ESD教材資料課件

1靜電防護(hù)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)第一部分靜電防護(hù)基礎(chǔ)知識2靜電的基本概念：定義

靜電：物體表面過?；虿蛔愕南鄬o止不動的電荷。靜電是一種電能，它留存于物體表面；靜電是正電荷與負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果。簡單說靜電就是靜止的電荷。任何兩個不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，都會產(chǎn)生靜電。

靜電放電（ESD）：具有不同靜電電位的物體，由于直接接觸或者靜電感應(yīng)引起物體間的靜電電荷轉(zhuǎn)移。這種在靜電場的能量達(dá)到一定程度后，擊穿其間介質(zhì)而進(jìn)行放電的現(xiàn)象。3靜電現(xiàn)象

靜電電壓很高，但一般并不能傷害人體的性命。但當(dāng)靜電流流通整個人體時，可以讓人產(chǎn)生被電擊感。5認(rèn)識靜電6認(rèn)識靜電右邊是國家兵器局防靜電研究所在測試：用靜電槍放電使火箭彈點火裝置意外觸發(fā)。同樣的事例發(fā)生在1967年的美國佛斯特號航空母艦上，一枚掛載A4機(jī)翼下地對地攻擊導(dǎo)彈意外點火，造成134人死亡的嚴(yán)重事故。7靜電的應(yīng)用技術(shù)主要是利用電荷的同性相吸、異性相斥和靜電吸附的特性，主要應(yīng)用在：1.靜電除塵技術(shù)2.靜電復(fù)印技術(shù)3.靜電涂覆技術(shù)4.靜電分選技術(shù)5.靜電生物效應(yīng)等9靜電放電對電子器件的危害1右圖是ESD對電子元件的損害，箭頭所指處為靜電放電后造成的“爪型腳”，使集成電路部分損壞。（該圖放大320倍）10如果一個元件的兩個針腳或更多針腳之間的電壓超過元件介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度，就會對元件造成損壞。這是MOS器件出現(xiàn)故障最主要的原因。氧化層越薄，則元件對靜電放電的敏感性也越大。故障通常表現(xiàn)為元件本身對電源有一定阻值的短路現(xiàn)象。對于雙極性元件，損壞一般發(fā)生在薄氧化層隔開的已進(jìn)行金屬噴鍍的有源半導(dǎo)體區(qū)域，因此會產(chǎn)生泄漏嚴(yán)重的路徑。

靜電放電對電子器件的危害211器件受到靜電放電的影響后，也可能不立即出現(xiàn)功能性的損壞。這些受到潛在損壞的元件通常被稱為“跛腳”，一旦加以使用，將會對以后發(fā)生的靜電放電或傳導(dǎo)性瞬態(tài)表現(xiàn)出更大的敏感性。

靜電放電對電子器件的危害413要密切注意元件在不易察覺的放電電壓下發(fā)生的損壞，這一點非常重要。人體有感覺的靜電放電電壓在3000—5000V之間，然而，元件發(fā)生損壞時的電壓僅幾百伏。

靜電放電的危害效應(yīng)是在二十世紀(jì)七十年代開始認(rèn)識到的，這是由于新技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致元件對靜電放電的損壞越來越敏感。靜電放電造成的損失每年可達(dá)到幾百萬美元以上。因此，許多大型的元件和設(shè)備制造廠引進(jìn)專業(yè)技術(shù)以減小生產(chǎn)環(huán)境中的靜電積累，從而使產(chǎn)品合格率和可靠性提高了許多。用戶根據(jù)自己的經(jīng)驗也懂得了防治靜電放電損害的重要性。

靜電放電對電子器件的危害514ESD損傷的失效模式即時失效：又稱為硬擊穿或突發(fā)性完全失效,它是器件的一個或多個電參數(shù)突然劣化,完全失去規(guī)定功能的一種失效。延時失效：如果帶電體的靜電位或存貯的靜電能量較低，僅能供給短暫發(fā)生的局部擊穿能量，或ESD回路有限流電阻存在，一次ESD脈沖不足以引起器件發(fā)生突發(fā)性完全失效，但它會在器件內(nèi)部造成輕微的損傷，使器件的性能劣化或參數(shù)指標(biāo)下降，降低了器件抗靜電的能力、使用可靠性與壽命，使其運行一段時間后，出現(xiàn)故障而不能正常工作。15靜電敏感器件（SSD）

