ESD防护基础知识培训教材

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,FITTEC,ESD防护基础知识培训教材,1,一、 目前,电子产品中已经应用了很多微电子器件。这种器件的特点是低功,耗、低电压、高输入阻抗和集成化。但是，这种器件耐压低、允许通,过的电流不大对静电敏感。,静电放电现象在日常生活、工作中处处发生，静电电场及静电电流时,时刻刻在威胁着那些对静电敏感的器件，这些器件随时都有受静电影,响而损坏或失效的危险，静电也是无形杀手, 所以生产过程中的每一个,环节都要采取措施消除静电。,二、静电的防护（可以从三方面来进行）：,（1）加强对有关操作人员的静电防护知识教育及制订操作规程；,（2）对电子产品采用静电防护设计；,（3）电子器件、仪器及设备在整个生产过程中采用静电防护技术。,前言：,2,1、静电（Electrostatics):,物体所带过剩或不足的相对静止不动的电荷。,2、静电放电ESD（Electrostatic discharge-ESD):,具有不同静电的物体，由于直接接触或静电感应引起物体间的,静电电荷转移。,（见图1）,3、人体有感觉的,静电放电电压在3000-5000V之间,而元件发生损坏时的,电压仅几百伏.,4、静电感应（Electrostatic induction):,当带静电的物体靠近某一介质时，在该介质表面因感应而带电荷，,形成感应电场。,5、静电敏感器（Static sensitivity device-SSD):,对静电放电敏感的器件（易被静电击穿的器件）,6、中和（Neutralization):,利用异性电荷使静电消失,7、接地（Grounding):,电气连接到能提供或接受大量电荷物体上（如大地、动载工具外壳）,8、泄放（Leakage):,将静电荷安全泄放到大地。,第一章：名词解释,（见图1）,3,8、硬接地（Hard ground):,直接与大地电极作导电性连接的,一种接地方式,（R10）,（见图2）,9、 软接地（Soft ground）：,通过一足以限制流过人体的电流达到安全值的电阻,连接到大地电极的一种接地方式,(100KR1M),10. 防静电工作区（Electrostatic discharge protected area）：,配备各种防静电设备和器材，能限制静电电位具有确定边界,和专门标记的适于从事情静电防护操作的场所。（见图8）,11. ESD保护材料（ESD-Protected materials）：,具备下列特征的材料：,A、防止产生摩擦起电；,B、免受静电场的影响；,C、防止与带电人体或与带电物体接触而产生直接放电。,第一章：名词解释,软接地,1M,可调恒温烙铁主体内的变压器,设备安全地,150K,ESD地线,系统接大地,防静电腕带,防静电接地线,防静电垫,150K,1M5M,（图2）,（图4）,（图5）,（图6）,（图7）,（图8）,4,1、静电的产生,（自然现象）,1.1 两种不同起电序列的物体通过摩擦、碰撞、剥离等方式在接触分离之后,在一种物体上积聚正电荷，另一种物体上积聚等量的负电荷。由于两种不同的,物体相互紧密接触时，它们最外层电子的逸出功不同， 电子从逸出功较小的物,体跳逸到逸出功较大的物体中去。此外，导体静电感应、压电感应、电磁辐射,应等也能产生很高的静电压。,1.2 产生静电的原因很多,主要与物体的特性、表面状态、接触面积、接触压力、,摩擦速度、带电量、带电性温度、湿度等有关。相对湿度越大时，物体表的导,电性增加，电荷在物体上将减少储存，大部分传至表面而泄漏，相对湿度小时，,电荷就很难泄露。,2、工厂内常见的静电源：静电源指可产生静电荷的物体。