防静电基础教材

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,提示：,请关闭您的手机,或将您的手机设为振动状态,1,防静电知识基础培训教材,2,大纲,1）静电的基本概念与产生原理,2）静电的利益与危害,3）静电的防护与控制,4）防静电的检测及仪器的操作,5）防静电的实际运用举例,3,静电的基本概念,静电（,Electrostatic）,就是物体表面过剩和不足的静止电荷，静电是一种电能，它留存与物体表面；静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子和离子的转移而形成的。,静电放电（,ESD Electrostatic Discharge）：,带有不同静电电势的物体或表面之间的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电。,静电敏感度(,ESDS Electrostatic Discharge Sensitivity),静电敏感器件(,ESSD Electrostatic Sensitive Devices),EPA:ESD Protect Area(ESD,防护区域),ECA:ESD Control Area(ESD,控制区域),-,-,-,+,4,静电的基本概念,人体的充电过程,剥离带电,摩擦带电,静电问题依附于物体（气、液、固体）而存在。如果物体带有过剩的电荷则成为带电体。物体间的电荷转移过程就是起电过程。,静电产生的方式很多，接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等都可以产生静电。但基本过程可归纳为：接触-电荷转移 -偶电层的形成 -电荷分离。,5,静电的基本概念,影响静电产生和大小的因素,静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度有密切的关系。在高湿度环境中由于物体表面吸附有一定数量杂质离子的水分子，形成弱导电的湿气薄层，提高了绝缘体的表面电导率，可将静电荷散逸到整个材料的表面，从而使静电势降低。所以，在相对湿度高的场合，如海洋性气候地区,(,如我国的东南沿海地区,),或潮湿的梅雨季节，静电势较低。在相对湿度低的场合，如大陆性气候地区,(,如我国的北方地区,),或干燥的冬季，静电势就高。与普通场所相比，在空气纯净的场所,(,如超净车间,),内，因空气中的离子浓度低，所以静电更加容易产生。,6,静电的基本概念,7,静电的基本概念,静电具有以下特点,1）从防静电危害的角度考虑，,GJB300797,分3类:,面电阻率10,5,及以下为导静电材料,10,5,10,11,为静电散逸材料,10,12,以上为绝缘材料,8,静电的基本概念,在一般工业生产中，静电具有高电位、低电量、小电流（脉冲电流，有争议）和作用时间短的特点，设备或人体的静电位最高可达数万伏以至数十万伏；这要比市电220,v、380v,高得多。但所积累的静电量却很低，通常为微库仑级；静电电流多为毫安级；作用时间多为毫秒级。,静电通世界上任何事物一样具有两重性：既能为人类造福，如静电复印、静电涂敷、静电除尘等静电应用技术；亦会带来许多危害，诸如石化、电子及电工领域。就电子元器件的生产及电子设备的装联、调试作业而言，因接触摩擦起电、人体静电与接地问题能造成很大经济损失。初步研究发现，摩擦起电、人体静电乃是电子。微电子工业中之间两大危害源。,9,静电的基本概念,静电放电的三种方式,带电人体的放电方式(,HBM),由于人体会与各种物体间发生接触和磨擦，又与元器件接触，所以人体易带静电，也容易对元器件造成静电损伤。普遍认为大部分元器件静电损伤是由人体静电造成的。,带电机器的放电方式（,MM）,机器因为摩擦或感应也会带电。带电机器通过电子元器件放电也会造成损伤。这类就叫做：机器放电的模型（,Machine Model）,充电器件的放电模型 （,CDM）,在元器件装配、传递、试验、测试、运输和储存的过程中由于壳体与其它材料磨擦，壳体会带静电。一旦元器件引出腿接地时，壳体将通过芯体和引出腿对地放电。这种形式的放电可用所谓带电器件模型(,Charged-Device Model，CDM),来描述。,10,静电的基本概念,11,静电的危害,ESD,是英文,Electrostatic Discharge,的缩写，即,静电放电,的意思。