ESD静电防护培训教材.ppt

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1、静电防护培训教材静电防护培训教材內容內容提要提要 ESD 简介简介 ESD的模式的模式 ESD的的影响影响 ESD防治防治专业词汇专业词汇介紹介紹 防防/抗静电抗静电材料材料定义定义 ESD防治防治基本方法基本方法 ESD测试标准及简介测试标准及简介 ESD Symbol2ESD(Electrostatic discharge)简介简介 ESD产生的原理产生的原理?l静电荷的产生与积累静电荷的产生与积累l静电荷的快速释放静电荷的快速释放A sudden,electrostatic discharge from a one object to another object is defined

2、as an ESD“event”3影响摩擦生电电量的因素影响摩擦生电电量的因素 4常用的常用的数量级符号数量级符号数量级数量级 全名全名 符号符号 1012 Tera T 109 Giga G 106 Mega M 103 Kilo K 10-3 Milli M 10-6 Micro 10-9 Nano N 10-12 Pico P5典型的典型的ESD电压电压静电的产生静电的产生静电电压静电电压(KV)相相对湿度对湿度20%相相对湿度对湿度80%走走动于乙烯材质的地板上动于乙烯材质的地板上120.25走走动于动于人造地人造地毯毯351.5坐坐离发泡椅垫离发泡椅垫181.5拿起聚拿起聚乙烯塑料袋

3、乙烯塑料袋200.6在地上在地上滑动苯乙烯材质的箱子滑动苯乙烯材质的箱子181.5移除移除PC板上的板上的MYLAR胶带胶带121.5PC板上的板上的收缩膜收缩膜163真空吸锡器作业真空吸锡器作业81喷电路冷凝喷雾剂喷电路冷凝喷雾剂155Static electricity is measured in Coulombs,often represented by“q”6ESD的模式人体带电模式人体带电模式(Human Body Model,HBM)Discharge to the Device机器带电模式机器带电模式(Machine Model,MM)Discharge to the Devi

4、ce元件带电模式元件带电模式(Charged Device Model,CDM)Discharge from the Device7(Human Body Model,HBM)模拟由站立人体的手指尖放电至元件的现象。模拟由站立人体的手指尖放电至元件的现象。The discharge from the fingertip of a typical human being.STM:ESD-STM5.1Static and dynamic component data can be obtain from Manufacturer.ESD withstand voltage:the Max ESD

5、level that does not cause component failure.8(Machine Model,MM)70年代年代,日本人日本人认为认为HBM不足以代表不足以代表最差状况最差状况而提出而提出,用于自动组装的制造环境用于自动组装的制造环境MM的的电电容值容值较较HBM大大,因此因此MM儲存的儲存的电荷较电荷较多多R很小因此很小因此电流较电流较大大,速度速度较较快快STM:ESD-STM5.2Evaluating ESD sensitivity of components to the defined MM9(Charged Device Model,CDM)现代自动化组装

6、环境中最重要但却常被人现代自动化组装环境中最重要但却常被人 忽略的忽略的ESD模式模式-原理简单，原理简单，但再现困难但再现困难-速度快，难保护速度快，难保护 CDM 的来源的来源-测试设备测试设备(ICT)-SMT-IC的包装的包装10ESD的三种模式比较的三种模式比较 HBM与与MM人体，机器或环境带电人体，机器或环境带电-HBM是最古老且最常发生的模式，但并非最严是最古老且最常发生的模式，但并非最严重的危害模式重的危害模式-MM造成的故障与造成的故障与HBM类似但电压却远高于类似但电压却远高于HBM,速度也比速度也比HBM快快 CDM元件元件带电带电-模拟模拟一一带电元件经由一脚接地而放

