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1、ESD防护培训,目 录 一.静电基本知识介绍 二.静电的危害 三.如何预防静电 四.静电防护基本要求,一、静电基础知识,1.1 基本概念 1.2 静电的历史及影响 1.3 静电的产生 1.4 静电的特点 1.5 静电的危害 1.6 材料的电特性,静电：静电就是物体上多余的电荷。它所产生的效应包括带电体之间力的作用和电场。,静电放电（ESDElectrostatic Discharge）：带有不同静电电势的物体或表面之间的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电。,1.1 基本概念,什么是静电放电？,什么是静电？,1.2 静电的历史及影响,闪电600BC-Thales发现用毛皮摩擦过的橡
2、胶可以吸起羽毛。公元1400年，欧洲人在黑火药的生产过程中采用了静电控制。公元1600年，William Gilbert 重复了Thales 的实验，并观察到干燥天气的影响。,1.2 静电的历史及影响,公元1700年Hauksbee 发明了静电发生器、验电器，发现了电磁感应现象。公元1800年-Faraday 发明了法拉第笼，-Kelvin 发明了静电测试仪，-造纸厂使用了防静电接地技术-Volta 发明了电池。,1.2 静电的历史及影响,利用静电印刷 复印机环境控制静电喷涂 静电除尘 工业过程控制危害！医院里麻醉蒸气爆炸飞行器在飞行过程充电影响了通信在1960年第一个ESD敏感器件诞生现在计
3、算机里的磁头是ESD最敏感的器件，敏感度约20V。,1.3 静电的产生,1.3 静电的产生,1.3 静电的产生,1.3 静电的产生,摩擦生电与静电放电,人体与地毯摩擦产生静电,放电后人体电荷平衡,人体经接地后放电,1.3 静电的产生,感应生电-金属叶片验电器Metal-leaf Electroscope,1.3 静电的产生,1.3 静电的产生,B,A,-,+,-,+,不同物体, 摩擦起电当两种材料一起摩擦，一种丢失电子，而另一种则收集电子。前者正充电，而后者则负充电。静电是一个物体上的非移动的充电。如果有机会，该物体将放掉充电，又回到中性。这种充电释放就是ESD，静电放电。,摩擦起电,分离后带
4、电,1.3 静电的产生,物质产生静电大小排列如下表，其中愈正性与愈负性物质互相摩擦产生之静电愈大,1.3 静电的产生,1.4 静电的特点,1.4 静电的特点,高电位：可达数万至数十万伏，操作时常达数百至数千伏（人通常对3.5KV以下静电不易感觉到）。 复现性差 低电量：静电流多为微安级（尖端瞬间放电例外）。 小电流 作用时间短：微秒级。 瞬间现象多 受环境影响大：特别是湿度，湿度上升则静电积累减少，静电压下降。,1.5 静电的危害,1.静电的三种危害方式,ESD危害是静电源产生的电能作用到或过于接近静电敏感元器件元件或整机设备所导致的结果。使电子器件性能退化或功能失效。, 静电吸附 静电放电
5、静电感应,1.5 静电的危害, 静电吸附,在半导体元器件的生产制造过程中，由于大量使用了石英及高分子物质制成的器具和材料，其绝缘度很高，在使用过程中一些不可避免的摩擦可造成其表面电荷不断积聚，且电位愈来愈高。由于静电的力学效应，在这种情况下，很容易使工作场所的浮游尘埃吸附于芯片表面，而很小的尘埃吸附都有可能影响半导体器件的良好性能。静电吸附尘埃对微电子生产业影响很大，在现代大规模集成电路(LSI)生产中，芯片的线宽已达到0.1m，如果其产生静电则对几几十微米的尘埃吸附作用明显。,静电吸附灰尘，降低元器件绝缘电阻（缩短寿命）。,1.5 静电的危害, 静电放电,由不同静电电位的物体因直接接触或因静
6、电场的感应而导致物体间电荷的移动;当帶电的物体与一些导体等接触时或靠得很近时,电荷会找到一条途径突然释放掉，静电放电的快速电荷移动会产生很大的瞬间电流.强的电场和电磁辐射等,它们如通过或接近电子零件时,便会加以破坏静电放电的起放电源是空间电荷，因而它所储存的能量是有限的，故它仅能提供短暂发生的局部击穿能量。虽然静电放电的能量较小，但其放电波形很复杂，控制起来也比较麻烦。半导体器件的软击穿就与它有关。,1.5 静电的危害, 静电放电模式,人体放电模式(Human-Body Model，HBM)机器放电模式(Machine Model，MM)元件充电模式(Charged-Device Model，
