ESD培训教程 rev1.0

1SEHZ静电教育基础惠州三星电子有限公司2保持人体身体健康防止静电的损害-health--harm-提高防静电的意识增加防静电的知识-consciousness--Knowledge-静电培训的目的：3目录：一、静电相关的基本概念二、电子工业生产过程中静电的危害三、静电防护的原理四、防静电工作区的构成和技术要求五、防静电系统的检验4基础知识-1：专业名词英文缩写1、BMM人体金属模型2、CCM带电芯片模型3、CDM带电器件模型4、EPA防静电工作区,ElectrostaticdischargeProtectedArea5、ESD静电放电，ElectroStaticDischarge6、HBM人体模型7、MM机器模型8、SSD静电放电敏感器件5基础知识-2：电阻和电阻率的定义1、点对点电阻：在一给定的通电时间后，施加在材料表面任意两点间的直流电压与流过这两点间直流电流之比。（单位：Ω）2、静电泄露电阻（系统电阻）：在一给定的通电时间后，施加于被测物体表面与被测物体接地点之间直流电压与流过电流的比值。（单位：Ω）R任意两点R任意一点注意：点对点电阻及系统电阻测试时一般使用标准电极和规定距离测试6基础知识-2：电阻和电阻率的定义3、表面电阻：在一给定的通电时间后，施加在材料表面上的标准电极之间的直流电压对于电极之间的电流的比值。（单位：Ω）4、体积电阻：在一给定的通电时间后，施加在材料的相对两个表面上的接触电极之间的直流电压与两电极之间的电流的比值。（单位：Ω）R标准距离标准电极标准电极R标准电极标准电极7基础知识-2：电阻和电阻率的定义5、表面电阻率：沿试样表面电流方向的直流电场强度与该处电流密度之比。（单位：Ω、Ω/□）6、体积电阻率：沿试样体积电流方向的直流电场强度与该处电流密度之比。（单位：Ω.m）R标准距离标准电极标准电极R标准电极标准电极表面电阻率=表面电阻×标准电极参数体积电阻率=体积电阻×标准电极参数/材料厚度8基础知识-2：电阻和电阻率的定义7、标准电极简易示意图：R1R2标准电极被测对象R1：体积电阻R2：表面电阻9基础知识-3：静电模型1、HBM人体模型：模拟人体对电子器件的放电。国际标准：人体电阻1.5kΩ，电容100pF10基础知识-3：静电模型等级Ips短路放电波形峰值电流(A)Ipr通过500ohm电阻放电波形峰值电流(A)放电电压(V)10.17（±10%）25020.33（±10%）50030.67（±10%）0.375---0.550100041.33（±10%）200052.67（±10%）400065.33（±10%）8000上升沿和峰值的确定下降时间的确认HBM模拟器充电电压等级与峰值电流的关系11基础知识-3：静电模型2、MM机器模型：模拟带电导体对电子器件的放电。机器模型模拟导体带电（静电、雷电感应、设备漏电）后对器件的作用，如在自动化装配线上的元器件受到带电金属构件对器件的静电放电，也可以模拟带电的工具和测试夹具等对器件的放电。MM模型在日本和欧洲应用很广。12基础知识-3：静电模型MMESD典型的短路电流波形通过500ohm电阻放电的MMESD典型的短路电流波形等级放电电压(V)IP1短路放电波形峰值电流(A)IPR通过500ohm放电波形峰值电流(A)I100通过500ohm放电波形在100ns时的电流值(A)11001.7（±15%）22003.5（±15%）34007.0（±15%）＜I100×4.50.29（±15%）480014.0（±15%）MMESD波形参数13基础知识-3：静电模型3、CDM带电器件模型：模拟自身带电的电子器件靠近或接触导体或人体时的放电现象。在生产过程中，电子器件本身可能因与工作面及保装材料等接触、摩擦带电。当带电的电子器件接近或接触导体或人体时，便会产生静电放电。带电器件在带电时，大部分电荷都分布在金属管脚上。CDM模型在美国应用很广。