1、防静电基础知识培训教材主编：公司品质部主编：公司品质部2011年度年度培训教材编号：培训教材编号：112课程安排一、ESD的定义二、静电产生的方式和途径三、静电放电特点及其危害四、ESD敏感度分级试验模型五、生产环境中主要的静电源六、本公司的静电控制和防护措施本公司的静电控制和防护措施七、ESD-S20.20标准简介常见静电现象常见静电现象琥珀与丝绸、木头；塑胶棒与头发摩擦塑胶棒与头发摩擦后后，产生对小物体的吸引和排斥（人们对静电最早的观察）无线电的干扰噪声走过地毯后接触金属把手时的电击从干衣机里面拿出来的衣服互相吸附打雷时的闪电第一部分 ESD的定义什么是静电？静电（Electrostati
2、c Charge）静止不动的电荷Electric Charge at restESD ADV1.0-2003电荷：得到或者失去电子Electric Charge：An absence or excess of electrons ESD ADV1.0-2003静电的基本单位是6.241018个电子所带的电量静电的本质无论是静电荷或带电体，都会在空间激发出静电场。静电场才是静电荷或带电体的物理本质。因为其对外表现是通过静电场来实现的。静电场是一种物质存在，有能量，有动量，对其中的其他带电体施加力的作用。电荷特性电荷守恒定律电荷守恒定律-在任何物理过程中电荷的代在任何物理过程中电荷的代数和是守恒的
3、。数和是守恒的。电荷的相互影响什么是ESDESD 静电放电由于一个高电场引起的快速、自发的电荷转移The rapid,spontaneous transfer of electrostatic charge induced by a high electrostatic field.ESD ADV1.0-2003处于不同电位的两个物体之间，由于直接接触或静电场感应导致的电荷传输（转移）IEC定义静电和ESD（静电放电）的区别静电与静电放电（ESD）是完全不同的物理概念或物理过程。一个是“静”，一个是“动”。伴随着静电放电，往往有电量的转移、电流的产生和电磁场辐射。第二部分静电产生的方式和途径接
4、触分离起电（最常见摩擦起电）静电感应断裂起电（分裂起电，破碎起电）剥离起电离子溅射传导带电热电效应（冷冻起电）压电效应电解带电溅泼起电接触分离带电接触形成偶电层分离带电摩擦带电什么影响“摩擦带电”2.3静电特性摩擦产生的静电的大小取决于：互相摩擦的材料接触的紧密程度分离的速度接触面的洁净度其他物理和化学的因素，比如：表面粗糙度，环境因素静电序列Brass,Silver 黄铜、银Gold,Platinum 金、铂Sulfur 硫磺Acetate rayon 醋酸纤维Polyester 聚脂Celluloid 赛璐珞Orlon 奥纶Polyurethane 聚亚安脂Polyethylene 聚乙烯
5、Polypropylene 聚丙烯PVC(vinyl)PVC（乙烯基）KEL F 藻Silicon 硅Teflon 特氟龙 Rabbit Fur 兔皮毛Glass 玻璃Mica 云母Human Hair 头发Nylon 尼龙Wool 羊毛Fur 皮毛Lead 石墨Silk 丝绸Aluminum 铝Paper 纸张Cotton 棉花Steel 钢铁Wood 木材Amber 琥珀Sealing Wax 蜡Hard Rubber 硬橡胶Nickel,Copper 镍、铜正电正电Negative负电负电静电序列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；可以作为选择
6、防护材料时的有用参考人类认识的不足：不同列表有所差异；循环现象；反向现象；应用时不可作为硬性标准。静电感应-带电体带电体 非带电导体非带电导体-同性相斥，异性相吸断裂起电剥离带电+轮子轴皮带+同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会产生静电物质原有的电荷平衡被打破，两边带上相反的电荷通常电压较高通常电压较高离子溅射传导带电带电物体通过接触将电荷传导给未带电物体带电绝缘体仅能从较小面带电绝缘体仅能从较小面积释放电荷积释放电荷带电导体能释放大量电荷给另一导体其他带电方式热电现象：某些物质温度的变化，产生静电。压电：压电现象。石英、水晶、陶瓷等电解：固体与电解质溶液液体喷射特殊带电现象粉体带电粉体带电：