靜電敏感器件：在日常操作、貯存、傳遞、測試過程中容易因靜電放電而引起損傷的器件稱為靜電敏感器件。

常見靜電敏感器件

IC（集成電路）V.MOS及MOS（場效應(yīng)管）Vs(可控硅）晶體管（三極管、二極管）光電耦合器晶振等17靜電放電敏感度級別

靜電放電敏感度級別：是建立靜電安全作業(yè)區(qū)的依據(jù)，是指電子元器件、組件和設(shè)備按照靜電放電敏感度試驗方法測出的其對靜電放電損壞的敏感度而進(jìn)行的分級。靜電放電敏感電子元器件分類級別靜電電位(V)元器件類別Ⅰ級0-1999微波器件、電耦合器件、集成電路等Ⅱ級2000-3999運算放大器、結(jié)型場效應(yīng)管等Ⅲ級4000-15999硅整流器、片裝電阻器等≥16000非靜電敏感產(chǎn)品等18ESD防護(hù)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)第二部分ESD防護(hù)技術(shù)19人體帶電電位與靜電電擊程度的關(guān)系電位(伏)電擊程度備注1000完全無感覺2000手指外側(cè)有感覺。但不疼發(fā)出微弱的放電聲2500有針觸的感覺，有哆嗦感，但不疼3000有被針刺的感覺，微疼4000有被針深刺的感覺，手指微疼見到放電的微光5000從手掌到前腕感到疼指尖延伸出微光6000手指感到劇疼，后腕感到沉重7000手指和手掌感到劇疼，稍有麻木感覺8000從手掌到前腕有麻木感覺9000手腕子感到劇疼，手感到麻木沉重10000整個手感到疼，有電流過的感覺11000手指劇麻，整個手感到被強(qiáng)烈電擊12000整個手感到被強(qiáng)烈地電擊21ESD防護(hù)的必要性靜電損傷失效模式比較半導(dǎo)體失效率的分配22靜電防護(hù)的目的SMT組裝過程中靜電防護(hù)的根本目的是：在元器件、組件的制造和使用過程中，通過各種防護(hù)手段，防止因靜電的放電效應(yīng)而產(chǎn)生或可能產(chǎn)生的損害，或?qū)⑦@些損害限制在最小的程度，以確保元器件、組件和設(shè)備的設(shè)計性能及使用性能不致因靜電作用受到損害。23靜電的基本防護(hù)途徑

①.工藝控制法②.泄漏法③.靜電屏蔽法④.中和法⑤.整靜措施

25在每個即使細(xì)小的環(huán)節(jié)，利用一些必要的、有效的靜電防護(hù)手段，選用優(yōu)質(zhì)的防護(hù)技術(shù)產(chǎn)品；制定完善的靜電防護(hù)管理規(guī)程，并切實有效地貫徹執(zhí)行。全面、綜合、配套的靜電防護(hù)內(nèi)容26防靜電工作區(qū)（EPA）EPA（ESDProtectedArea）是一配備各種防靜電設(shè)備和器材、能限制靜電電位、具有確定邊界和專門標(biāo)記的適于從事靜電防護(hù)操作的場所。在該場地經(jīng)培訓(xùn)的工作人員可以在具有最小的靜電放電或靜電場損害的情況下操作ESD敏感產(chǎn)品。27防靜電工作區(qū)系統(tǒng)電阻的確定

靜電的泄放必須“安全”，所謂“安全性”是指無論對元器件，還是人身都必須保證絕對的安全。安全性有兩個指標(biāo)：一是靜電電壓必須在1秒鐘內(nèi)降至100V；二是放電電流不能高于5mA。因此靜電防護(hù)的系統(tǒng)電阻選擇在：106Ω

-109Ω

。29ESD防護(hù)過程控制要求ESD防護(hù)系統(tǒng)失效的主要原因：●防靜電設(shè)施與地的連接可能產(chǎn)生松動或脫落；●防靜電桌面隨著使用時間的延長而發(fā)生失效；●