,环境：,2.1.1 地板：封蜡的混凝土、打蜡木地板、普通的维尼龙磁砖或平板、人造革,化纤毛毯。根据静电源材料，静电荷的多少，分离速度，环境湿,度的不同而不同。,第二章：静电的来源及其危害,（湿度见图9,）,（图9）,5,第二章：静电的来源及其危害,2.1.2工作面：涂蜡，涂漆或凡立水处理的表面，普通的乙烯或塑胶台面。,2.1.3 工厂主要设备：SMT、DIP、维修等机器设备、复印机、打印机、变压器、,发电机等。,（见图 10,）,2、 2 人：,2、2、1 人的皮肤表面。,2、2、2 人穿的服装-不允许有普通化纤、毛料及对湿度30%以下时的纯棉。,2、 3 材料：,2、3、1 原材料： （服装、帽子、鞋子、椅子、周转箱、元件盒、,屏蔽盖、夹具等均为防静电材料）,2、3、2 包装材料：A、普通的塑胶-袋、纸、封皮；,B、 普通的气泡套；,C、 普通的塑胶盘、塑胶篮、塑胶瓶、料盒；,无静电纸,（图11,）,（图10,）,6,第二章：静电的来源及其危害,2、 4 制程：,2.4.1 喷洗清洗机,2.4.2 普通的塑胶吸锡工具,2.4.3 烙铁头未接地的电烙铁,2.4.4 人造毛制作的溶剂刷子,2.4.5 液体或蒸汽的清洗或干燥,2.4.6 烤箱,2.4.7 低温喷洗,2.4.8 发热枪和吹风机,2.4.9 喷砂,2.4.10 相关图示,（见图12,）,扁三脚插头,（图12,）,7,第二章：静电的来源及其危害,3、人的典型活动产生的静电压：,4、 ESD敏感元器件，组件和设备的分级：,1级：易遭01999V ESD电压危害的电子产品；,2级：易遭20003999V ESD电压危害的电子产品；,3级：易遭400015999V ESD电压危害的电子产品。,8,5、,（ESDS）静电放电敏感元器件：,（一）,第二章：静电的来源及其危害,9,5.（ESDS）静电放电敏感元器件：,（一）,1级：敏感电压范围01999V,元 器 件 类 型,微波器件（肖特基势垒二极管、点接触二极管和其它工作频率大于1GHZ的检,测二极管，离散型MOS场效应晶体管，声表面波（SAW）器件，结型场效应,晶体管（JEETS），电荷耦合器件（CCDS），精密稳压二极管（线或加载电,压稳定（0.5%),运算放大器（OP AMP,S,）,续 表 1,薄膜电阻器，集成电路，使用1级元器件的混合电路，超高速集成电路（VHSIC），环境温度100时，1,0,A的晶体闸流管（SCR,S,）,第二章：静电的来源及其危害,IC等,晶体管,（见图13,）,（湿度见图13,）,10,第二章：静电的来源及其危害,5.（ESDS）静电放电敏感元器件：,（二）,2级：敏感电压范围20003999V,元 器 件 类 型,由附录A（补充件）试验数据确定为2级的元器件和微电路,低功率双极型晶体管，Ptot100mW, Ic100mA,离散型MOS场效应晶体管,结型场效应晶体管（JEET,S,）,运算放大器（OP AMP,S,）,集成电路（IC,S,）,超高速集成电路（VHSIC）,精密电阻网络（R2）,使用2级元器件的混合电路,（见图14,）,集成电路,精密电阻、混合电路场效应晶体管等,11,第二章：静电的来源及其危害,5.