《ESD静电知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ESD静电知识（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、静电知识及静电防护静电知识及静电防护 一一静电的产生静电的产生 两种不同起电序列的材料通过摩擦碰撞剥离等方式在接触又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从而产生了静电 导体静电感应压电效应电磁辐射感应等也能产生很高的静电电压随着工业生产和发展新型合成材 料绝缘材料的使用越来越普遍除了生产所需的高分子原材料外还有如塑料的涂漆的工作台面塑料的 水泥的地板或打蜡的木地板木质的塑料的纤维的坐椅人穿的化纤服装尼龙袜塑胶鞋塑料的橡 胶的周转箱或包装材料各种塑料的文件夹绝缘的办公用品等等它们在摩擦分离过程中不可避免地会 产生静电荷并且难以导出聚集起来可达到很高的静电电位一旦放电产生火
2、花就会成为引发事故的罪魁 祸 按照静电学上的分类按照静电学上的分类一般材料可分为三大类一般材料可分为三大类 静电导体 电阻率106 cm 静电半导体 电阻率 106 cm 1010 cm 静电绝缘体 电阻率1010 cm 其中电阻率在电阻率 105 cm 109 cm的称为静电泄放体 而绝大部分合成材料的电阻率者大于 1010 cm因而是静电绝缘体对于绝缘体而言一旦产生静电其本身几乎无放电的通路使静电荷长期驻留 积聚电荷积聚到一定程度后就可能随机放电造成危害 二二 静电源静电源 在工作环境中主要的静电源有 人 移动静电源 人在活动时产生的静电电压从几千伏到几万伏不等 地板工作台面鞋服装普通塑料
3、包装袋文件袋泡沫包装盒没有静电防护条件下直接插拨印制 电路板不接地电烙铁吸锡器绝缘材料制作的操作工具等 打印机复印机变压器发电机等工作时也会产生感应静电 三三 人体带电电位与静电电击程度人体带电电位与静电电击程度 人体电位人体电位 伏伏 电击程度电击程度 1000 完全无感觉 发出微弱的放电声 2000 手指外侧有感觉但不疼 3000 有被针刺的感觉徽疼 4000 有被针深刺的感觉手指微疼 见到放电的微光 5000 从手掌到前腕感到疼 指尖延伸出微光 6000 手指感到剧疼后腕感到沉重 7000 手指和手掌感到剧疼稍有麻木感觉 8000 从手掌到前腕有麻木的感觉 9000 手腕子感到剧疼手感到
4、麻木沉重 10000 整个手感到疼有电流过的感觉 11000 手指剧麻整个手感到被强烈电击 12000 整个手感到被强烈地打击 四四 静电的危害静电的危害 随着大规模超大规模集成电路的问世及其应用人们逐渐发现器件无缘无故地损坏或早期失效是由 于静电放电 ElectroStatic Discharge 简称 ESD 造成的无论是静电电场还是静电电流都可能给器件造成致 命的危害或潜在的损伤 人体有感的静电放电其电压一般约在 3000 伏以上3000 伏以下的静电人并无异常不适感觉而对电 子产品来说仍具有很大的危害性静电产生后会在周围形成静电场会产生力学效应放电效应及静电感应 效应等几种效应人员身体
5、携带静电也会对其它物体放电 在这几种效应中静电的放电效应造成的危害最为严重此种放电导致元器件的击穿破坏或对系统造成 破坏无法正常运行一般简称为 ESD 损害 ESD 对元器件的损害后果导致 ESD 对元器件的损害后果导致硬击穿硬击穿或或软击穿 软击穿 硬击穿硬击穿 所谓硬击穿是一次性造成芯片内热二次击穿金属喷键熔融介质击穿表面击穿体积击穿等使 集成电路彻底损坏永久性失效当静电放电能量达到一定值时足以引起塑劫集成电路的爆炸使其芯片 完全烧毁裸露造成人身伤害设备故障耗费增加 硬击穿特征明显一般来说可以在器件组装件或插件板出厂交货之前检查出来 软击穿 软击穿 软击穿 软失效 是造成器件的性能劣化或参