腕帶損壞,或其內(nèi)部出現(xiàn)斷線而連接不可靠;●

腕帶的佩戴不規(guī)范，如不戴、松弛、沒有緊貼皮膚?！癍h(huán)境因素（如濕度）未得到控制等。30ESD防護(hù)過程控制要求防靜電手腕帶的正確佩戴是：使用通過安全性檢查的手腕帶，將長度適當(dāng)?shù)乃删o圈直接佩戴在手腕上，并與皮膚良好接觸；接觸集成電路或已貼裝集成電路的PCB時將鱷魚夾夾持在接地良好的接地端，鱷魚夾、接地線等裸露部分不得與設(shè)備、線體、工作臺等的金屬件接觸。在手腕帶佩戴上，禁止1)將手腕帶纏繞在手腕上，而不將其接地；2)將手腕帶佩戴在衣服袖口上或?qū)⑵洳卦诜漓o電工作服的松緊袖口內(nèi)；3)將鱷魚夾直接夾持在設(shè)備、線體外殼上或非專用靜電接地端的其它點上。31防靜電手腕帶的佩戴32ESD防護(hù)過程控制要求1)靜電防護(hù)是一個系統(tǒng)工程，滲透到生產(chǎn)的全過程，每個環(huán)節(jié)都必須同樣重視，萬不可厚此薄彼。2)防靜電工程涉及的部門眾多，需要相互協(xié)調(diào)、共同努力，各司其職，ESD才能得到有效控制。3)靜電防護(hù)在很大程度上是提高靜電防護(hù)意識問題，提高所有接觸靜電敏感器件人員的靜電防護(hù)意識，定期進(jìn)行靜電防護(hù)安全操作與靜電防護(hù)技術(shù)培訓(xùn)是非常重要的。4)制定完善的靜電防護(hù)管理規(guī)程，實行有效的管理和監(jiān)控，最大限度地減少或避免靜電的危害。33靜電防護(hù)系統(tǒng)的組成完備的靜電防護(hù)硬件系統(tǒng)包括：人體靜電防護(hù)、環(huán)境靜電防護(hù)、操作系統(tǒng)靜電防護(hù)、靜電保護(hù)接地、離子風(fēng)靜電消除器、靜電檢測及監(jiān)控儀表、防護(hù)措施的日常維護(hù)。34人體靜電防護(hù)人體在日?；顒雍蜕a(chǎn)操作中可產(chǎn)生的電壓為數(shù)十伏到數(shù)萬伏的靜電，而放電過程是及其短促的，所以靜電放電過程中釋放的能量可達(dá)幾十瓦，這足以引起芯片微區(qū)燒毀或SiO2膜擊穿。因此對進(jìn)入防靜電工作區(qū)（包括生產(chǎn)、倉儲、運輸過程）的人員均要進(jìn)行靜電防護(hù)，其中首要的是配備防靜電服、防靜電手腕帶和防靜電鞋。人體所攜帶的靜電，一是可以通過接地良好的防靜電手腕帶及時泄放，另一方面防靜電鞋與防靜電地面的配合使用，可以及時有效地泄放人員在運動中產(chǎn)生的靜電，減少人體所攜帶的靜電。35防靜電操作系統(tǒng)的組成

防靜電操作系統(tǒng)是根據(jù)防靜電要求，為建立保護(hù)區(qū)域和進(jìn)行保護(hù)性操作所必須配置的設(shè)施和工具的總稱。防靜電安全工作臺及防靜電桌墊防靜電地墊防靜電區(qū)域警示標(biāo)志防靜電元件盒（袋）防靜電周轉(zhuǎn)車、周轉(zhuǎn)箱接地工具和設(shè)備其它保護(hù)設(shè)備36防靜電桌墊37防靜電屏蔽袋38防靜電屏蔽袋39防靜電警示標(biāo)志40離子風(fēng)機(jī)防靜電桌墊防靜電工作臺屏蔽袋防靜電地板警示標(biāo)志防靜電工作椅接地線手腕帶防靜電工作臺組成41防靜電接地

接地是將電氣連接到能供給或接受大量電荷的物體上，地線是指能夠接受或提供大量電荷的物質(zhì)（如大地、艦船或運載工具、設(shè)備外殼等）。通常說的接地有硬接地和軟接地之分：

硬接地是指直接或通過一個低阻抗同地線相連；

軟接地是指通過足夠高的阻抗接地，將電流限制在人身安全電流（通常為5mA）之下。防靜電系統(tǒng)的接地線不得接在電源零線上，也不得與防雷地線共用，必須有獨立可靠的接地裝置，接地電阻一般應(yīng)小于10Ω。使用三相五線制供電，其大地線可以作為防靜電地線（但零線、地線不得混接）。

42絕緣體的靜電消除從靜電防護(hù)的角度來看，絕緣體具有以下特點：1)絕緣材料特別是人工合成的絕緣材料，其表面起電量大，即很容易產(chǎn)生靜電，通常這類材料的起電量不會小于5000V(相對濕度＜40%)。2)由于材料的絕緣特性，一旦產(chǎn)生靜電，其本身幾乎無放電的通路，因此靜電將會長期駐留積聚，其在表面電荷積聚到一定程度后，就可能隨機(jī)放電造成危害。3)由于絕緣體的絕緣特性，造成其表面產(chǎn)生、積聚靜電荷分布極不均勻，在同一材料表面就會形成電位差，而電位差大到一定程度就會產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

