《防静电基础教材》ppt课件

《《防静电基础教材》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《防静电基础教材》ppt课件（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、提示：,请关闭您的手机 或将您的手机设为振动状态,防静电知识基础培训教材,大纲,1）静电的基本概念与产生原理 2）静电的利益与危害 3）静电的防护与控制 4）防静电的检测及仪器的操作 5）防静电的实际运用举例,静电的基本概念,静电（Electrostatic）就是物体表面过剩和不足的静止电荷，静电是一种电能，它留存与物体表面；静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子和离子的转移而形成的。 静电放电（ESD Electrostatic 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。 静电敏感度(ESDS Elect

2、rostatic Discharge Sensitivity) 静电敏感器件(ESSD Electrostatic Sensitive Devices) EPA:ESD Protect Area(ESD防护区域) ECA:ESD Control Area(ESD控制区域),静电的基本概念,人体的充电过程,剥离带电,摩擦带电,静电问题依附于物体（气、液、固体）而存在。如果物体带有过剩的电荷则成为带电体。物体间的电荷转移过程就是起电过程。 静电产生的方式很多，接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等都可以产生静电。但基本过程可归纳为：接触-电荷转移 -偶电层的形成 -电荷分离。,静电的基本概念,

3、影响静电产生和大小的因素 静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度有密切的关系。在高湿度环境中由于物体表面吸附有一定数量杂质离子的水分子，形成弱导电的湿气薄层，提高了绝缘体的表面电导率，可将静电荷散逸到整个材料的表面，从而使静电势降低。所以，在相对湿度高的场合，如海洋性气候地区(如我国的东南沿海地区)或潮湿的梅雨季节，静电势较低。在相对湿度低的场合，如大陆性气候地区(如我国的北方地区)或干燥的冬季，静电势就高。与普通场所相比，在空气纯净的场所(如超净车间)内，因空气中的离子浓度低，所以静电更加容易产生。,静电的基本概念,静电的基本概念,静电具有以下特点 1）从防静电危害的角度考虑， GJ

4、B300797分3类: 面电阻率105及以下为导静电材料 10 51011为静电散逸材料 1012以上为绝缘材料,静电的基本概念,在一般工业生产中，静电具有高电位、低电量、小电流（脉冲电流，有争议）和作用时间短的特点，设备或人体的静电位最高可达数万伏以至数十万伏；这要比市电220v、380v高得多。但所积累的静电量却很低，通常为微库仑级；静电电流多为毫安级；作用时间多为毫秒级。 静电通世界上任何事物一样具有两重性：既能为人类造福，如静电复印、静电涂敷、静电除尘等静电应用技术；亦会带来许多危害，诸如石化、电子及电工领域。就电子元器件的生产及电子设备的装联、调试作业而言，因接触摩擦起电、人体静电与

5、接地问题能造成很大经济损失。初步研究发现，摩擦起电、人体静电乃是电子。微电子工业中之间两大危害源。,静电的基本概念,静电放电的三种方式 带电人体的放电方式(HBM) 由于人体会与各种物体间发生接触和磨擦，又与元器件接触，所以人体易带静电，也容易对元器件造成静电损伤。普遍认为大部分元器件静电损伤是由人体静电造成的。 带电机器的放电方式（MM） 机器因为摩擦或感应也会带电。带电机器通过电子元器件放电也会造成损伤。这类就叫做：机器放电的模型（Machine Model） 充电器件的放电模型 （CDM） 在元器件装配、传递、试验、测试、运输和储存的过程中由于壳体与其它材料磨擦，壳体会带静电。一旦元器件

6、引出腿接地时，壳体将通过芯体和引出腿对地放电。这种形式的放电可用所谓带电器件模型(Charged-Device Model，CDM)来描述。,静电的基本概念,静电的危害,ESD是英文Electrostatic Discharge的缩写，即“静电放电“的意思。当某些电介质、导体带上静电荷后，尽管所带电荷量不多，但由于自身对大地分布电容非常小，使得静电电位较高。当垂直于带电物体表面的静电电位达到2000伏时，就会向空气放电。 在日常生活中，许多ESD现象，我们都亲身经历过。譬如，在冬季一间温暖的房间里，走在覆盖地毯的地面时，当你伸手接触门的把手时，就会有电击的感觉；脱下合成纤维衣服时产生噼啪声，夜