当某些电介质、导体带上静电荷后，尽管所带电荷量不多，但由于自身对大地分布电容非常小，使得静电电位较高。当垂直于带电物体表面的静电电位达到,2000,伏时，就会向空气放电。,在日常生活中，许多,ESD,现象，我们都亲身经历过。譬如，在冬季一间温暖的房间里，走在覆盖地毯的地面时，当你伸手接触门的把手时，就会有电击的感觉；脱下合成纤维衣服时产生噼啪声，夜间还可以看到火花（空气的击穿场强为,30,kv/cm,）；,天气干燥时，用塑料梳子梳头时会产生放电声。对于人体而言，这种静电的突然放电不会造成任何伤害；可是，对于,ESDS,（,静电放电敏感器件）器件，静电放电就可能损害电子器件。,ESD,对电子器件的损害是人体觉察不到的，具有隐蔽性，需通过仪器才能检测出,电子器件发生,ESD,事件，主要是各种静电源（人体、工作台等）对电子器件放电所致。在集成电路（,integrated circuit,）,工业中，静电放电可以使集成电路芯片介质击穿，芯线熔断、漏电流增大加速老化、电性能参数改变等等。静电放电对电子器件损害具有潜在和缓慢失效性，这种情况危害更大。通常，,ESDS,（,静电放电敏感器件）器件易发生静电放电，所以，受,ESD,的危害更大。,12,静电的危害,今天，大多数电子器件采用对静电极为敏感的,MOS,工艺制作，因此，无论从器件的发展还是器件的应用出发，为了防止,ESD,对电子器件的危害，有必要对电子器件受静电危害的机理以及相应的防护措施进行探讨。试图阐明电子器件,ESD,产生的原因，并对,IC,的,ESD,保护提供指导。,静电具有以下特性,：,隐蔽性,：除非发生静电放电，人体不能直接感知静电，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23,kv，,所以静电具有隐蔽性。,潜在性,：有些会受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给,IC,器件造成内伤而形成隐患。因此静电对,IC,的损伤具有潜在性。,随机性,：,IC,什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说，从一个,IC,芯片产生以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，其损坏也具有随机性,复杂性,：静电放电损伤的失效分析工作，因微电子,IC,产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费财，要求较高的技术并往往需要使用高度精密仪器，即使如此，有些静电损伤现象也难以与其它原因造成的损伤加以区别；使人误把静电放电损伤的失效当作其它失效，这在对静电放电损害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以分析静电对,IC,的损伤具有复杂性。,13,静电的危害,ESD,对电子器件侵害方式,ESD,对电子器件侵害方式主要有三种：静电源直接对电子器件放电；带电器件对其他导体的静电放电；电场感应放电。,、静电源直接对电子器件放电,ESD,事件常常发生在带电导体（包括人体）对,ESDS,的放电过程中。一般的静电危害是人体或带电导体直接对,ESDS,放电造成。,、带电器件对其他导体的静电放电,当静电放电敏感器件在操作过程中，或者与包装材料、机器表面接触后，就会积累静电荷。当器件在包装盒移动或震动时就会发生静电放电。这种放电情况，涉及的电容和能量不同于人体对,ESDS,器件的放电情况。在某些情况下，,CDM,事件比,HBN,事件所造成的危害更大。,、电场感应放电,感应场可以直接或间接对地造成危害。因为任何带电体周围都存在静电场。如果,ESDS,器件进入静电场范围，就会因为感应而带电。如果器件在电场区域内接地，电荷转移到地的过程称为,CDM,事件。,14,静电的危害,人体带电电压,电冲击程度,备注,1,000 ,V,几乎感觉不到.,微小的放电声音发生,看到发光,手指头放电发光.,2,000 ,V,用手指头接触稍微感觉到.,2,500 ,V,放电部分感觉被针扎到,3,000 ,V,感觉稍微疼，感觉到被针扎的感觉,4,000 ,V,感觉是手指头被针扎的比较深.,5,000 ,V,手心和手腕也感觉到电冲击,6,000 ,V,手指头及胳膊感觉到很强的电冲击。,7,000 ,V,手指头，手心感觉到很强的疼痛及麻痹的感觉,8,000 ,V,手心到手腕感到麻痹,9,000 ,V,手腕和胳膊感觉到疼痛和感到麻痹.,10,000 ,V,手全部疼痛和感觉到通电。