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1、 静电技术培训教材防静电组1教材内容提要第一部分：基础理论 一、静电，静电的产生； 二、电子工业中的静电问题；三、静电放电损坏、模型； 四、静电防护； 五、防护管理。第二部分：各部门的管理规范与程序文件2第一部分：基础理论一、静电，静电的产生31.0 人类对静电的认识n静电学是电学中最古老的学科。v据有资料记载，古希腊哲学家塔勒斯（Thales)公元前公元前640-546640-546 年年在研究天然磁石时发现用丝绸、法兰绒摩擦琥珀（Amales)之 后也有类似于磁石能吸引轻小物体的性质。电这个词起源于希 腊语 （琥珀）。 vWillian Gilbert(英国人，1540-1603）重复了塔
2、勒斯的实验。vElectrics，no-electricsv发明了第一台验电器（versorium)用来检验带电物体，他被称 为是电学之父。4富兰克林 (Benjamin franklin)n富兰克林 (Benjamin franklin,1706- 1790)。摩擦后的玻璃棒带正电，而树脂 带的电为负电。v风筝实验在风筝上固定一根金属线，以便从雷云中获取更多的电 ，雨淋湿了连接风筝的细线，而这细线的一端连在莱顿瓶的一端 。当雷雨来临时，莱顿瓶上不断产生火花。德国科学家 Richman1753年被电死。5静 电n物质的组成：物质分子原子原子核电子n在自然状态下，物质处于电平衡的中性状态 ，即不
3、带电。在静电学中称不带电物体为电 的中性体。n在某种状态下，当物质原子中的电平衡状态 被打破，丢失或获得电子，物质即由中性状 态改变为带电状态。6 物体呈现带电的现象称为带电现象，它是一种自然现象。按照物体所带电荷的存在与变化状 态可分为动电（流电）相象和静电现象。静电现象指相对于观察者而言，所带 的电荷处于静止或缓慢变化的相对稳定状 态。动电现象则与此相反。v在静电情况下，由于电荷静止不动或其运动非常缓慢，故它所引起的磁场效应较之电场效应来说可以忽略不计。 7库仑（Charle Augustine de Coulomb,1736-1806)v法国物理学家v1777年发明了库仑秤v1785年库
4、仑设计制作了一台精确的扭秤 ，用扭秤实验证明了同号电荷的斥力遵 从平方反比率-库仑定律与静电学研究相关的物理量8库仑定律 12 = -21 = q1 q2 /212 n在真空中， q1 和q2两 个点电荷之间的相互作用力的方向沿 着这两个点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸，作 用力的大小与电量q1 和q2的乘积成正比，而与这两个点电荷 的距离成反比。v电荷量的单位就是以他的名字命名的。单电子或质子所带电量以e来表示，e=1.602189210-19C。单位库仑和静电制电量单位之间的关系：1C =3 10 9 静电制电量单位v13年前1772年英国物理学家Cavendish发现了平方反比率
5、，但他的研究成果都没 有发表。是一百年后Mmxwell整理他的大量手稿时才将上述结果公诸于世的。9法拉弟（Michael Faraday）v法拉弟（Michael Faraday，1791-1867， 英国人）法拉弟笼实验v法拉弟桶（Faraday ice-pail）实验，当一 带电体接触金属桶的内壁时，电荷转移 到桶的外表面。v电容量的单位就是以他的名字命名。10家尔瓦尼，电流的发现人v家尔瓦尼（Luigi Galvani，1737-1798） ，意大利解剖医学家及物理学家，发现 了一种不用摩擦就能产生的电。v把青蛙腿放在铁锅中，然后用铜线触及 青蛙的神经，发现青蛙腿抽畜，当用铁 丝触及青蛙