7、因为破裂、摩擦、分离、吸附等因素带电。电量小，但电压可能较高，可能引发爆炸危险。液体带电液体带电：因为流动、冲流、沉降、喷射等方式起电，多出现在电阻大的液体、管道、喷嘴和分散的液滴。气体带电气体带电：纯净的气体通常情况下不会起电。气体的带电一般与粉体和液体带电相关。影响带电的因素物质的性质表面特性作用力的大小、速率、频次、时间环境因素：湿度、温度物体带电历史温度对静电影响：温度升高物质活性增强摩擦电压增加；温度对静电影响：温度升高物质活性增强摩擦电压增加；同时温度升高部分物质的导电性增强，易于消除静电同时温度升高部分物质的导电性增强，易于消除静电第三部分静电放电特点及其危害静电放电的特点 ES
8、D是高电位是高电位,强电场强电场,瞬时大电流的过瞬时大电流的过程程过去，人们认为ESD是一个高电位，强电场，小电流的过程。其实这种看法并不完全正确。的确，有些ESD过程产生的放电电流比较小。如后面将要介绍的电晕放电。但是，在大多数的情况下，静电放电过程往往会产生瞬时脉冲大电流。尤其是带电导体或手持小金属物体（如螺丝刀或钥匙）的带电人体对接地体产生火花放电时，产生的瞬时脉冲电流的强度可达到几十安培甚至上百安培。静电放电的特点ESDESD会产生强烈的电磁辐射，形成强电磁会产生强烈的电磁辐射，形成强电磁脉冲（脉冲（EMP)EMP)近年来，随着静电测试技术、测量仪器及测试手段的不断完善和迅速发展，使人
9、们对ESD这一瞬态过程的认识越来越清楚。在ESD过程中，确实会产生上升时间很快、持续时间很短的初始大电流脉冲上升时间很快、持续时间很短的初始大电流脉冲，并产生强烈的电磁辐射并产生强烈的电磁辐射，出现了静电放电电磁脉冲（ESD EMP）。它的电磁能量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏、翻转，或引起某些装置中的电火工品误爆，造成事故。但是，应当注意的是，ESD是一个极其复杂的过程是一个极其复杂的过程不仅与材料、物体形状和放电回路参数有关，而且放电时往往还涉及到非常复杂的气体击穿过程。因此，ESD是一种很难重复的随机过程。是一种很难重复的随机过程。静电放电的特点静电放电对电子工业的危害 ESD使ES
10、DS元器件硬击穿或失效ESD使元器件软击穿（结果可能更严重)静电吸附（影响元器件或整机质量）ESD电磁辐射引起电磁干扰 危害涉及的环节上述危害可能发生在预处理、各生产工艺流程、测试、总装、调试、包装、储存、发送、维修、运输硬击穿或突发性失效在TEM（瞬变电磁技术）仪器下看到的PMOS上拉晶体管的硅损伤情况MOS器件栅极损伤示意图软击穿投诉来自美国电话公司。在PWB生产线，双向混合集成电路中，由于ESD软击穿，双极型结型晶体管显示出泄漏电流过大，导致系统崩溃。这是一张器件场效应失效的照片。发现PN结的损伤。这种感应场效应ESD失效与用HBM模型测试的ESD损坏，其结果几乎完全相同。器件损坏的起始
11、电压为700v。静电吸附影响降低洁净度降低耐压等级结果成品合格率降低电磁辐射引起电磁干扰影响逻辑电路程序混乱温升硬击穿软击穿第四部分常见的ESD敏感度分级试验模型人体带电模型HBM机器模型MM带电器件模型CDM场感应模型FICDM人体带电模型人体是产生静电危害的最主要的静电源之一。当带电的人体触摸或靠近ESDS元器件时，该元器件有可能被直接的静电放电或强静电场所损坏。人体ESD能够以标准中给出的人体模型试验电路来合理地模拟。这种试验电路已被广泛应用于工业ESD测试中。人们对人体静电及其放电过程研究得比较早，也较深入，HBM也较其它模型建立得更早。现有文献资料中大部分静电感度数据都是以HBM为基
