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1、普通员工ESD 训练教材,静电(ESD)概念,ESD (Electrostatic Discharge，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。,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。,e -,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。,See 5000V,Hear 4500V,Touch 3000V,Component Damage 15-30V,一些
2、常见动作的静电电压,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；,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。,-,-,-,静电的产生,摩擦带电,摩擦可以看作反复的接触分离过程,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,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
3、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,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,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,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,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
4、移而带电,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,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,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,ESD 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
5、 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,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), 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,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0.5 nsec 内放电) 放电电流量 数安培( I = Q / t ) 峰值功率 数KW ( I or V ) 产生
6、的高频电场 1 MHz 1 GHz 产生的电感电压= L, 各类半导体材料抗静电能力之比较(NEPCON/ WEST Report) 晶片种类 静电破坏电压(Volts) MOSFET 100200 EPROM 100 JFET 1407,000 Op-Amp 1902,500 CMOS 2503,000 SCHOTTKY DIODE 3002,500 TTL 3002,500 Bipolar Transistor 3807,000 ECL 500 SCR 68010,000,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.,ESD电子器件的破坏,即使是
7、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ESDS,Bipolar IC,ESD damage,Field failure,HBM simulation failure,ESDS 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,ESD 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,Metallization burnout,ESD 造成的破坏,静电破坏前,静电破坏后,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
8、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,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。,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
9、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？,ESD对电子业造成的损失,ESD控制获得的收益, IC 制造商( 高速bipolar LSI ) 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-TTL ICs) 废品率从2.6% 降至0.21%,ESD 破坏的风险,微型化和
10、更高度集成不利于静电防护,对静电的破坏更加敏感!,USA 1206 0805 0603 0402 0201 Japan 3216 2012 1608 1005 0502,ESD 破坏的风险会逐级放大,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
11、的重视.,ESD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,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）,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,中和(离子化),做法： 离子风机
12、、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),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.,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,湿度控制,做法： 控制湿度在3070%.,基本原理： 增加湿度减少静电的 产生, 降低摩擦电压.,34,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
13、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.,ESD防护的安全性考虑, 防止意外漏电等情况： 1. 安全电流：5mA 2. 限流电阻：1M 3. 安全电阻的上限：109(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,ESDS器件警示标志,共同接地点标志,ESD标志和标注,ESDS保护标志,ESD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,ESD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
14、标带, 可用于多种区域,可回收使用标志, 常用于包装上,ESD防护材料界定, Conductive Materials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 Static Dissipative Material静电耗散材料： 表面电阻率1x 105 /square1x 1012 /square, 或 其体积电阻率1x 104 -CM1x 1011 -CM Anti-Static Material 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., Insulati
15、ng Material l 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; ESDA ADV 1.0-1994) Static Shielding Material 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1.0 x 103 的材料,ESD防护材料界定,ESD防护材料界定,建立防静电工作区(EPA),EPA (Electrostatic discharge Protected Area) 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.,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：,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,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
