esd静电防护技术-朱海东剖析

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1、KJ-ZY-001 Rev1.0,ESD静电防护技术,讲师：朱海东,一.工作经历： 1992年加入天马，曾经担任设计员，工艺员，设备主管，安全 主任，现任深圳天马LCM工装主管，专家，公司四星级讲师。 二.ESD相关： 1. 2003年：根据国标设计了天马公司第一个EPA区。 2. 2005年：按ESD S20.20标准编写公司ESD系列文件，开发出公司 第一份ESD教材和ESD员工手册，负责公司ESD公开课。 3. 2006和2013年两次取得外部机构ESD内审员资格证书 4. 指导天马上海、武汉、成都等公司设计EPA区。负责一厂、二厂 五厂、六厂等工厂EAP设计、建立和完善。 5. 多次应

2、邀给客户和供应商讲授S20.20防静电知识；指导多家客 户、供应商建立和完善EPA区以及相关体系. 三.授课相关 1.2006年开始授课，主要编写教材：ESD静电防护技术，工装系列教材，消防安全知识 2.2010年2013年连续四年被评为公司十佳优秀讲师，讲师授课挑战赛获得“金话筒”奖 四.专业相关： 北京电子报作者和特约兼职编辑 电子世界杂志专栏特约作者 在无线电电子世界现代通信等多家国家级专业刊物发表技术文章46篇,讲师资历,课程结构（脑图）,ESD系列教材介绍,学员对象、课时及公司防静电历史,学员： 新入厂员工 新大学生,2003年：推行国标 2005年：导入美国S20.20 2007年

3、：LCM厂取得DNV认证 2005年至今：投入超过300万人民币,课时：1.5小时,备注：ESD课程新员工考试不及格不能上岗，新大学生不能转正,为什么？,天马公司防静电历史,目 录,第一章 ESD基本知识（全部学员） 第二章 ESD防护的基本技术手段（全部学员） 第三章 静电防护体系（ESD专员、工程师、内审员） 第四章 工厂ESD防护技术要点及EPA区域操作规范（全部学员） 第五章 EPA测量及常见工具使用（ESD专员、IQC、内审员）,日常生活中常见的静电放电现象,雷电：电压高达数亿伏； 梳头发、冬天脱毛衣（夏天？湿度） 绝大多数的静电放电是我们看不到的；,防静电的必要性,ESD 对电子业

4、造成的损失,ESD 破坏种类比例,（电子业界统计）,严重损坏 10%,潜在损坏 90%,局部损坏 30%,应该关注潜在损坏的情况 !,防静电的必要性,第一章 ESD基本知识,静电 静止未流动的电荷，能够停留在物体上。 ESD （Electrostatic Discharge） 中文含义：静电放电 处于不同静电电位的两个物体间的静电电荷转移 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成为静电防护的代名词。 EPA （Electrostatic Protective Area） 中文含义: 能提供静电保护的区域,（流动就变成静电放-ESD）,（两杯水）,（EPA：防静电设施，接地

5、，离子中和、标识）,静电产生的机理,静电产生的机理,静电产生的机理,一些常见动作的静电电压,（不知道就当成不存在，掉以轻心）,1KV以下静电人体几乎感觉不到，而在生产现场则容易造成各种故障 !,静电产生的途径,接触分离； 摩擦； 剥离； 断裂； 传导； 感应； 其他：热电、光电、压电；,接触分离带电,物质分离后平衡被打破， 电荷不平衡产生静电。,（图像法）,摩擦带电,摩擦可以看作反复的接触分离过程,剥离带电,+,+,+,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。,断裂带电,物体断裂成后，各部分会带上不同的电荷,传导带电,一个不带电的物体接触带

6、电的物体会通过传导带上相同（极性）的电荷,感应带电：,如果是绝缘体呢？,感应带电往往会让电子器件带电，从而造成损坏,影响静电量大小因素,材料特性,接触力大小,分离速度,环境湿度,接触面积和表面粗糙情况,吸星大法,材料静电序列表,玻璃,铅,铝,纸,聚氨脂,带正电 +,注：表中距离越远者,产生的电量越大,做为EPA区选材参考,镍, 铜, 银,硬橡胶,聚酯 Polyester,聚氯乙烯 PVC,聚四氟乙烯 TEFLON,硅橡胶,带负电 -,聚丙烯 Acrylic,（梳子）,手,头发,问 题,静电是否有危害?,答 案,电荷如果保持在“静止”状态下是安全的！但是存在风险。,ESD 则可能具巨大破坏性 !

7、,静电放电闪电现象,不放电时，对地面建筑物不构成损坏,静电放电破坏,QI2RT IU/R,静电放电破坏三种模式,静电放电破坏三种模式,静电放电破坏三种模式,静电放电破坏三种模式,较,静电放电破坏三种模式,静电放电破坏,静电放电破坏,静电破坏前,静电破坏后,ESD damage,静电放电破坏,第二章 ESD防护的基本技术手段,ESD防护的基本技术手段,等电位 接地 中和 阻值控制 静电场屏蔽 湿度控制 材料选择和工艺控制避免产生静电 敏感器件的标注 保护电路和结构设计提高抗静电能力,1.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。,作法:台垫、手腕带等通

8、过并联到公共接地点，再连接到地线上,2.接地 （导体）,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： 人体佩戴手腕带，并接入ESD接地系统 穿防静电鞋 周转车用铁链接地 非不锈钢防静电椅用铁链接地,3.中和（离子化）,基本原理：电离空气产生正负离子，中和物品上的静电电荷。,做法： 离子风机、离子风枪、离子棒,4.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,5.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： 使用屏蔽袋、屏蔽纸 使用防静电包装袋并密闭,电梯信号、两只手痛觉,6