這里所指的絕緣體除絕緣材料外，還包括與大地斷開的非絕緣體，如站在木凳的人、放在絕緣塑料上的鐵板等。43離子中和法原理

離子中和法的原理是：

絕緣體表面所產(chǎn)生的靜電荷以正、負(fù)電荷對稱產(chǎn)生，離子中和法是使空氣先發(fā)生局部電離而產(chǎn)生含有正、負(fù)離子的空氣氣流，然后用風(fēng)機(jī)將氣流吹向靜電荷積聚區(qū)，氣流中的正、負(fù)離子將遵循同性相斥、異性相吸的原理與絕緣體表面所積聚的靜電荷進(jìn)行中和，從而達(dá)到消除靜電的目的。44EPA性能檢查頻次要求

檢查頻次項目名稱檢查方式每日一次環(huán)境溫度、相對濕度測量佩戴腕帶情況下人體對地電阻測量穿著防靜電鞋、襪情況下人體對地電阻測量防靜電服裝穿戴情況目視防靜電手腕帶或腳腕帶佩戴情況目視防靜電鞋穿戴情況目視每周一次防靜電工作臺面接地情況目視地板、地墊接地情況目視系統(tǒng)接地情況目視每月一次標(biāo)記情況目視靜電位水平測量工作服對地電阻和表面（點對點）電阻測量防靜電手套、指套對地電阻測量離子風(fēng)機(jī)靜電中和能力測量每季度一次工作臺面對地電阻和表面（點對點）電阻測量地板、地墊對地電阻和表面（點對點）電阻測量周轉(zhuǎn)容器表面（點對點）電阻測量工作椅對地電阻和表面（點對點）電阻測量電烙鐵對地電阻測量存放器、小車對地電阻和表面（點對點）電阻測量系統(tǒng)接地電阻：建成后第一年每季度一次，以后每21個月一次測量45常見靜電防護(hù)系統(tǒng)所需的產(chǎn)品