14基础知识-3：静电模型CDMESD模型模拟器示意图CDMESD波形冲电电压(V)±5%符号4pF效验模块I±20%(A)30pF效验模块I±20%(A)125IP11.9250IP13.75500IP17.518.001000IP115.01500IP122.52000IP130.00CDMESD波形要求15基础知识-3：静电模型4、带电电路板模型5、BMM人体-金属ESD模型16基础知识-4：静电电压衰减时间V050%V010%V050%T10%TT1、静电电压衰减时间带电体上的电压下降到其起始值的给定百分比所需要的时间，为静电电压的衰减时间。电子行业：90%电压衰减期（±1000V衰减到±100V的衰减时间）17一、静电相关的基本概念1.1、静电的定义：一种处于相对稳定状态的电荷，由它所引起的磁场效应较之电场效应可以忽略不计。1.2、静电的特点：（1）高电位：几千伏（2）小电量：微库伦/纳库伦（3）对地分布电容小（4）泄露与放电时间短：微秒/纳秒1.3、静电的产生：（1）固体起电（2）粉体起电（3）液体起电18一、静电相关的基本概念1.3.1、固体起电：1）固体接触摩擦分离起电：两个物体相互摩擦后分别带有等值异号电荷的过程。2）导体间的摩擦：因导体电荷可以自由流动，当分离处电场强度剧增的作用下，两界面极性不同的电荷受电场力影响在瞬间发生中和。所以导体摩擦起电很小。3）导体与绝缘体、两绝缘体间的摩擦：因绝缘体电荷不可以自由流动，所以分离后电压很高。194）固体产生静电的几种形式：1〉断裂带电2〉压电效应起电3〉热点效应起电4〉剥离起电5〉电解起电剥离起电:一、静电相关的基本概念20一、静电相关的基本概念1.4、静电电位：若在电场中任选一点作为参考点各点对参考点的电压只与改点的位置有关，称为该点的电位。通常说的静电电压（对地静电电位）测试，就是指测试点相对大地的静电电位。1.5、静电屏蔽、导静电、静电耗散、静电绝缘材料的区分：通常是以材料的电阻率的大小来区分的，在实际工程应用中，应考虑界定值区间功能的趋向性。1.5.1、导静电：带电体上的电荷能迅速耗散和泄露，使之消失的现象。静电屏蔽材料：防止静电场通过和传入的材料。静电耗散：带电体上的电荷由于静电中和、泄露、放电而使之部分或全部消失的现象。静电绝缘材料：不能耗散和泄露静电荷的材料。21一、静电相关的基本概念国家标准GB12158《防止静电事故通用导则》：导静电材料：表面电阻率小于1×107Ω，体积电阻率小于1×106Ω.m静电耗散材料：表面电阻率大于或等于1×107Ω，小于1×1011Ω体积电阻率大于或等于1×106Ω.m，小于1×1010Ω.m静电绝缘材料：表面电阻率大于或等于1×1011Ω，体积电阻率大于或等于1×1010Ω.m国际电工技术委员会：静电耗散材料：表面电阻和体积电阻大于或等于1×105Ω，小于1×1011Ω静电绝缘材料：表面电阻和体积电阻大于或等于1×1011Ω22一、静电相关的基本概念1.6、静电感应：导体在静电场中，其表面不同部位感应出不同电荷或导体上原有电荷重新分布的现象。a.中性导体--〉b.放入静电场中，发生静电感应--〉c.这时接地，发生放电--〉d.中性导体只带有一种电荷--〉e.断开接地，中性导体仍只带有一种电荷--〉f.离开静电场，中性导体成为只带有一种电荷的孤立带电体，这就是感应起电--〉g.这是如果接地的话，再次发生放电现象。23一、静电相关的基本概念1.7.1、被动静电屏蔽：任意形状的空腔导体放入静电场中，达到静电平衡时，空腔内电场强度为零，这一现象称为被动静电屏蔽。1.7.2、主动静电屏蔽：如果空腔导体内有带电体产生电场，则当导体外表面不接地时，由于静电感应，导体外部仍有电场，而当导体外表面接地时，外表面感应电荷由于接地而中和，电场只存在于导体空腔内，不能达到外部，这一现象称为主动静电屏蔽。