ESDproduction(静电防护培训)

PE:Felix17-Apr-2008KPP/PE/PX021.什么是ESD1.1ESD專用朮語1.2ESD產生原因3.ESD的防護3.1ESD防護方法3.2ESD防護材料3.3ESD防護區域管理2.ESD的危害2.1ESD危害2.2ESD敏感元器件4.ESD的監測4.1ESD標准4.2ESD監測目錄1.什么是ESD?1.1ESD專用朮語及含義ESD=ElectroStaticDischarge（靜電放電）★靜電物体表面过剩或者不足的静止的电荷（物体本身失去电荷，成正电性，得到多余电荷，成负电性）★靜電场静电荷在其周围形成的电场如：图一为正电荷形成的电场图二为正负电荷吸引形成的电场图一图二★靜電放电两个具有不同静电电位的物体，由于接触或静电场感应引起两个物体间的静电电荷的转移.静电电场的能量达到一定程度后，击穿靜電電場间的介质而进行放电的现象就是静电放电★靜電敏感度：电子元器件能够承受的ESD电压★靜電敏感器件：对静电敏感的电子元器件(ESDS)★接地：连接到能供给或接受大量静电荷的物体，泛指：大地★静电中和：利用异性静电荷相互作用使静电消失★防静电工作区：配备各种防静电设备和器材，能限制静电电位，具有明确的区域界限和专门标记的从事于静电防护操作的工作场地。1.2ESD产生的原因★摩擦：任何两个不同材质的物体接触后在分离，即可产生静电，而且产生静电的最常見的原因，就是我們常說的摩擦起电；材料的绝缘性越好，越容易摩擦生电塑料尺同毛发摩擦后产生静电，吸附碎纸片毛皮和塑胶棒摩擦，玻璃和丝绸摩擦均为常见的摩擦起电的生活例子★影響摩擦生電因素A.濕度：濕度越大，相對產生的靜電壓越小溫度：21℃靜電壓(kV)靜電之產生相對濕度20%相對濕度80%在乙烯基材質的地板走動120.25在人造地毯上走動351.5坐離發泡椅墊181.5拿起聚乙烯塑膠袋200.6在地上滑動苯乙烯材料的箱子181.5移除PC板上的Mylar膠帶121.5PC板上的收縮膜163作動真空吸錫器81噴電路冷凝噴霧劑155↑正[Positive]l空氣﹝Air﹞l人手﹝Hands﹞l玻璃﹝Glass﹞l毛髮﹝Hair﹞l石英﹝Quartz﹞l尼龍﹝Nylon﹞l羊毛﹝Wool﹞l絲綢﹝Silk﹞l鋁﹝Aluminum﹞l紙﹝Paper﹞l棉﹝Cotton﹞↓負[Negative]l鋼﹝Air﹞l木﹝Hands﹞l橡膠﹝Glass﹞l金﹝Hair﹞l多元脂﹝Quartz﹞l聚胺脂﹝Nylon﹞l聚乙烯﹝Wool﹞l聚丙烯﹝Silk﹞l乙烯基﹝Aluminum﹞l矽﹝Paper﹞l鐵弗龍﹝Cotton﹞★影響摩擦生電因素：B.材質材料不同，摩擦所帶的電荷正負也有區分，以下為常見材料摩擦后帶電情況：C.接觸面積接觸面積大小不同，摩擦所導致的靜電壓也有差別，如右圖：鞋同地毯接觸面積越大則產生靜電壓越大+++大地絕緣地毯---鞋底地毯纖維D.摩擦頻率摩擦頻率越高，則產生靜電荷及相關電壓則越多，越大例：用絲綢反復多次的摩擦玻璃棒，則次數越多，則電荷越多，電壓越大.★感应：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负电荷就会转移CU（铜块）++-+++----++--------★传导：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如和带电物体接触，将发生电荷转移+++++++----++++++2.ESD的危害2.1ESD危害★ESD污染ESD污染體現在制藥，電子行業尤為嚴重在制药厂里-由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度；LCD屏表面的静电容易吸附灰尘和油污，形成一形成一层尘埃的薄膜，使图像的清晰程度和亮度降低；★ESD干涉主要体现在静电聚积在计算机的机壳上,当电荷聚积的能量达到一定程度时,会给人以触电的感觉;当静电带电体触及计算机时形成对计算机的放电,有可能使逻辑元件送入错误信号,引起计算机运算错误,严重时还会造成程序紊乱,甚至烧毁设备★安全事故当物体产生的静电荷越积越多，形成很高的电位时与其他不带电的物体接触时，就会形成很高的电位差并发生放电现象。