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 • 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 100~200 EPROM 100~ JFET 140~7,000 Op-Amp 190~2,500 CMOS 250~3,000 SCHOTTKY DIODE 300~2,500 TTL 300~2,500 Bipolar Transistor 380~7,000 ECL 500~ SCR 680~10,000,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,①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,②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、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30～70%.,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：1MΩ 3. 安全电阻的上限：109Ω(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 Ω/square,或其体积电阻率小于 1x 104 Ω-CM □ Static Dissipative Material静电耗散材料： 表面电阻率1x 105 Ω/square——1x 1012 Ω/square, 或 其体积电阻率1x 104 Ω-CM——1x 1011 Ω-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.,□ Insulating 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 Ω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 (Electros。