普通员工ESD基础知识培训讲义

1普通员工ESD训练教材2静电(ESD)概念ESD(ElectrostaticDischarge，ESD)中文含意：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。3常见的几种静电现象1)雷电：电压高达数亿伏；2)干燥环境下的静电电击：电压可达数千伏；3)绝大多数的静电放电是我们看不到的。4e-人们对静电的感知■人体能够感觉到静电时一般电压超过2000V。■静电不易感知的原因：电量小，放电时间短。See5000VHear4500VTouch3000VComponentDamage15-30V5一些常见动作的静电电压操作人体静电位(KV)相对湿度20%相对湿度80%在聚乙烯地面行走120.25合成纤维地毯上行走351.5坐在泡沫填充的椅子上181.5拿起聚乙烯塑袋200.6在普通工作台上滑动塑料盒181.5移除PC板上的MYLAR胶帶121.5PC板上的收縮膜163使用真空吸錫器81用氟利昂喷洒电路1556静电产生的途径1)接触分离；2)摩擦；3)剥离；4)断裂；5)传导；6)感应；7)其他：热电、光电、压电；7静电的产生分离带电⊕⊕⊕---接触分离带电不同物质接触分离都会产生静电。⊕⊕⊕---8静电的产生摩擦带电摩擦可以看作反复的接触分离过程9静电的产生工作中因摩擦或接触分离产生静电的地方■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10决定摩擦电压的因素◆接触的程度、表面的均匀度、接触压力、磨力、分离速度等因素都会影响到摩擦电压的大小。◆材料的不同摩擦电压不同。◆环境温度湿度的不同对摩擦电压也有重大的影响。湿度越小摩擦电压越大。静电的产生11物质原有的电荷平衡被打破，两边带上相反的电荷同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会产生静电不干胶带、胶贴、传送带等都会因为剥离带电静电的产生+++---剥离带电----+++轮子轴皮带12静电的产生物体断裂成后，各部分会带上不同的电荷断裂带电13静电的产生一个不带电的物体接触带电的物体会通过传导带上相同的电荷传导带电14静电的产生感应带电⊕-⊕⊕--⊕-⊕--接地⊕---静电传递⊕⊕⊕⊕接近⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕离开⊕---带电体产生电场，电场中的导体因电荷转移而带电15感应带电往往会让电子器件带电，从而造成损坏静电的产生16工作场地容易产生静电的动作■人的活动■移动的设备■推车■传动带静电的产生17工作场地中常见的静电源•工作台漆,腊面,塑胶和乙烯树脂等。•地板表面处理木料,腊面,乙烯树脂等。•椅子玻璃纤维,塑胶,表面处理木料等。•工作人员衣物,头发,鞋子,手套等。•包装塑胶袋,气泡包装,海绵,盒子等。•办公用品纸张、文件夹、文件袋、笔等静电的产生18ESD风险我们的工作环境存在许多静电源……•许多塑胶产品都是容易制造和价格低廉•电子产品中也需要采用许多绝缘体材料•在移动和摩擦下，即使如金属一般的导体也会产生静电•设备和人体舒适所需要的温湿度要求环境有一定的干燥，助长静电的产生19静电序列（+）空气人类的手（-）锡面动物的毛玻璃头发晴纶羊毛毛皮铝绸子纸棉木材铁铜银金硫磺PVC(塑料)20■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;■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。静电序列21典型的工业静电放电特性•放电时间≈数纳秒~数微秒(∝RC)(能够在短至0.5nsec内放电)•放电电流量≈数安培(I=Q/t)•峰值功率≈数KW(∝IorV)•产生的高频电场≈1MHz~1GHz•产生的电感电压=Ldidt22◎各类半导体材料抗静电能力之比较(NEPCON/WESTReport)晶片种类静电破坏电压(Volts)MOSFET100~200EPROM100~JFET140~7,000Op-Amp190~2,500CMOS250~3,000SCHOTTKYDIODE300~2,500TTL300~2,500BipolarTransistor380~7,000ECL500~SCR680~10,000半导体产品抗静电能力一般来说,静电电压大于50伏,一般零件都可能被损害或降低等级.23ESD电子器件的破坏即使是相当小的静电放电也可能损坏电子器件！静电敏感器件的英文缩写－ESDSBipolarICESDdamageFieldfailureHBMsimulationfailure24ESDS有多敏感?人体30V的静电就会损坏一些敏感器件一些器件自身10V静电放电就可能损坏25ESD造成的破坏半导体是最容易受到静电破坏的器件......常见的破坏有:•氧化层击穿•界面过热烧损•金属熔化•以上的混合模式26MetallizationburnoutESD造成的破坏静电破坏前静电破坏后27①如果产品带有1000V的静电，产品会被破坏吗？1000V的静电不会破坏产品换流器（I/V）换流器高周波化的电流容易电荷的形式引起漏电※由于对检查端座进行了接续、带电前漏电被接地了，所有不会破坏产品。【注意事项】只要用离子风机除静电就可以了吗？×经常会发生漏电，所以电离器也会无效（只有采用产品接地（GND）才可以避免）换流器（I/V）在只带电的情况下，产品不会马上被破坏②怎样作产品会被破坏呢？带有的电荷一次性流出来时（电流化）就会破坏产品。++++++++++++1000V静电显示器的电路接触到地线时，积集在显示器上的电荷瞬间流入GND，产品就会被静电破坏（瞬间的电流量超过了电路的容许值）※回路被破坏的带电界限=300V【注意事项】GND只是把电源的接地线作为对象物吗？×只要导体（金属类）自身携带有电量，即使不接触GND也会吸收电荷。