7、电的现象带电元件经由一脚接地而放电的现象造成造成ESD故障的主要原因故障的主要原因-电流上升时间最快速电流上升时间最快速 11ESD的影响的影响 ESD事件事件-因局部高温或电位差造成因局部高温或电位差造成ESDS的元件破坏的元件破坏 可能发生在制程中或使用中的任何阶段可能发生在制程中或使用中的任何阶段 成本问题，客户抱怨，商誉损失成本问题，客户抱怨，商誉损失ESDS:Electrostatic discharge sensitive12ESD防治防治专业词汇专业词汇介紹介紹 ESDS(Electrostatic Discharge Sensitive)Item 静电敏感件对于静电放电敏感（易

8、被ESD破坏）的元件，组件或模组 SSZ(Static-Safe Zone)静电安全区域內部任一点均符合基本要求的区域 SSW(Static-Safe Workstation)静电安全工作站 ESD Protective Workstation 静电防护工作站包含ESDS Item的特定工作区域，必须符合SSW的要求.通常其范围较小。如SMT线.测试工作站，Rework区域lSSP(Static-Safe Package)静电安全包装 lESD Protective Package(SSP)静电放电防护包装 能夠限制摩擦生电.屏蔽静电场或免除ESD對ESDS元件破坏的包装13ESD防治防治专业

9、词汇专业词汇介紹介紹 ESD Protective Area(EPA)静电放电防护区域静电放电防护区域内涵内涵ESDS Item的大的大范围范围工作工作区域区域.所有人所有人员进入时都应员进入时都应穿戴适当的接地设备穿戴适当的接地设备.且所有且所有行为也须遵守其相关规定行为也须遵守其相关规定Triboelectric Charging 摩擦生电摩擦生电当两种材料接触摩擦当两种材料接触摩擦(Friction)或或剥离剥离(Separation)时其表面时其表面产生静电荷的现象产生静电荷的现象14ESD防治防治专业词汇介绍专业词汇介绍 Surface Resistance 表面表面电电阻阻以二以二

10、个电极放置与个电极放置与一材料表面上一材料表面上,加以一加以一直流电压直流电压(V),測量其通測量其通过的过的电电流流值值(I),再再计算计算其其电电阻值阻值(R),其單位其單位为欧姆为欧姆().Surface Resistivity 表面表面电电阻率阻率均一材料的均一材料的单位面积单位面积表面表面电电阻阻,其其单位为单位为/square,表面表面电电阻率阻率与体与体积电积电阻率阻率间间通常存在一比例通常存在一比例,该该比例比例与与測量測量电极的几电极的几何何形状形状有有关关 Volume Resistivity 体积电体积电阻率阻率 即即电电阻率或阻率或称电称电阻阻系数其单位为系数其单位为-

11、CM15静电静电防治材料防治材料定义定义Material Electrical CharateristicsMaterial Electrical Charateristics Conductive Materials导电导电材料材料表面电阻率小于1x 105/square(surface resistivity),或其体电阻率小于1x 104-CM(volume resistivity)(ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)Static Dissipative Material静电消散静电消散材料材料表面电阻率至少为1x 105/square且小于1x 101

12、2/square,或其体电阻率至少1x 104-CM为且小于1x 1011-CM(ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)Insulating Material 绝缘绝缘材料材料 表面电阻率大于1x1012或其体电阻率大于1x1011的材料(EIA-625-1994);ESDA ADV 1.0-1994)16静电防静电防治材料定治材料定义义 Anti-Static Material 抗抗静电静电材料材料 -能抑制摩擦生电的材料(ESDA ADV.1.0)-能抑制摩擦生电至200V以下的材料(EIA-625)-抗静电材料并不须要测量其表面电阻率或体积电阻来决定其特性.