,11,000 ,V,手指头感到麻痹和手受到强的电冲击,12,000 ,V,因受很强的冲击全身感到疼痛.,15,静电的危害,静电损伤的两种失效形式,1.,硬损伤,：又称,“,突发性完全失效,”,、,“,一次性损坏,”,，约占10%,表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能。主要原因是静电放电造成过压使得介质被击穿，或过流使得内部电路金属导线熔断、硅片局部融化等。,硬损伤可通过常规的性能测试手段及时发现，相对软失效而言危害要小得多。,2.,软损伤,：又称,“,潜在性缓慢失效,”,、,“,多次损伤累积后失效,”,，约占90%,受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使用寿命却大大缩短了。含有这些器件的产品或系统，可靠性变差，可能会在后续过程中（直至最终用户）继续遭受,ESD,软损伤或其它过应力损伤积累而过早地失效。,由于软损伤是潜在的，运用目前的技术还很难证明或检测出来，特别是器件被装入整机产品之后，因此具有更大的危害性。这些产品流入市场后的维护成本和造成的其它损失，将比在生产中发生的直接损失要放大几十甚至上百倍！,16,静电的危害,蓄积在导体上的电荷，会在一次放电中将能,量完全释放，是常见静电危害产生的原因。,静电放电可概分为火花放电、电晕放电、刷,状放电、射状放电等形式。,不同放电形式的发生，与放电的电极形状、,材质距离、阻抗、数量有密切的关系，同时,亦会产生不同的危害。,17,静电的危害,多数未采取保护措施的元器件静电放电敏感度都是很低，很多在几百伏的范围，如,MOS,单管在100-200,V,之间，,GaAs FET,在100300,V,之间，而且这些单管是不能增加保护电路的；一些电路尤其是,CMOS IC,采取了静电保护设计，可虽然以明显的提高抗,ESD,水平，但大多数也只能达到20004000,V，,而在实际环境中产生的静电电压则可能达到上万伏。因此，没有防护的元器件很容易受到静电损伤。而且随着元器件尺寸的越来减小，这种损伤就会越来越多。所以我们说，绝大多数元器件是静电敏感器件，需要在制造、运输和使用过程中采取防静电保护措施。下表列出了一些没有静电保护设计器件的静电放电敏感度。,18,静电的危害,表2.1 一些器件的静电敏感度,器件类型,实例,静电敏感度(单位,kV),MOSFET,3,CO、3DO,系列,0.1-0.2,JFET,3,CT,系列,0.14-1.0,GaAs FET,0.1-0.3,CMOS,CO00、CD400,系列,0.25-2.0,HMOS,6800系列,0.05-0.5,E/D MOS,Z80,系列,0.2-1.0,VMOS,0.03-1.8,ECL,电路,EOOO,系列,0.3-2.5,SCL(,可控硅),0.68-1.0,S-TTL,54,S、74S,系列,0.3-2.5,DTL,7400、5400系列,0.38-7.0,石英及压电晶体,100M,R 10M,有,PASS,R750K ,R100 M,R750K ,R10M,无,LOW,R750 K,R 750,有,LOWBATT,电压小于7,V，,请更换电池,37,静电的检测及防静电仪器的操作,测试仪器：接地电阻测量仪测试方法，下见图。,将被测试地极用导线接于仪器端子,E；,在相同直线方向20,m、40m,潮湿土地处，分别插入电位探测针及电流探测针，各接于仪器端子,P、C；,设置,“,倍率盘倍数；,自缓至快摇动仪器手柄，达到约120,r/min，,调整,“,测量标度盘，指针指于零位时，读数乘以倍率标度，即为接地电阻值；,反复测试35次，取平均值。,38,静电的检测及防静电仪器的操作,防静电台垫、地垫的防静电性能测试,防静电台垫和地垫的测试方法相同，主要测试表面电阻和接地系统电阻。,随机选定测试点，每个工作台垫/地垫的每个测试项目不得少于3个测试点，取平均值。,测试方法：,按照表面电阻测试方法测试台垫、地垫表面电阻；,按图,a,所示，用兆欧表测试工作台面对腕带插孔电阻；,按图,b,所示，用兆欧表测试工作台面对地系统电阻/接地电阻。,39,静电的检测及防静电仪器的操作,防静电工作椅的防静电性能测试,工作椅主要测试表面电阻、系统电阻和摩擦电压。,随机选定测试点，每把工作椅每个测试项目不得少于5点，取平均值。