0×109Ω（GJB3007A-2009上未做要求）c.带电量≤0.1微库仑/件（A级）；≤0.6微库仑/件（B级）防静电服款式要求（GJB3007A-2009上未做如下要求）a.防静电服的导电纤维必须织成网格状以便可以保持持续导通的静电释放路径。条状织法的导电纤维设计的防静电服是不可接受的。b.袖口必须设计成弹性的松紧束以便导电纤维通过人体的皮肤形成通路到大地。c.防静电服要用钮扣，金属件或者拉链不可接受。d.由于静电衣服在经过一定次数的洗涤后静电保护功能会有所损失,供应商需要保证防静电服在最少一年内防静电服静电防护功能依然存在。标识要求每件成品上必须有生产厂名、产品名称、商标、规格型号、等级、生产日期。网格状静电衣材料a.点对点电阻测试测试设备：兆欧表（带电极）技术参数：1.0×105~1.0×109Ω测试方法：将样品每次飘洗为20分钟,如此循环3次。然后如图将工衣平放在绝缘板面上进行测试。b.袖对袖的电阻测试测试设备：兆欧表（带电极）技术参数：1.0×105~1.0×109Ω测试方法：将样品每次飘洗为20分钟,如此循环3次。然后如图将工衣平放在绝缘板面上进行测试。c.残余电量测试测试设备：滚筒摩擦机/法拉第筒技术参数：A级：带电量≤0.1微库仑/件B级：≤0.6微库仑/件测试方法：将经过滚筒摩擦机投入法拉第筒进行带电电荷测试。3.2防静电帽用防静电织物而缝制的工作服，能通过通导静电材料将电荷释放至大地的帽子。技术参数要求点对点电阻＜1.0×105~1.0×1010欧姆测试测试设备：兆欧表（带电极）测试方法：如图3.3防静电鞋鞋底用防静电材料制作，能及时消除人体静电积聚，且能钝化触及250V以下电源电击伤害的防护鞋，与防静电服一起构成完整的防静电体系。技术参数对地电阻：1×105~1×109Ω一般要求