7、间还可以看到火花（空气的击穿场强为30kv/cm）；天气干燥时，用塑料梳子梳头时会产生放电声。对于人体而言，这种静电的突然放电不会造成任何伤害；可是，对于ESDS（静电放电敏感器件）器件，静电放电就可能损害电子器件。ESD对电子器件的损害是人体觉察不到的，具有隐蔽性，需通过仪器才能检测出 电子器件发生ESD事件，主要是各种静电源（人体、工作台等）对电子器件放电所致。在集成电路（integrated circuit）工业中，静电放电可以使集成电路芯片介质击穿，芯线熔断、漏电流增大加速老化、电性能参数改变等等。静电放电对电子器件损害具有潜在和缓慢失效性，这种情况危害更大。通常，ESDS（静电放电敏

8、感器件）器件易发生静电放电，所以，受ESD的危害更大。,静电的危害,今天，大多数电子器件采用对静电极为敏感的MOS工艺制作，因此，无论从器件的发展还是器件的应用出发，为了防止ESD对电子器件的危害，有必要对电子器件受静电危害的机理以及相应的防护措施进行探讨。试图阐明电子器件ESD产生的原因，并对IC的ESD保护提供指导。 静电具有以下特性： 隐蔽性 ：除非发生静电放电，人体不能直接感知静电，但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23kv，所以静电具有隐蔽性。 潜在性 ：有些会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IC器件造成内伤而形成隐患。因

9、此静电对IC的损伤具有潜在性。 随机性 ：IC什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说，从一个IC芯片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性，其损坏也具有随机性 复杂性 ：静电放电损伤的失效分析工作，因微电子IC产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费财，要求较高的技术并往往需要使用高度精密仪器，即使如此，有些静电损伤现象也难以与其它原因造成的损伤加以区别；使人误把静电放电损伤的失效当作其它失效，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。所以分析静电对IC的损伤具有复杂性。,静电的危害,

10、ESD对电子器件侵害方式 ESD对电子器件侵害方式主要有三种：静电源直接对电子器件放电；带电器件对其他导体的静电放电；电场感应放电。 、静电源直接对电子器件放电 ESD事件常常发生在带电导体（包括人体）对ESDS的放电过程中。一般的静电危害是人体或带电导体直接对ESDS放电造成。 、带电器件对其他导体的静电放电 当静电放电敏感器件在操作过程中，或者与包装材料、机器表面接触后，就会积累静电荷。当器件在包装盒移动或震动时就会发生静电放电。这种放电情况，涉及的电容和能量不同于人体对ESDS器件的放电情况。在某些情况下，CDM事件比HBN事件所造成的危害更大。 、电场感应放电 感应场可以直接或间接对地

11、造成危害。因为任何带电体周围都存在静电场。如果ESDS器件进入静电场范围，就会因为感应而带电。如果器件在电场区域内接地，电荷转移到地的过程称为CDM事件。,静电的危害,静电的危害,静电损伤的两种失效形式 1. 硬损伤：又称“突发性完全失效”、“一次性损坏”，约占10% 表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能。主要原因是静电放电造成过压使得介质被击穿，或过流使得内部电路金属导线熔断、硅片局部融化等。 硬损伤可通过常规的性能测试手段及时发现，相对软失效而言危害要小得多。 2. 软损伤：又称“潜在性缓慢失效”、“多次损伤累积后失效”，约占90% 受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使用