12、础得到的。人体模型测试参照 ESD STM 5.1人体带电模型人体带电模型示意图人体带电后接触元器件产生放电人体带电模型人体带电模型示意图人体带电后接触元器件产生放电ClassVoltage Range0 250 V1A250 to 500 V1B500 to 1000 V1C1000 to 2000 V22000 to 4000 V3A4000 to 8000 V3B8000 V 人体带电模型HBM ESD Stress Level机器模型主要模拟机械臂、机械手等金属部件带电后对电子元器件的破坏与影响。其放电电阻要比人体模型小许多，因此破坏性更大。机器带电模型的测试参见ESD STM5.2流
13、水线即相当于人体带电，与元器件发生放电现象机器模型ClassVoltage RangeM1 100VM2100 to 200V M3200 to 400V M4400VMM敏感度级别表带电器件模型器件接触带电体或感应而带电后，遇地放电从而造成损伤带电器件测试参照ESD STM5.3.1带电器件模型ClassVoltage RangeC1 125V C2125 to 250VC3250 to 500VC4500 to 1000VC51000 to 1500VC61500 to 1x1011 1x1011 R 1x104 1x104材料控制选用不产生或少产生静电的材料导静电材料的选用静电散逸材料的
14、选用添加导电成分，如碳黑，金属粉，金属丝，乙炔碳黑等材料控制包装材料物料箱材料控制包装箱作业指导票夹材料控制对材料表面进行处理使用表面活性剂（抗静电剂）增加表面光洁度使用台垫如防静电胶皮喷导电油漆或导电涂料人体静电安全管理 人体防静电用品 工作帽、工作服、手套、指套、鞋子、腕带等。（工作帽子、服、防静电鞋，要求统一编号，便于集中清洗管理，使用中性洗涤剂。酸性或碱性洗涤剂会破坏防护用品的防静电功能。）相关防静电物品桌子；椅子；地板；各种工具等。人体防静电控制防静电手套防静电手指套（地板、鞋装系统）防静电鞋防静电工作台、手套、腕带人体防静电控制防静电椅人体防静电控制防治人体静电要点 单一措施难于奏
15、效，必须采取综合防治对策；（从头到脚全副武装，防静电椅和防静电鞋能有效发挥作用的前提，地板需是防静电的。）多重措施并举；（相关工具与器具）培养工作人员的防静电意识。ESD防护系统ESD防护系统构成“硬件”系统：防静电装备、防静电材料、测试监测仪器设备“软件”系统：组织体系、规范制度、技术标准、培训考核、内审检查EPA设计EPA：electrostatic protected area 静电保护区域EPA可以是固定的一个工作台，整个车间，还可以是便携式的（用于现场服务）如：SMT车间，IQC检验工作台等。EPA不是没有静电，而是静电受控必要的绝缘体上的静电如果超出风险等级，需要进行中和EPA需要
16、适当的标识：警示和界限EPA内的包装和周转用品需要认可在EPA和非EPA之间转移物料，需要采用ESD防护EPA设计标识作用：提醒，增强ESD控制计划的效果对于非ESD区域和工作台，不需要标识使用方式：ESD控制区域的入口：提醒进入EPA，EPA区域ESD保护工作台穿防静电工作服！接触产品戴静电手腕带！静电防护区,请采取如下防护措施!OBSERVE PRECAUTIONS FOR HANDING ELECTROSTATIC DISCHARGE SENSITIVE DEVICES!注 意ATTENTIONESD,PROTECTED AREA常见的ESD标识公共接地点标识ESD防护标识具有ESD防护
17、功能的标识本公司静电接地点标识EPA设计典型的EPA区域标识人体防静电控制人体综合测试仪EPA区域外的人不用防护人体防静电控制防静电地板第七部分ESD S20.20标准简介ANSI/ESD-S20.20-1999：建立一个静电放电控制方案-保护电气和电子零件，装置和设备（不包括电动引爆装置）美国国家标准，由美国静电放电（ESD）协会制定标准适用范围：非电子引爆装置的电气电子器件、装置和设备的制造、处理、装配、安装、包装、标签、维修、测试检验等过程中静电防护除外：电子引爆装置静电防护、易燃液体和粉末的静电防护标准控制的静电防护指标：用于易于被100V HBM静电释放所损坏的电气和电子零件,组件和设备的保护。对于低于100V HBM的情形，可以作为参考1.2 ESD 20.20标准的应用范围