靜電防護(hù)系統(tǒng)類別典型產(chǎn)品人體靜電防護(hù)防靜電服裝工衣、手套、手指套、鞋（套）、帽子輔助產(chǎn)品防靜電椅凳、煙霧凈化器環(huán)境防護(hù)墻壁.地板等防靜電漆.PVC貼面地板.環(huán)氧樹脂地坪.橡膠地板.高架地板防靜電操作系統(tǒng)臺、墊類防靜電工作臺、防靜電桌墊、地墊防靜電容器防靜電轉(zhuǎn)運盒、防靜電周轉(zhuǎn)箱、L形支架貯運工具防靜電推車、防靜電貨架、專用貨架、防靜電周轉(zhuǎn)車ESD包裝材料屏蔽袋、導(dǎo)電海綿、粉紅色防靜電氣泡袋靜電消除器離子發(fā)生器離子風(fēng)機(jī)、離子槍、離子炮等檢測儀表檢測儀器手腕帶/腳腕帶測試儀.表面電阻測試儀.靜電場測試儀.人體靜電表、靜電屏蔽效果測試儀、表面阻抗表（兆歐表）其它接地類接地線、手腕帶、腳腕帶、臺墊接地器等；工具類干燥劑、鑷子、吸筆、警示標(biāo)志46防靜電的主要內(nèi)容1：防靜電地的埋設(shè)，這是整個防靜電系統(tǒng)的基礎(chǔ)與根本；2：對地面、墻壁、天花板采取相應(yīng)措施，使其具有良好的導(dǎo)靜電性能。防靜電地板是包括人體靜電在內(nèi)的許多靜電的主要泄放通道，可靠性與耐久性是選材的主要指標(biāo)；3：工作臺、工作椅的購置，合理而可靠的接地通路是這類裝備的關(guān)鍵；4：防靜電電裝用輔助設(shè)施如料架、周轉(zhuǎn)箱、周轉(zhuǎn)車等的選購，采用真正的防靜電材料（一般為靜電耗散材料）制作是此類裝備的品質(zhì)保證；5：防靜電工作服、工作鞋、手腕帶、腳腕帶的選購；6：靜電實時監(jiān)控裝置的選購，這是確認(rèn)接地系統(tǒng)是否正常有效的唯一方法，安全、方便、準(zhǔn)確、可靠是對這類裝置的基本要求；7：靜電測試儀表的購置，可由于定期檢查EPA局部的靜電量和防靜電材料的磨損狀況；8：組成靜電實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)靜電控制網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、正規(guī)化的有效手段；9：合理而嚴(yán)格的制度，這是保證所有硬件系統(tǒng)正常運作的軟件保障；10：其它相關(guān)工作。47靜電防護(hù)的誤區(qū)1．沒有證據(jù)顯示靜電會損傷器件。2．生產(chǎn)的產(chǎn)品是低檔次，并不需要靜電防護(hù)措施。3．工廠內(nèi)所測出的靜電很低，無需做防靜電措施。4．所用的電路有靜電保護(hù)設(shè)計，無需做防護(hù)措施。5．所使用的芯片的靜電耐壓值約為1000V，應(yīng)不需要靜電防護(hù)措施。6．靜電防護(hù)措施＝戴手腕帶。戴手腕帶后就不需要防靜電工作服、工作鞋。7．可以用純棉工作服代替。8．靜電防護(hù)措施＝接地。9．采用電阻率極低的金屬作為防靜電材料。48靜電防護(hù)的誤區(qū)一沒有證據(jù)顯示靜電會損傷器件。對不起，由于靜電放電所表征出來的破壞并不能證明是由于靜電放電直接導(dǎo)致，故并無明顯證據(jù)。但經(jīng)驗上，可以從采取靜電防護(hù)措施前后的合格率來顯示效果，或把產(chǎn)品解剖，觀察其破壞，排除不可能的原因，再忖測與靜電的關(guān)聯(lián)。49靜電防護(hù)的誤區(qū)二生產(chǎn)的產(chǎn)品是低檔次，并不需要靜電防護(hù)措施。除非有如下的想法：1）產(chǎn)品單價很低，壞了廢掉就算了；2）產(chǎn)品的質(zhì)量不重要，客戶應(yīng)知道這樣的價格就只有這樣的品質(zhì)；3）產(chǎn)品或公司的形象不重要，客戶購買之后而毀掉，絕對是他們自己使用不當(dāng)，毋需理會。50靜電防護(hù)的誤區(qū)三工廠內(nèi)所測出的靜電很低，無需做防靜電措施。物件表面靜電壓的反映，只與物件的電荷數(shù)量有關(guān)，但若靜電荷快速地流走，所產(chǎn)生的瞬間電流可能很大，并造成破壞。并且若生產(chǎn)工序或產(chǎn)品更換時，工廠內(nèi)的靜電壓則又是另一回事。51靜電防護(hù)的誤區(qū)四所用的電路有靜電保護(hù)設(shè)計，無需做防護(hù)措施。靜電保護(hù)電路的設(shè)計在于若有靜電放電時，只能防止靜電放電在產(chǎn)品某些部分不會造成破壞，而在產(chǎn)品其它沒有保護(hù)的地方，靜電仍然會造成損害。靜電放電是隨機(jī)的，并沒有固定的路線。52靜電防護(hù)的誤區(qū)五所使用的芯片的靜電耐壓值約為1000V，應(yīng)不需要靜電防護(hù)措施。靜電耐壓值的測量是根據(jù)一特定的靜電模式來確定，通常是用人體放電模式。用這種模擬方法測試器件的ESD耐壓值時，試驗條件與器件的實際使用環(huán)境遠(yuǎn)非是相同的，因此用實驗方法確定的器件的靜電敏感度只能給出一個概略的范圍，也只能供實際使用時作為參考，并不具有絕對的意義。同時所謂“靜電耐壓約為1000V”是說：若有一次1000V的靜電放電，就會把這芯片完全破壞，但并不表示它不會被較低電壓的靜電弄傷，造成其失效；并且若芯片受到連串的即使是低電壓的靜電放電沖擊，最終還是會被毀掉。53靜電防護(hù)的誤區(qū)六靜電防護(hù)措施＝戴手腕帶，因此戴手腕帶后不需要防靜電工作服、工作鞋。操作工在生產(chǎn)活動中，由于服裝與外界介質(zhì)表面之間、服裝之間、服裝與皮膚之間、鞋底與地板之間由于頻繁的接觸－分離和摩擦而使得服裝與鞋子帶電，特別是在穿用高絕緣性能的化纖衣料時會使帶電加劇。操作工存在兩個可能的放電通道：一是指尖（皮膚）與接地導(dǎo)體間的放電，二是工作服與接地導(dǎo)體間的放電。防靜電腕帶只能消除第一種放電危險（指尖放電），而不能消除第二種放電危險，這是因為腕帶只能泄漏掉作為良導(dǎo)體的人體皮膚上的靜電，而對泄漏掉絕緣性較強(qiáng)的服裝上的靜電則是無能為力，因此必須足夠重視消除服裝靜電。54靜電防護(hù)的誤區(qū)七可用純棉工作服代替防靜電工作