被动静电屏蔽主动静电屏蔽24隐蔽性潜在性随机性复杂性特征危害缩短寿命完全破坏潜在损坏电磁干扰二、电子工业生产过程中静电的危害25二、电子工业生产过程中静电的危害2.1、静电对人体的危害：带电电位（KV）电击的程度1.0完全没有感觉3.0稍稍感觉疼痛5.0手掌以及到腕部处有麻痹的感觉10.0整个手感觉疼痛和电流流过的感觉长期的静电干扰和侵袭，会影响人的身心健康，产生焦躁、头痛胸闷、咳嗽等反应；短期静电干扰和侵袭，也会对皮肤产生刺激，引起皮肤瘙痒、严重的还会引发支气管哮喘和心率失常”，一位研究静电的专家向消费者提出警告。26二、电子工业生产过程中静电的危害2.2、静电对生产的危害：1、吸附灰尘2、静电放电及产生的宽带电磁脉冲效应3、静电场感应及放电不戴静电手套拿PBAPBA放于无防静电胶垫的木板尘埃粒度与IC芯片间距的比较27二、电子工业生产过程中静电的危害IC被ESD完全损坏IC被ESD潜在损坏28二、电子工业生产过程中静电的危害2.3、静电放电敏感器件（SSD或ESDS器件）：对于易受静电放电损坏的微电子器件（组件）称为静电放电敏感器件。2.3.1、器件ESD损伤失效模式：1〉突发性完全失效2〉潜在性缓慢失效2.3.2、SSD静电损伤的机理：1〉热击穿主要决定于瞬间静电放电的功率2〉介质击穿主要决定于静电放电加在介质两端的电压大小29二、电子工业生产过程中静电的危害2.3.3、SSD的分级：是以其能够耐受住的最大静电放电电压值来表示的。敏感类别电压范围（V）0＜2501A250~＜5001B500~＜10001C1000~＜200022000~＜40003A4000~＜80003B≥8000HBM的分级（ANSI/ESDSTM5.1-2001）敏感类别电压范围（V）M1＜100M2100~＜200M3200~＜400M4≥400MM的分级30二、电子工业生产过程中静电的危害敏感类别电压范围（V）C1＜125C2125~＜250C3250~＜500C4500~＜1000C51000~＜1500C61500~＜2000C7≥2000CDM的分级31二、电子工业生产过程中静电的危害2.4、电子生产、使用环境、中的静电源于静电防护场所：32二、电子工业生产过程中静电的危害1、人体静电与人体用品2、树脂、浸漆封装表面3、各种包装容器、物流传递用品和传输带（线）4、各类工作表面、工具、（包括气动工具、吸锡器等）5、装配、清洗、试验、修理过程6、各种绝缘地面7、生产、装联、焊接、检验、高低温处理等设备8、接地系统和电源9、生产、存储环境中的绝缘物和对地绝缘的导体10、环境电磁场33二、电子工业生产过程中静电的危害34三、静电防护的原理3.1、静电耗散和泄露静电耗散原理：将电子生产用的各类用品（装备）用ESD防护材料来制备，当因各种原因在其上产生静电时，通过静电耗散使其静电不能在用品（装备）某点或某区域积累，降低单位面积的静电量，从而起到降低静电电位的作用，防止静电放电的发生。静电泄露：带电体上的电荷通过内部和其表面等途径，而使之部分或完全消失的现象。3.2、静电中和带电体上的电荷与其内部和外部相反符号的电荷（电子或离子）的复合而使所带静电荷部分或全部消失的现象。35三、静电防护的原理3.3、静电屏蔽和接地3.4、环境增湿3.5、电子产品ESD的防护设计为对静电达到最佳的控制，环境相对湿度应保持在65%~70%以上36四、防静电工作区(EPA)的构成和技术要求4.1、EPA的定义装备各种防静电设备（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。凡是直接或间接接触SSD的区域都应视为EPA。4.2、EPA的总体技术要求1〉EPA内所有金属导体、仪器设备、防静电设备、人员应接地。2〉当不便采取静电泄露和接地措施消除EPA内绝缘体、设备、工具和各种操作产生的静电时，应使用电离系统提供静电中和或采取屏蔽措施。3〉EPA内各种接地措施应符合相关标准。374〉直接接触或间接接触SSD的操作均应在EPA内进行。在EPA外，对SSD必须提供防静电包装予以保护，不允许