当电压达到300伏以上，所产生的静电火花，即可引燃周围的可燃气体、粉尘。飛機及相關儀器儀表，受到ESD的電場的干涉(EMI)容易發生功能混亂，導致安全事故★ESD损傷ESD損傷是当前电子工业所面临的最严重的问题之一主要影響如下：集成电路元器件的线路缩小，耐压降低，线路面积减小，使得器件耐静电冲击能力的减弱，静电电场和静电电流成为这些高密度元器件的致命杀手.A对电子元件的影响①静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命。②因电场或电流破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏）③因瞬间的电场或电流产生的热，元件受伤，仍能工作，寿命受损。B、ESD损伤的特点：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2-4KV②潜在性:有些电子元器件受到静电损伤后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，而且增加了器件对静电的敏感性。已产生的问题并无任何方法可治愈。③随机性：电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢？可以这么说，从一个元件生产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性。由于静电的产生和放电都是瞬间发生的，及难预测和防护。④复杂性：静电放电损伤分板工作，因电子产品的精细，微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器，即使如此有些静电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它失效，是对静电放电损害未充分认识之前，常常归咎于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉的掩盖了失效的真正原因。⑤严重性:ESD帶來生产成本的提高，产品质量降低，客户的损失（特别是紧要关头产品失败）最终对客户满意度产生严重负面影响。2.2ESD敏感元器件(ESDS)2.2.1按电子产品易遭ESD危害的ESD电压范围分级：1级：0~1999V2级：2000V~3999V3级：4000V~15999V以下為了常用電子元器件的ESD電壓分級別（僅供參考，敏感ESD敏感元器件，各個公司可以根據實際公司情況而定義）1级：0~1999V2级：2000V~3999V3级：4000V~15999V微波器件（肖特基势垒二极管、点接触二极管和其他工作频率大于1GHz的检波二极管）所有不包括在1级或2级中的其他微电路Ptot≤1W或IO1A的小信号二极管离散型MOS场效应晶体管离散型MOS场效应晶体管离散型MOS场效应晶体管结型场效应晶体管（JEETs）结型场效应晶体管（JEETs）压电晶体运算放大器（OPAMPs）运算放大器（OPAMPs）运算放大器（OPAMPs）集成电路（ICs）集成电路（ICs）集成电路（ICs）超高速集成电路（VHSIC）超高速集成电路（VHSIC）超高速集成电路（VHSIC）声表面波（SAW）器件光电器件（发光二极管、光敏器件、光耦合器）电荷耦合器件（CCDs）普通要求的硅整流器精密稳压二极管（线或加载电压稳定（0.5%））低功率双极型晶体管，Ptot≤100mW,IO100mA低功率双极型晶体管，100mW,Ptot≤350W，且100mAIO400mA薄膜电阻器精密电阻网络（R2）片状电阻器使用1级元器件的混合电路使用2级元器件的混合电路使用3级元器件的混合电路环境温度100℃时，I00.175A的晶体闸流管（SCRs）I00.175A的晶体闸流管（SCRs）2.2.2有三种模型方式可以确认元器件的静电承受等级A-HBM（HumanBodyModel）人体模式人体型式即指当人体活动时身体和衣服之间的摩擦产生摩擦电荷。