（ESDS）静电放电敏感元器件：,（二）,3级：敏感电压范围400015999V,元 器 件 类 型,由附录A（补充件）试验数据确定为3级的元器件微电路,离散型MOS场效应晶体管,运算放大器（OP AMP,S,）,集成电路（IC,S,）,超高速集成电路（VHSIC）,所有不包括在1级或2级中的其他微电路,Ptot 1W或1,0,1A的小信号二极管,普通要求的硅整流器 1,0,A的晶体,闸流管（SCR,S,）,350mW,Ptot100mW且400MA1,0,100mA的低功率双极型晶体管,光电器件（发光二极管、光敏器件、光,耦合器）,片状电阻器 续 表 2,使用3级元器件的混合电路,压电晶体,12,第二章：静电的来源及其危害,6,、ESD失效模式,6.1 热二次击穿：发热-融化-过热增大融化短路,6.2 金属渡层融熔：金属层式融合引线烧熔,6.3 介质击穿（电压击穿）：一般潜在失效最终形式一次击穿,6.4 气弧后电压放电：引起功能退化,6.5 表面击穿：绝缘表面,6.6 体击穿：二次击穿产生体,注意呀!,13,第二章:静电的来源及危害,14,第二章:静电的来源及危害,15,第三章：ESD防护操作系统,1、 ESD防护的基本原则：,1.1 抑制静电的积聚，严格控制静电源。,1.2 迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷。,（见图15,）,1.3 防静电工作区应按电子元器件静电放电灵敏度确定保护程度。,一般情况下静电压不超过100V。,2、防静电工作区：,2.1 地面材料,2.1.1 禁止直接使用要质地板或铺设毛、麻、化纤地毯及普通地板,人造革地板。,2.1.2 应该选用由静电导体材料构成的地面，例如：防静电浮动地板或在普通,地面上铺设防静电地垫并有效接地。,2.1.3 允许使用经特殊处理过的水磨石地面，如：事先敷设地线网，渗碳或在,地面喷涂防静电剂等。,生锈严重,（图15,）,16,第三章：ESD防护操作系统,2、2 接地：,2.2.1 防静电系统必须有独立可靠的接地装置，接地电阻一般应小于4欧，,接入时，增加限流电阻。,2.2.2 防静电地线不得接于电源零线上，不得与防雷地线共用。,2.2.3 使用三相五线制供电，其大地线可以作为防静电地线（零线、地线,不可混接）,2.2.4 防静电设备连接端子应确保接触可靠，易装拆，允许使用各种夹式,连接器，如鳄鱼夹、插头座等。,2.2.5 静电地：软接地,；,电源地、设备地：硬接地。,2.2.6 接地系统泄露电流不超过5mA，极限流电阻下阻值取1M,2、3 天花板材料：应选用抗静电型材料制品，如石膏板制品,2、4 墙壁面料应使用抗静电型墙纸，例如：石膏涂料，石灰涂料,2、5 湿度控制 防静电工作区的环境相对湿度以不低于50%为宜,17,3、防静电设施：,静电放电保护区域(EPA) （见图16,）,静电放电保护区域(EPA),有时指安全操作区,是任意一种静电放电控制措施的,核心所在.在此区域中,静电放电敏感元件(ESDS)或电路板,或包含这些的组件,都,中通常包含工作台或工作台组,工作站,自动插件机一类的处理设备或者一块生,产区.EPA的范围必须清楚的标明,最好设置一围一栏以防止未经允许的无关人,员入内,EPA区域内应使用静电荷积累最小的材料,并且可使电荷以受控制的方,式泄入到大地中.,第三章：ESD防护操作系统,（图16,）,18,3.2 静电安全工作台：通过限流电阻接地,工作台不可串联接地由于工作台、防静,电桌垫、腕带接头和接大地线等组成，静电安全工作台上不允许堆放塑（片）,、橡皮、纸板、玻璃等易产生静电的杂物，图纸资料应装入防静电文件袋内。,3.3 防静电腕带：直接接触静电敏感器件的人员均应戴防静电腕带，腕带应与人,体皮肤良好接触，腕带系统对地电阻为1M10M范围内。,（图17,）,ESD地线,系统接大地,防静电腕带,防静电接地线,防静电垫,150K,1M5M,无线,有线,第三章：ESD防护操作系统,19,3.3 空气电离,器,：（,见图18）,3.3.1 空气电离器能产生恒定的电离空气流，,当电流空气流流过带电体表面时,带电,体上的电荷就会被电离空气流中极性,相反的离子中和掉，由于摩擦产生的,静电电荷有正、负之分，故要求空气,电离器中产生的电离 空气流应具有数,量相近的正、负离子。