9、.湿度控制,基本原理： 增加湿度减少静电的产生，降低摩擦电压,做法： 控制湿度推荐在3080% 湿度在上述范围内越大越好,湿度范围需综合考虑，特别是生产工艺对湿度的要求,7.材料选择避免产生静电,基本原理： 通过选择适当的材料，减少静电 材料表面光洁，减少静电,做法： 使用抗静电材料。如：低带电性材料、静电耗散材料 使用抗静电剂,ESD防护材料界定,导电材料： 表面电阻率小于1x 105 /square, 或其体积电阻率小于 1x 104 -CM 静电耗散材料： 表面电阻率1x 105 /square1x 1011 /square, 或其体积电阻率1x 104 -CM1x 1010 -CM 抗

10、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.,ESD防护材料界定,绝缘材料： 表面电阻率大于1x1012或体积电阻率大于1x1011的材料 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,电磁屏蔽材料 表面电阻小于10 的材料,表面电阻小于1.0 x 103 的材料,ESD标志和标注,第三章 静电防护体系,第一部分 ANSI ESD S20.20标准简介 第二部分 工厂ESD体系的建立 第三部分 审核,S20.20标准由美国防静电协会ESDA制定,1999年9月发行。 ESDA成立于1982年，目前在世界30多个

11、国家和地区有会员2000多个，是世界公认最权威的ESD标准制定组织之一，其标准为美国国家标准化组织所认可，在北美及亚洲部分地区广泛推行。ESDA共出版了31个标准，16个技术报告，内容涵盖静电防护的材料技术要求、静电敏感度及静电控制材料和产品的测试和评价。,第一部份 ESD S20.20标准简介,标准适用范围:非电子引爆装置的电气电子器件、装置和设备的制造、处理、装配、安装、包装、标签、维修、测试检验等过程中静电防护 除外: 电子引爆装置静电防护、引爆液体和粉末的静电防护 标准控制的静电防护指标：用于易于被100V HBM（人体带电模型）静电释放所损坏的电气和电子零件，组件和设备的保护。对于低

12、于100V的情形，可以作为参考。,标准简介,ESD S20.20-1999/2007体系,适用于防护等级100V,Management,Engineering,工程技术,管理,ESD S20.20体系基本思想和理论,ISO9000质量管理体系的体现客户满意为关注焦点、领导作用、全员参与、系统方法、过程方法、持续改进、基于事实的决策方法、供方互利 特有思想：有效测量和监测、区域管理、标识、安全考虑 基本技术原理：接地、人体接地、静电控制、材料控制、离子化、静电屏蔽等,ESD S20.20辅助标准,防静电用品检测标准 技术要求检测标准 敏感度测量标准,例 如,1.手腕带Wrist Straps:

13、ANSI/ESD S1.1-1998 2.工衣Garments: ANSI/ESD STM2.1-1997 3.防静电地面Floor Materials: ANSI/ESD S7.1-2005 4.防静电鞋Footwear: ANSI/ESD STM9.1-2001,ESDA认可的认证机构,DNV Certification,Inc. BSI,Inc. QMI,A Division of CSA Group National Quality Assurance,USA(NQA,USA) Lioyds Register Quality Assurance,Inc.(LRQA) TUV Ameri

14、ca,Inc 中国大陆,(有审核员):DNV Certification,Inc QMI,A Division of CSA Group,认证程序,第二部份 工厂ESD体系的建立,硬件系统:防静电装备、防静电材料、测试监测仪器设备 软件系统：组织体系、规范制度、技术标准、培训考核、内审检查 技术要求：技术方法、技术指标 管理要求：制度、执行、检查,体系建立的一般过程,1.实施培训，统一认识 2.组织落实，拟定计划 3.现状的调查与分析 4.确定组织机构，配备资源 5.文件编制准备和体系建立,ESD防护工作的特点,1.全过程防护 2.多部门参与 3.主要决定于全员的意识和实际的操作 4.既有技术

15、要求又有管理要求 5.硬件投入和制度措施相结合 6.持续过程 7.标准和规范要求,ESD体系成功的关键因素,1.职责清晰分工明确高效率的团队 2.高层管理的支持 3.专业人员和专业知识 4.科学、规范的方案和计划 5.全员参与持续的培训考核体系 6.良好的沟通 7.足够的测量和检测手段 8.科学的审计制度 9.系统性观念 10.人性化观念：技术实施和管理制度 11.持续改进,第三部份 ESD审核,分两类：符合性审核和改善性审核（侧重现场作业现场）,一.符合性审核： 1.准备ESD S20.20审核检查表（无尘纸） 2.以工厂生产流程顺序，按照标准核对符合性。 3.主要内容：标识、硬件设施、人员

16、操作（岗位作业和仪器使用）、物料管理、测试记录 4.要点：工作台、设备编号、计量仪器有效期 5.审核报告：结果判定、违反条款、建议措施 6.判定： NA（不适合）、观察项、轻微不合格、严重不合格 观察项：可能存在问题、短期数据不能证明没问题 轻微不符合：按照标准做，但是做的不好（临时失效） 严重不符合：标准明确要求必须做，但是实际没做。 二.改善性审核:找问题不是找麻烦！帮助工厂找出不足并提 交改善建议,例 子,现场必须的标识和清单,检查测试记录,第四章 工厂EPA区设立、ESD防护技术要点、EPA区域操作规范,什么决定 EPA 的界限（等级） ?,EPA的界限范围,ESDS 器件和产品的静电承受能力，以及加工流动的路线决定 EPA 的区域界线。不是建筑，也不是部门 !,EPA 可以小自 ,和大至 ,OR,EPA 包含的主要元素,EPA 的设计必须包含以下5个元素 .,1. 制定防御的