6、的神经时不会抽畜，他发现 两种不同的金属接触青娃时会发生抽畜n两种不同的金属接触后会产生电位差11二十世纪初，静电学也从实验和科学阶段走向实际应用阶段v1907年Frederik G。Cottrell才制造了世界上第 一台的实际应用的静电除尘器用于捕集硫酸酸 雾。v1922年Van de Graff发现了实用的静电起电机 。v1923年Detroit Edison 公司安装了第一台静电 除尘器。静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等 。（利用静电在实际生活中的应用。）12二十世纪中后期静电危害震惊世界v美国从1960年到1975年由于静电引起的火灾爆 炸事故达116起v1969年底在不到一个
7、月的时间内荷兰、挪威、 英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引 起相继发生爆炸以后引起了世界科学家对静电 防护的关注。v我国在石油企业发生了30多起较大的静电事故 ，其中损失达百万元以上的有数起。13工业生产中静电危害的形成v工业发展的高速发展以及高分子材料的迅速推 广应用，一些电阻率很高的高分子材料如塑料 ，橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程 的高速化，使得静电能积蓄到很高的程度。v另一方面，静电敏感材料的生产和使用，如轻 质油品，火药，固态电子器件等，工矿企业部 门受到静电的危害也越来越突出，静电危害造 成了相当严重的后果和损失。14世界静电科研组织v1953年英国物理学会（Ins
8、t。of Phys。）在伦敦 召开了第一次静电学术会议，共有24篇论文，其 中8篇有关静电防护，7篇有关静电应用论文，以 后每4年召开一次。v1970年在维也纳奥地利召开了欧洲静电学会（ EFCE）第一次学术交流会，以后每4年开一次。v1970年美国静电学会（ESA）成立，以后每年召 开一次静电学术年会，1994年开始与日本静电学 会（IESJ）联合召开多次会。15世界静电科研组织（续）v1971年IEEE-IAS-EPC第一次召开静电学术会 议v1976年日本静电学会（IESJ）成立，增田闪一 会长v1981年我国成立了中国物理学会静电专业委员 （李瑞年主任），以后各省市及行业静电专业 委员
9、会成立v1982年国际静电放电协会（EOS/ESD）成立 并每年召开一次大规模的国际静电放电会议。 从此，ESD问题越来越受到重视。16ESD是什么意思nESD是Electro Static Discharge“静电放电”的 缩写。n在20世纪中期以后，随着工业技术的迅速 发展，ESD问题越来越受到人们的重视17ESD防护意义n1、减少损失（美国一年的损失达200多 亿美金，仅电子工业的损失超过100多亿 美金）。n2、提高产品质量和可靠性。n3、提高生产效率。n4、静电防护回报达1：95以上。18ESD的培训人员n领导管理人员n设计工程师n现场工程师n维护、修理技术人员n仓储人员n质量控制和
10、检测人员19代表性的培训内容n基本知识与基本原理n静电防护操作要求n防护器材n测量与标准n敏感度分类n防静电工作区20静电产生的机理n原子结构：原子核+电子n摩擦起电 1、接触 2、分离n摩擦起电的实质：接触分离起电。任何不同材质的物质接触后再分离，即可产生静电 。21静电是如何产生的n接触分离起电 （本质）n摩擦起电 摩擦实质上是一种接触分离造成正负电荷不平衡的过程。n工作中接触到的物体有： 桌面、地板、椅子、衣服、电子元件、包装材料、仪器设备、料盒、机器、纸张、流动空气等等。为什么流动空气会产生静电呢？加温室内为 何要放水？ 静电可因多种原因而发生，例如物体间的摩擦、 电场感应、介质极化、
11、带电微粒附着等许多物理过程 都有可能导致静电。22感应静电起电n当带电物体A接近 不带电物体C时n在导体C的a端和b 端分别感应出负电 和正电A+ + + + + +Ca一 一 一+ + +b_ _ _ _ _B 当一个带静电的人，如经理、领班、工程师、来宾 突然靠近您，会有什么静电危害？23其他起电方式n热电起电n压电起电n断裂起电n电解带电n亥姆霍兹层n喷射起电24不同湿度下各种操作时的人体电位相对湿度人体电位 （KV） 操作（10-20) (65-90) 在地板/合成纤维地毯上走 动351.5在聚乙稀地面上行走120.25从工作椅上站起181.5在工作台上操作60.1从印刷电路上拉下胶带