例）把产品装入托盘时，产品的输入基板接触到了旁边显示器的外壳部，显示器的屏蔽外壳被接地化了（形成回路），电流的流动导致产品被破坏。静电是怎样破坏产品的？28ESD对电子业造成的损失29ESD控制获得的收益•IC制造商(高速bipolarLSI)质量改进由22%达到100%•IC制造商(NMOS-LSI)制作质量损失下降了50%,并获得800%的R.O.I.•PCBA组装加工厂13%的生产质量改善，以及市场返修率下降了1.5%•半导体制造商(低功率Schottky-TTLICs)废品率从2.6%降至0.21%30ESD破坏的风险微型化和更高度集成不利于静电防护对静电的破坏更加敏感!USA12060805060304020201Japan3216201216081005050231ESD破坏的风险会逐级放大32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2,000~4,000V,但敏感器件只须100V便能被损坏(大部分1,000V).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.(ESD破坏常被误判为EOS损坏)5.缺乏培训和对问题的重视.33ESD防护的基本技术手段1.等电位2.接地3.中和4.阻值控制5.静电场屏蔽6.湿度控制7.材料选择和工艺控制避免产生静电8.敏感器件的标注9.保护电路和结构设计提高抗静电能力34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）35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36中和(离子化)做法：◆离子风机、离子风枪、离子棒基本原理：◆电离空气产生正负离子，中和静电电荷。使用对象：◆绝缘体或静电太大接地泄放太慢的情况除静电离子风机除静电离子风枪(配高压变压器)37电阻控制基本原理：◆通过电阻控制,控制过强的静电泄放或放电,同时保证人体安全.做法：◆静电耗散材料的使用;◆连接安全限流电阻.38静电场屏蔽基本原理：◆屏蔽静电场◆阻隔静电放电电流通过敏感器件做法：◆静电屏蔽材料和屏蔽容器的使用◆绝缘材料和阻隔结构39湿度控制做法：◆控制湿度在30～70%.基本原理：◆增加湿度减少静电的产生,降低摩擦电压.4034材料选择和工艺控制避免产生静电做法：◆使用抗静电材料;◆使用抗静电剂.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.41ESD防护的安全性考虑□防止意外漏电等情况：1.安全电流：5mA2.限流电阻：1MΩ3.安全电阻的上限：109Ω(静电泄放的需要)4.漏电断电保护器□其他安全考虑：1.出现危险时容易脱开2.无腐蚀,无刺激等42ESDS器件警示标志共同接地点标志ESD标志和标注ESDS保护标志43ESD标志和标注接地点标志(一般用于设备)可能含高电压的EPA标志防静电区(EPA)标志44ESD标志和标注早期的静电敏感器件标志,现在还有少数产品在用警示标带,可用于多种区域可回收使用标志,常用于包装上45ESD防护材料界定□ConductiveMaterials导电材料：表面电阻率小于1x105Ω/square,或其体积电阻率小于1x104Ω-CM□StaticDissipativeMaterial静电耗散材料：表面电阻率1x105Ω/square——1x1012Ω/square,或其体积电阻率1x104Ω-CM——1x1011Ω-CM□Anti-StaticMaterial抗静电材料：-能抑制摩擦生电的材料-摩擦电压200V以下的材料-抗静电材料没有表面电阻率或体积电阻率的要求.46□InsulatingMateriall绝缘材料：表面电阻率大于1x1012或体积电阻率大于1x1011的材料(EIA-625-1994;ESDAADV1.0-1994)□StaticShieldingMaterial静电屏蔽材料：可防止元件遭受外界的静电场破坏的一种防护屏障表面电阻小于1.0x103Ω的材料ESD防护材料界定47ESD防护材料界定48建立防静电工作区(EPA)EPA(ElectrostaticdischargeProtectedArea)的含义就是静电放电保护工作区.EPA就是能够提供器件保护条件的工作区域.49保护区设置涉及到敏感器件的场地就应当设置为保护区，常见的保护区有以下几种情况：类型要求涉及部门完整包装敏感器的存储集中存放，警示提醒原料仓库备料仓库不完整包装敏感器件的存储与敏感器件操作区相同要求备料仓库原料仓库敏感器件的操作区(台)警示、接地、等电位、静电压控制、绝缘材料控制、操作要求生产线、检测台、分料台、维修返工台50静电防护的基本原则原则一：静电敏感器件打开包装的操作只能在EPA中进行。原则二：离开EPA的敏感器件必须使用屏蔽包装或容器存放或运送原则三：定期检测所安装和使用的静电防护用品是否正常原则四：确保供应商明白和遵守以上原则51进入EPA的基本要求□穿戴合格的防静电用品：防静电服、防静电鞋、防静电手腕带，并通过检测后方可进入。□防静电区的工作人员有权有义务监督外来人员按照要求进入EPA，对于不符合要求的人员，可以拒绝其进入。□每次进入EPA都进行手腕带和鞋的检测。52EPA中的工作规范□操作敏感器件之前一定要戴好手腕带，并确保接好接地后再进行操作。□外来人员需工作区人员同意才能进入工作区。进行操作或检查前必须戴好手腕带，并接好地。□使用离子风机的工作台，必须先开离子风机再进行操作，工作完毕后再关离子风机□桌面保持清洁，不必要的物品一律移出工作区□不可避免的绝缘材料放入屏蔽袋或远离敏感器件30厘米以上□在填写记录区填写资料53桌面的处置□每天检查接地扣是否正确接地，保证接地连接牢固□使用耗散材料，避免过强的放电电流(有敏感器件操作的不锈钢台面必须铺防静电桌面垫）□注意防静电台垫清洁剂必须得到ESD工程师的许可54工作区静电源的防范★