7、CDM),1.5 静电的危害, 人体放电模式,人们在日常生活中，由于活动而会使人体产生高达几千伏静电势.这电荷会通过手指或基它部位直接传递到敏感电子组件中，人体放电模式表现出来的特征为高压低流，这主要击穿组件内部电容.普遍认为大部分元器件静电损伤是由人体静电造成的。,1.5 静电的危害, 机器放电模式,组件在组装过程，会使用许多金属夹具，当这些金属夹具带上静电并靠近组件时，会发生金属与组件之间的快速放电，机器放电模式表现出来的特征为低压高流，会直接烧坏组件本身.,1.5 静电的危害, 元件充电模式,器件接触带电体而带电，遇地放电造成内部损伤。,1.5 静电的危害, 静电放电三种模式比较,1.5
8、 静电的危害, 静电感应,当导体和电介质置于静电场中，在其上感应出+或-的静电荷。静电感应电位可达数千伏以上。,其危害不仅有静电放电的危害性，而其感应放电产生的宽频带脉冲干扰可对计算机或仪器发生翻转效应或导致仪器（仪表）运行失常。,把金属导体放在外电场E中，由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体表面出现感应电荷的现象叫静电感应。,1.5 静电的危害,“鸟巢”外表光秃秃的，没有突起的避雷针，要遇到打雷该怎么办？,1.5 静电的危害,ESD对电子元器件损害的结果, 硬击穿 一次性造成器件的永久性失效 软击穿 造成器件的性能劣化或参数指标下降,但还没有完全损坏而形成隐患.,硬击穿是一次性
9、造成芯片内热,二次击穿,金属喷键熔融,介质击穿,表面击穿和体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,足以引起塑封集成电路的爆炸,使其芯片完全烧毁和裸露,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(软失效)是造成器件的性能劣化或参数指标下降,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.,1.5 静电的危害,1.5 静电的危害,1.5 静电的危害,ESD造成
10、电子元器件失效模式,1.热二次击穿 2.金属镀层融熔 3.介质击穿 4.气弧放电 5.表面击穿 6.体击穿,1.5 静电的危害,因静电电压造成的损伤主要有：介质击穿、表面击穿、气弧放电 因静电功率造成的损伤主要有：热二次击穿、体击穿、金属镀层融熔,1.5 静电的危害,静电危害的特点：隐蔽性人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这是因为人体感知的静电放电电压为23 KV,所以静电具有隐蔽性。 潜在性有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。 随机性电子元件甚么情况下会遭受
11、静电破坏呢?可以这么说，从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机动性性。其损坏也具有随机动性性。 复杂性静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此，有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其他失效。这在对静电放电损害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性。,1.5 静电的危害,1.5 静电的危害,通信产品故障软件故障30多硬件
12、故障中器件失效30%多、外应力（环境温湿、灰尘腐蚀、雷电、机械应力、包装等）导致产品故障约30器件失效中EOS/ESD失效率占3040%，而高静电敏感的器件EOS/ESD失效率高达60%左右。,1.5 静电的危害,1.5 静电的危害,1.5 静电的危害,1.5 静电的危害,1.5 静电的危害,1.5 静电的危害,产生静电危害的制造过程,元件制造过程 在这个过程，包含制造，切割、接线、检验到交货。 印刷电路版生产过程 收货、验收、储存、插入、焊接、品管、包装到出货。 设备制造过程 电路板验收、储存、装配、品管、出货。 设备使用过程 收货、安装、试验、使用及保养。 设备维修过程在制造、使用、维修的整个过程中，元件都可能遭受静电的影响。而实际上，最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程，其间不但包装因移动容易产生静电外，而且整个包装容易暴露在外界电场(如经过高压设备附近，工人移动频繁、车辆迅速移动等)而受到破坏，所以传送与运输过程需要特别注意以减少损失，避免无谓之纠纷。,