12、寿命却大大缩短了。含有这些器件的产品或系统，可靠性变差，可能会在后续过程中（直至最终用户）继续遭受ESD软损伤或其它过应力损伤积累而过早地失效。 由于软损伤是潜在的，运用目前的技术还很难证明或检测出来，特别是器件被装入整机产品之后，因此具有更大的危害性。这些产品流入市场后的维护成本和造成的其它损失，将比在生产中发生的直接损失要放大几十甚至上百倍！,静电的危害,蓄积在导体上的电荷，会在一次放电中将能 量完全释放，是常见静电危害产生的原因。 静电放电可概分为火花放电、电晕放电、刷 状放电、射状放电等形式。 不同放电形式的发生，与放电的电极形状、 材质距离、阻抗、数量有密切的关系，同时 亦会产生不同

13、的危害。,静电的危害,多数未采取保护措施的元器件静电放电敏感度都是很低，很多在几百伏的范围，如MOS单管在100-200V之间，GaAs FET在100300V之间，而且这些单管是不能增加保护电路的；一些电路尤其是CMOS IC采取了静电保护设计，可虽然以明显的提高抗ESD水平，但大多数也只能达到20004000V，而在实际环境中产生的静电电压则可能达到上万伏。因此，没有防护的元器件很容易受到静电损伤。而且随着元器件尺寸的越来减小，这种损伤就会越来越多。所以我们说，绝大多数元器件是静电敏感器件，需要在制造、运输和使用过程中采取防静电保护措施。下表列出了一些没有静电保护设计器件的静电放电敏感度。

14、,静电的危害,表2.1 一些器件的静电敏感度,静电的危害,电子行业如微电子、光电子的制造和使用厂商因为静电造成的损失和危害是相当严重的。据美国1988年的报道，它们的电子行业中，由于ESD的影响，每年的损失达亿美元之多；据日本统计，它们不合格的电子器件中有45是由于静电而引起的；我国每年因静电危害造成的损失也至少有几千万。下左图是美国Ti公司对某一年对客户失效器件原因进行分析统计的结果，从中可以看到由EOS/ESD引起的失效占总数的47%下；下图是美国半导体可靠性新闻对1993年从制造商、测试方和使用现场得到的3400例失效案例进行的统计，从中可以看到,EOS/ESD造成的失效也达到20%。,

15、静电的危害,公司某一年客户失效器件原因的分析统计,1993年从制造商、测试方和使用现场得到的3400例失效案例统计,CC4069 4.0kV,JF709 2.0kV,电路受ESD损伤后的形貌像,静电的防护与控制,ESD控制的基本原则 .做好ESD防护设计：器件选型、合理布线、设计保护电路等 .消除和减少静电的产生：减少或消除静电产生的过程、维持过程和材料处于等电势等 .使静电荷泻放与中和：使用静电导体、接地、电离器来泻放与中和静电 .保护产品免遭ESD伤害：使用防静电材料包装和储运 .防静电区设计原则 .抑制静电荷的积累和静电压的产生。如设备、仪器、工装不使用塑料、有机玻璃、普通塑料袋。 .安

16、全、迅速、有效地消除已产生的静电荷，使用有绳防静电腕带、防静电椅、防静电周转车、防静电周转箱。 .保证静电压小于100V。,静电的防护与控制,防静电系统要素 1.地面 防静电地面（防静电水磨石，防静电地板）体电阻105109，敷设地线网。 2. 工位（见附图） 3、接地 a、防静电工作区必须有安全可靠的防静电接地装置，地电阻小于4。防静电地线不得与电源零线相接，不得与防雷地线共用，使用三相五线制供电时，其地线可以作防静电地线。 b、工作台面、地垫、坐椅和其它导静电的ESD保护设施均应通过限流电阻接入地线，腕带等应通过工作台顶面接地点与地线连接，工作台不可相互串联接地。 c、防静电工作区接地系统，包括限流电阻和连接端子应连接可靠并具有一定载流能力，限流电阻阻值选择应保证漏泄电流不超过5mA，下限值取为1M 。 4、温湿度 2030，相对湿度3070%。 5、增湿 增湿器使空气潮湿，防止静电荷积累，此法不适于增湿后会产生有害影响的场地。,静电的防护与控制,7、人体 穿防静电工作服、工作鞋，戴有绳防静电腕带、手套、指套等。