用空气电离器,来消除静电电荷，不要求将物体表面,上的静电电荷全部消除掉，只要能把,静电电荷消除到不再对静电敏感器件,产生静电损坏的程度即可。,3.3.2 空气电离器一般应放置在无法使用导电,手环、静电防护地垫和桌垫以及没有静,电防护工作台的装联和调试工作场所。,第三章：ESD防护操作系统,朝上方,（图18,）,20,第三章：ESD防护操作系统,3.4 防静电容器：,在电子元件、产品、设备研制生产过程中，一切贮存、周转ESD 的容器（元件袋、转运车、存放盒等）应具备静电防护性能。不允许 使用金属和普通塑料容器,必要时,存放部件用的周转车（箱）应接地。,3.5 防静电工作服：防静电工作帽、防静电工作鞋使用防静电布料制作。,3.6 工位：工作台面、工作凳面，采用ESD保护材料。,3.7 包装：静电敏感的元器件、产品采用对用对应的保护性包装,包装的器必须采用防静电放盒、防静电塑料袋、周转箱导电海棉等。,3.8 静电电压与接触电阻的关系:,接触电阻（M） 0.27 1 10 50 100 ,最大静电电压(V) 1 2 11 30 80 1550,无静电纸,（图19,）,21,第四章：工厂一般防静电要求（基础部分）,1、防静电腕带使用前一定要先检查（每天至少二次）,2、所有静电敏感元器件、基板在不使用的状态下,一定要用防静电袋或防静电箱包起来或装起来。,见图21,3、无静电防护时不可接触机板和静电敏感元件见图23,4、基板所用的垫子应该是防静电的，气泡袋也应该是防静电的。,5、工作人员要保护自己的地盘：不让无防静电措施人员接触自己的,台面、基板、元件等。,6、把所有未知的元器件都当作静电元器件看待。,7、工作台上不可放多余的包装材料。,8、进入防静电工作区前要进行静电放电。,9、流动人员手拿元器件、机板时必须有防静电措施，如：戴静电手,套或元件机板用防静电袋包装。,10、移转元器件、机板必须有防静电措施。,左手无戴静电手套,图22,静电袋,图21,图20,22,第五章：ESD防护中常发现的错误（基础部分）,1、腕带套在衣袖上，未与皮肤接触。,2、腕带松动，与皮肤表面接触不良。,3、腕带夹在桌面上，桌面的另一侧才接地。,4、使用的白色泡沫垫基板。,5、箱子无防静电屏蔽盖。,6、特殊场合才带腕带。,7、使用白色铁氟龙头光烙铁。,8、使用一般的塑胶包装材料包装。,9、用普通溶剂清洗工作台表面。,10、粉红色就是抗静电（应用静电表测量是否,达到防静电要求），,11、不用静电表测试静电压。,12、任何过路人皆可拿工作台上的零件和基板。,13、鳄鱼夹夹在机器设备油漆部分。,14、鳄鱼夹的最内圆孔部夹住铜线，最内圆孔,部内径比铜线外径大，,15、鳄鱼夹夹在铜线胶皮上，,16、零件与机板无任何防静电措施时随处乱放，,17、工作台铜线未接地，,18、测试设备和机器外壳未接地，,生锈严重,串150K电阻,戴在衣袖上,未戴手环,泡沫上放,板和元件,手环夹在胶垫上,无静电袋,朝手背,左手无戴静电手套,静电鞋粘,有胶纸,夹子变形,无静电纸,（图23）,23,附录：,一、静电敏感符号与颜色,1、静电敏感符号可用与底色有明显对比的任何颜色单色标注,2、建议在黄色底上采用黑色符号，尽量避免使用红色。,二、本教材已采纳静电,管理文件、,网络资料和其国家标准作参考：,1.国家军用标准编号： GJB 1649 - 93,2.国家通信行业标准编号 : YD / T 754 95,3.电器设备接地检测作业指导书 MI-ENG-233,4. 防静电线接地检测作业指导书,MI-ENG-234,控制系统管理规范,MAN-ENG-125,6. 静电带检测指引 MI-ENG-003,黑色,黄色,24,