12、121.5印刷电路板薄膜包装163用像皮清洁电路12125器件所能承受的静电电压器件类型 静电破坏电压（V）VMOS301800OP-AMP190250026器件人体静电电压几百到几千伏几千到几万伏27生产产所中的静电危害源物体或工艺加工材料或活动人站起、行走、操作工作服椅子组装、清洗、测试和 维修区28静电是如何产生的小结n任何两个不同材质的物体接触后再分离即可产生 静电。n摩擦的实质是一种接触分离过程。n当带电物体接近不带电物体时会感应静电。n大部分器件的静电破坏电压都在几百伏至几千伏 ，而在干燥的环境中人活动所产生的静电电压可 达几千伏到几万伏。静电危害的特点：隐蔽性、潜在性、随机性、复
13、杂性。29二、 电子工业中静电问题n电子工业中静电问题的产生n静电对电子产品损害的四种形式n静电对电子产品损害的四种特点n哪些过程会产生静电危害30电子工业中静电问题的产生v40-50年代晶体三极管和二极管v60-70年代MOS器件的出现v80-90年代二氧化硅膜的厚度越来越薄（微 米-纳米），其承受的静电电压愈来愈低， 另一方面，生产和积累静电的材料如塑料、 橡胶等大量使用，使得静电积累到很高的程 度。31DRAM （存储量 ）256K1M4M16M64M256M1G4GSRAM （存储量 ）64K256K1M4M16M64M256M1G线宽 （m）1.81.20.80.5 0.60.35
14、0.40.25 0.270.18 0.200.1 0.15 芯片面积 （cm2）0.40.50.91.323710加工次数 （次）140160200270340400460530 静电已成为电子工业的隐形杀手！ 静电是电子工业普遍存在的一种“病毒”！32静电对电子产品损害的四种形式n吸尘 （缩短寿命）n放电破坏 （完全破坏）n放电产生热 （潜在损坏）n放电产生电磁场 （电磁干扰）33静电对电子产品损害的四个特点n隐蔽性：人体感知的静电放电电压2-3KVn潜在性：损伤后性能没有明显的下降n随机性：从一个元件产生以后，一直到它损坏以前的所有过程n复杂性：分析困难，掩盖了失效的真正原 因34电子工业
15、哪些过程会产生静电危害n元件制造过程：切割、连线、检验n印刷电路版生产过程：储存、装配n设备使用过程：安装、试验n设备维修过程：拆卸、检验从元件的制造、使用到维修的任一环节， 静电已成为电子工业的隐形的致命杀手。35三、静电放电损坏模型n人体模型n带电器件模型n场增强模型n机器模型n电容偶合模型36人体模型HBMn人体模型的建立电容为100PF，电阻为1.5K GJB 164937人体模型放电电流波形Tri:10ns Tdi:15020ns Ip: 10Ir: 15 Ip :100ns 38级 别Vs / VIp / A15000.33210000.67320001.33440002.67Es
16、 Ip是电流波形检测过程中流过R的峰值电流表,大约为Vs/1500 .39带电器件模型 (CDM)n器件本身积累静电而迅速放电造成元件, 如一个集成电路损坏.n管脚上电荷的典型值为3nC(库仑),塑料 包装上的电荷小于0.2nC40CDM波形图小于10ns过程太快，以致输入保护电路来不及导通。典型的情况是导致芯片内或氧化区的损坏。Current A 几个纳库的电荷能 导致器件损坏上升时间约上升时间约 0. 5ns0. 5ns， 持续时间小于持续时间小于10ns10ns。41机器模型由2000PF电容窜500 电阻 和一个500nH电感代替通常串 联的电阻构成。机器模型是 如带电绝缘的面板、小车、 金属盒或任何绝缘的导体等 常用静电电源Current A 典型的机器模型放电的峰值电流可达几百安培，持续时间为几百纳秒。（