6、数指标下降但还没有完全损坏而形成隐患在最后质量检 验中很难被发现在使用时静电造成的电路潜在损伤会使其参数变化品质劣化寿命降低使设备运行一 段时间后随温度时间电压的变化出现各种故障不能正常工作即软失效 如果受损的芯片属于一些重要的控制系统如网络中心控制系统自动播出控制系统生产调度控制中心 电子作战指挥系统自动导航系统火箭发射控制系统等其造成的危害有时是难以预料的这潜在的损伤 实际上具有更大危害造成的直接和间接损失更为严重 软击穿不易察觉软击穿不易察觉具有潜在隐蔽的特点具有潜在隐蔽的特点危害更大危害更大 另外静电感应和静电放电时产生的电磁脉冲也有一定危害静电放电一般产生频带为几百 KHz 几十 M
7、Hz电平高达几十毫伏的电磁脉冲干扰可使静电敏感器件 Static Sensitive Device 简称 SSD 破坏 在静电危害的几种类型中 ESD 损害尤为突出其突出特点是随机性和不易察觉性 人没有感觉到放电就已造成了静电损伤 不易被检测出来 有关资料证明有关资料证明 ESD 引起的器件损伤引起的器件损伤90为潜在性的软击穿损伤为潜在性的软击穿损伤10为立即失效的损伤类型为立即失效的损伤类型 静电对静电对 SSD 的危害的危害 由于集成电路的集成度越来越高体积缩小光刻线条变细线间距离窄以及采用大量新型材料 其抗静电 性很低 至使其抗静电性下降 伏的电位差就能将其击穿破坏伏的电位差就能将其击
8、穿破坏 有人认为加有 ESD 保护电路的集成电路板不怕静电破坏实际上尽管加有保护电路确实能够起到一 定的保护作用当在人体或工作环境中带有上千伏静电时虽然敏感器件内有保护电路也是无法承受的仍然 受到很大程度的破坏 所有的集成电路均对静电敏感其不同之处只在于所能承受的阀电压值不同而已人体有感的静电放电在 2500 伏以上因此减少静电到人无感觉的程度并没有消除电子设备受静电损坏的危害 当人感觉到静电放电时当人感觉到静电放电时可能已经对造成 SSD 损伤了可能已经对造成 SSD 损伤了所以所以对静电的防护主要应致力于 防患于未然 对静电的防护主要应致力于 防患于未然进行综合防护进行综合防护 静电对工业
9、部门的危害静电对工业部门的危害 静电聚集对工业部门的危害主要表现在以下几个方面 1 引发燃爆事故 据测量一个普通男子站在绝缘地板上脱化纤毛衣时人体静电电位可达 8200 伏起电量为 0 95 微 库积累的静电能量为 3 9 毫焦这个能量比汽油的最小静电点火能 0 21 毫焦黑火药的最小静电点火能 0 19 毫焦都大许多倍如果发生静电放电火花就有引起燃烧爆炸的危险 2 损伤电子元器件破坏系统正常工作 在世界已进入电子计算机时代的今天 静电更是电子工业乃至各类电子电器用户的一大隐患 某些大规 模集成电路中的被氧化膜只有十万分之几厘米厚 IC 电路会在数百伏电压下被击穿M0SFET 甚至受到 十几伏
10、电压作用就会被毁掉如遇人体静电或其他微弱的静电放电它们就会像雷电击中一幢大建筑物使 之轰然倒塌一样遭到毁坏因而以大规模集成电路为基础的工业产品如电脑工业自动化控制器等等 都要防止静电造成的危害据报道在静电危害没有得到有效防治之前美国电子工业部门由于静电原因 使 IC 电路遭到破坏和损伤而造成的损失每年高达数亿美元此外电子计算机微处理器等会因静电 放电而失去记忆或工作中断使已有的信息丢失破坏系统购正常工作 3 影响产品质量 在电子元器件制造电影胶片印制过程中静电放电会使其发生意外故障或疵病而达不到质量标准 4 影响正常生产 在纺织印刷胶片造纸等工业生产中纤维纸张胶片等会因静电而粘连一起给生产带来
11、麻 烦 5 对人体造成电击不适感甚至引发次生事故 人体静电放电会使人有电震电麻感觉若此人此时处在高位或接触危险品就可能引发次生事故 防静电安全技术越来越受到各国的重视 防静电安全技术越来越受到各国的重视 五五 防治静电防治静电 对静电的防治应根据电子设备制造防静电技术要求电子计算机机房设计规范 防止静电事故通用导则等的有关规定针对其产生和造成危害的特点采取全面综合配套的防护措施 这种全面综合配套的静电防护应包含两方面的内容 利用一些必要的有效的静电防护手段选用优质的防护技术产品 制定完善的静电防护管理规程并切实有效地贯彻执行 其基本原则是 有效抑制或减少静电荷的产生严格控制静电源 安全可靠及时