当人们手持ESD敏感的装置而不先拽放电荷到地，摩擦电荷将会移向ESD敏感的装置而造成损坏。B-CDM(ChargedDeviceModel)物体带电模式如果一个器件因某种原因累积了电荷并与一个带电少的表面相接触，电荷就会通过器件上的导电部分泄放。当器件向其他材料放电时，就称为带电器件模式，用带电器件模型表示。C-MM(MachineModel)机械模式自动装配设备使用导轨、传动带、滑道、元件运送器和其他装置来移动器件使之按工艺要求的方向运动，如果设备设计不当，传动带和运送系统上可能会积累大量电荷，这些电荷将在工艺过程中通过器件泄放。设备部件通过器件放电就称为机器模型/模式。2.2.3电子器件所能承受静电破坏的静电电压（静电敏感度）：器件类型静电破坏电压(V)器件类型静电破坏电压(V)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＜10000从上表可见大部分器件的静电破坏电压都在几百至几千伏，而干燥环境中人活动所产生的静电可达几KV到几WV.研究表明，100V电压会损坏大部分敏感电子元器件，在100V～2000V之间的电压会损坏正在使用的元器件。由此可见，工作区内防止ESD发生相当重要。3.ESD的防護3.1ESD防護方法ESD防護方法主要有三種：引導，消除，屏蔽B-屏蔽將產品或者元器件放入可以屏蔽靜電的容器A-引導（接地）將相關設備或者工具設置接地線將靜電傳導，比如油車下導電鏈C-消除根據正負電荷相互中和可以達到消除靜電原理，添加相關設備中和靜電荷，比如在靜電區域添加離子風機，加濕機，用靜電中和液擦拭相關設備D.提高产品ESD的防护能力（“免疫力”）将ESD的防护要求体现在产品设计中。如：◆选用ESD敏感电压较高的元器件；◆采用电阻—二极管网络；◆采用大面积接地的多层PCB并优化布线；◆采用抑制电路进行隔离，如运用瞬态电压抑制器TVS等3.2ESD防護材料★表面電阻(Surfaceresistance):即電阻(R)，其單位為歐姆(Ω)★表面電阻率(Surfaceresistivity):均一材料的單位面積表面電阻，其單位為Ω/square，★體積電阻率(Volumeresistivity):即電阻率或稱電阻係數，其單位為Ω-cmA.導電材料(Conductivematerial):表面電阻率小於1x10*5Ω/square，或其體積電阻率小於1x10*4Ω-cm的材料。它们通常被用于器件与同电位分流连接，在某些时候，它们还被用于区域的静电场屏蔽。导静电材料可以将导静电材料或静电耗散材料上的静电转移到自身的表面。它通常用于分流目的，将器件的引脚连接到一起以保证引脚之间的电位相同。典型的导静电材料是混入了碳粉的高分子聚合材料（如前面所提到的导电泡棉）或采用真空熏镀金属层的材料（如屏蔽袋）。B.靜電耗散材料(Staticdissipativematerial):按照静电协会（ESDA）和电子工业联合会（EIA）的定义，其表面电阻105~1012Ω/sq之间，静电耗散材料可直接用于多数充电和放电失效过程中防护,可以在接觸帶電物體時候使用ESD產生的電壓減小.C.抗靜電材料(Anti-staticmaterial)：-能抑制磨擦生電的材料-能抑制磨擦生電至200V以下的材料(EIA-625)-抗靜電材料並不須要量測其表面電阻率或體積電阻率來決定其特性.能够有效地阻止静电荷在自身及与其接触材料上积累的材料。它们有三种不同类型：（1）通过抗静电剂表面处理；（2）合成时混入抗静电剂在表面形成抗静电膜的材料（3）本身就有抗静电性的材料。常用的抗静电剂能够减少许多材料的静电，因此应用广泛。它们一般是溶剂或载体溶液混入抗静电表面活性剂，如季铵化合物、胺类、乙二醇、月桂酸氨基化合物等而制成。使用抗静电剂能够在材料之间形成一层主导材料表面特性的薄膜。这些抗静电剂都是表面