,测试方法：,按左图所示，用兆欧表测试椅面对脚轮的系统电阻，需要导电性能良好的辅助金属平板；,按右图所示，用兆欧表测试椅面与靠背之间电阻。,40,静电的检测及防静电仪器的操作,工衣、工帽、手套的测试方法,工衣、工帽、手套主要测试表面电阻和摩擦电压。,随机选定测试点，每个样品每个测试项目不得少于5点，取平均值。,工衣、工帽、手套的表面电阻测试方法相同，在绝缘平面上进行测试。,工衣需要测试袖对袖、片对片、同一片上两点之间的表面电阻。,41,静电的检测及防静电仪器的操作,工鞋、鞋跟的测试方法,工鞋主要测试体积电阻和人体穿着时的系统电阻。,按下图所示，用兆欧表测试鞋底体积电阻（内电极由总重量为4,KG，,直径为5,MM,的钢球组成）。其余参照,GB4385-1995,进行检验。,由于工鞋底面过窄或不平，电极重量有限，压力不足，电极和工鞋底面不能良好接触导致测试误差较大。因此工鞋的测试可以按照人体穿着工鞋的实际情况测试人体和工鞋的系统电阻。,防静电鞋跟需要测试鞋跟的体积电阻和鞋跟带到鞋跟底部的系统电阻。,42,静电的检测及防静电仪器的操作,周转箱、托盘、器件盒的测试,周转箱、托盘、器件盒主要测试表面电阻、体积电阻和摩擦电压。,随机选定测试点，每个样品每个测试项目不得少于3点，取平均值。,按照左图，用兆欧表测试器具的表面电阻和体积电阻。,周转车的测试,周转车主要测试其对地系统电阻。 随机选定测试点，不得少于5点，取平均值。,按照右图，用兆欧表测试物流车台面对地的系统电阻。,防静电小工具的防静电性能测试,防静电小工具主要有毛刷、镊子、吸笔、吸锡器、,IC,起拔器、防静电粘胶纸等，它们的测试项目主要有表面电阻和摩擦电压,43,防静电的标示规范,周转箱，物料车，防静电提示贴,电子零件盒，防静电提示贴,斑马线区域防静电提示贴,车间楼层，过道，防静电提示贴,防静电地板，墙面，防静电提示贴,工作台面静电皮防静电提示贴,各种防静电提示,44,防静电的标示规范,防静电区域地板警示标签,防静电区域地板警示标签仅用于粘贴在防静电区域（,EPA）,的斑马线上，也不允许在墙壁、立柱上张贴。,在防静电区域斑马线上粘贴标签时，文字顶方向必须朝防静电工作区域内，即从通道上站立面向防静电区域边界看警示标签为通常视向。,防静电区域警示标签按每两个标签间距5米进行粘贴。,45,防静电的标示规范,防静电器材，如防静电周转车、工作椅、工具、包装材料等，具备静电防护的性能，使用上图标识贴。警示标签应粘贴在防静电器材的不易磨损的显目位置，如周转车最上层横梁中央、周转箱的两侧中央位置、防静电工作椅靠背中央、包装材料正表面等。,46,防静电的标示规范,防静电接地系统的接线端口的标识使用上图所示警示标签，它们用不干胶防水塑面纸制作。一般防静电台垫的接线端用此接地标签。,在粘贴标签时应使接地端子位于标签的内孔中央。一般由于腕带插孔和防静电台垫接地等有接地要求的地方。,47,防静电的标示规范,防静电工作区标示贴,用于粘贴于墙壁，门窗，地板处。提示行走的人表示你即将进入或你已进入防静电工作区。,48,防静电的标示规范,防静电工作区域挂牌,悬挂于生产工作车间，过道，进门处。用于提示行人表示你即将进入或你已进入防静电工作区。,49,防静电的标示规范,防静电零件盒,周转箱,托盘，或直接用于存放裸板，,IC，,三极管等静电敏感元器件等容器使用上图所示静电防护贴纸，警示标签应粘贴在防静电容器上的不易磨损且显目位置。,50,防静电的标示规范,防静电警示标签的规格和使用严格按上述要求执行，新增或更改标签规格必须经防静电工作小组批准后方可实施。,新购防静电物品，包括设施、器材、静电敏感器件及其包装材料等，如原材料已有静电防护提示，也可直接引用原防静电提示标示，但其标示必须符合,GJB 1649,或,IPC,规定,地规划调整导致防静电区域发生变化时，应及时清理原区域不再适用的防静电标识，并遵照本规范要求在新的防静电区域张贴防静电标识。,防静电标识标签尽可能必免磨擦，碰撞，踩踏及各种强酸强碱液体。,防静电设备上不可随意粘贴其它标示，若防静电设备/标粘出现破损，则由本区域责任人（工段长）或防静电小组成员负责及时更换。,51,防静电的实际运用举例,防静电工作台皮垫,使用离子风机消散静电,52,防静电的实际运用举例,物料车铁链接地,显示器前加装护视保护屏，并接地,53,防静电的实际运用举例,防静电椅,防静电文件袋,54,防静电的实际运用举例,防静电烙铁,防静电珍珠棉,55,防静电的实际运用举例,桌面静电皮及静电手环接地,56,防静电的实际运用举例,工作区域超出有离子风机风力的有效范围,57,