12、消除已产生的静电荷避免静电荷积聚 定期对防静电设施进行维护和检验 以当前电子器件技术水平为依据只要将工作环境的静电起电电压控制在低于 100V 的范围就可以防治 静电危害 要达到这个目的就必须使器件制造分系统装联组成系统使用维护的每个环节都处于静电防护之下 才能确保安全 每个环节中又有许多小的环节以分系统装联为例它包括器件人厂检验验收保管分发整形插装 焊接清洗测试传递包装运输等等哪一个步骤不注意静电防护都有可能造成产品的质量隐患 六六 静电安全操作静电安全操作 静电防护在很大程度上是提高静电防护意识的问题提高所有接触静电敏感器件人员的静电知识水平进 行静电安全操作与静电防护技术教育是非常重要的
13、确这在美国军用标准和我国标准里都有明文规定包括静 电保护接地场地环境的静电防护人员的静电防护设备的静电防护静电检测仪表及防护措施的日常维护 等六个方面 1 静电保护接地静电保护接地 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 10 欧姆 埋设与检测方法应符合 GBJ79 的要求 防静电地线不得接在电源零线上不得与防雷地线共用使用三相五线制供电其大地线可以作为防 静电地线 但零线地线不得接 2 场地环境的静电防护场地环境的静电防护 防静电工作区场地的地面墙壁及天花板国家标准要求应选用防静电材料使之具备很好的防静电 性能禁止使用普通绝缘材料 3 人员的静电防护人员的静电防护 人体在日常
14、活动和生产操作中可产生电压为数十伏到数万伏的静电 而放电 过程是极短促的 所以放电 过程中释放出的能量可达几十瓦足以引起芯片微区烧毁或 SiO2 膜击穿因此对进人防静电工作区的人员 要进行静电防护配备防静电服及防静电鞋对设备维修维护人员还应配备防静电腕带 4 设备的静电防护设备的静电防护 防静电安全工作台是防静电工作区的基本组成部分它由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料橡皮纸板玻璃等易产生静电的杂物图纸资料等应装人防静 电文件袋中座椅垫套等都应是导静电的并与静电接地相连 必要时工作台上配备离子风静电消除器座椅下可以铺设防静电地垫在电子设备研制生产过程中 一切
15、贮存周转静电敏感器件 SSD 的容 元器件袋转运箱印刷板架元器件存放盒等 应具备静电防护性 能不允许使用金属和普通塑料容器 5 静电检测仪表静电检测仪表 配备有关静电检测仪表随时或定期对人员设备及各种防护措施进行检测以保证防护的有效性 6 防护措施的日常维护防护措施的日常维护 任何防静电措施都不是一劳永逸的需要在日常的使用中定期进行正确适当的维护才能保证 它的确实有效延长使用寿命降低费用 七七 现代静电防治的新概念现代静电防治的新概念 此前的防静电技术大都是遵循以下三项原则 抑制 疏导 中和 因为普遍认为完全不让静电产生是不可能的只能是抑制静电荷的聚集如严格限制物流的传送速度 和人员的操作速度
16、将设备管道尽量做到光滑平整避免出现棱角等等 若抑制不了就设法疏导即向大地泄放如将工作 场所的空气增湿将一切导体接地在工作台及 地面铺设导静电材料操作人员穿导静电服装和鞋袜甚至带导静电手环等 若疏导不了就设法在原地中和如采用感应式消电器高压静电消电器离子风消电器等 尽管目前采取了一些措施消除静电取得了一定效果但并末完全杜绝静电危害经过对各种防静电手 段的应用及其效果进行多年的分析研究人们终于认识到那些方法仍属局部防治总有防治措施未保护到的区 域可能会产生静电危害于是人们设想能否找到全方位全环境的静电防治方法 回答是肯定的这就是现代 静电防治的新概念一一全方位 现代 静电防治的新概念一一全方位全环境静电防治全环境静电防治 与传统的静电防治观念不同的是全方位全方位全环境静电防治全环境静电防治所关注的不 再是一个个具体的产生静电 的部位或工作面而是整个工作区域的全部空间其核心是致力于消除所有设备物料人员在各个环节所 有工作过程中由于流动摩擦而产生静电聚集的可能性这种全新的概念已成为现代工业以及办公自动化和 家用电子设备防治静电危害的指导原则 根据这种指导原则要实现全方位全方位全环境静电防治全环