13、Static Shielding Material 静电静电屏蔽材料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(EIA-625)17静电静电防治基本法防治基本法则则将将工作工作区区的所有的所有导电导电物接地使其物接地使其带电带电不超不超过过50V以以静电压表确认静电压表确认工作工作区区內的非內的非导电物体导电物体所所带电压带电压不超不超过过300V(or200V)如果如果静电场无法避免应确静电场无法避免应确保保静电静电敏感敏感零组零组件件与带电与带电之表面保持足夠的之表面保持足夠的距离距离18 ESD问题的对策问题的对策l作业人员的头发作业人员的头发-以静电压表确认,距离皮肤表面5c

14、m以內,因电压抑制的效果,静电压可降至+300以下l作业人员的衣著作业人员的衣著-需要抗静电衣嗎?(整齐洗衣与量测之成本)l搬运搬运工具工具-若台车为绝缘轮,移动时易与地面摩擦而累积静电更换为导电轮-需注意污染问题 拖铁链-堆高机不应行经铺有导电地板的区域19ESD问题的对问题的对策策l纸张纸张.纸制标签纸制标签-在常温常湿下,纸制品可视为抗静电(Antistatic)材料,因此非光 面纸制品在工作区是可被允许的.(MIL-HDBK-263)l手套的手套的使使用用-洁净室内的一般要求-静电消散时间 (Static-decay time)2 sec?(FED-STD-101,Method 404

15、6)-量测其表面电阻率 Static Dissipative?-戴上手套后是否需要再戴静电环?20ESD问题的对问题的对策策l离离子子风扇风扇-解決工作区内绝缘体的带电问题-使用Charged-plate monitor 评估 Discharge time&balance levell成品成品/半半成品在工成品在工厂内的运送厂内的运送-使用普通透明塑胶袋,半透明metalized塑胶袋,导电袋,或是铝箔袋?-作放电测试(discharge test),以满足自己的需求为原则.21ESD问题的对问题的对策策l导电地垫导电地垫-可使用于无导电地板的工作区,并配合导电鞋-清洁用品之挑选l静电静电接地

16、接地(工作工作台台面及作面及作业业人人员员)-目的:使作业人员在同一电位上 地桩 建物的金属结构 金属水管-建议:与市电地线间电位差不超过5V(rms);或阻抗不超过25欧姆.22ESD测试标准及介绍静电放电相关测试程序静电放电相关测试程序和和标准标准lU.S.Military/Department of Defense美军规范lASTM American Society for Testing and MaterialslNFPA National Fire Protection AssociationlJEDEC Joint Electron Device Engineering Coun

17、cillIEC International Electro technical CommissionlESDA ESD Association23静电环测试静电环测试功能功能:主要为防止HBM对于ESDS元件的破坏型式型式:金属,纺织品;表带式,松紧带式,粘带式安全性安全性:必须要有限流电阻(通常约为1M,250V,1/4W)来保护人体安全,接地线与静电环分离的拉力为1-5ib.若无限流电阻则必须以红色标示(MIL-STD-202Method 2.5&Method 101)ESDA ESD S1.1测试测试方法方法接地阻抗 -必须小于1.25M30V环带阻抗 -1M 20%24一般简易测试方法

18、一般简易测试方法 一般定期检查(750K -10M)静电环配戴检查 新品进料检查(1M 20%)静电环及接地线连接检查25接地系统接地系统 ESD S6.1主要目的主要目的:将将静电防护设施静电防护设施接地接地,提供一提供一个个路路经经使使静电消静电消散材散材料料,导电导电材料及材料及个个人接地人接地设备设备在同一在同一个电个电位上位上,减减少少ESDS元件元件受到破受到破环环.其他相其他相关标准关标准-ANSI/NFPA 70-1990-ANSI-IEEE Std 142-1982人人员员安全防安全防护护考虑人员碰触电源时考虑人员碰触电源时,通通过过人人体体的的电电流流.故接故接触触人人体体

19、的接地的接地系系统统必必须须要有限流要有限流电电阻阻26接地系統接地系統 ESD Ground(Soft Ground)静电静电放放电电接地接地能能够够使使静电产静电产生源生源(人或人或物物)藉由路藉由路经经到接地的端到接地的端点点,排线排线,金金属线属线或其他接地或其他接地系统系统.(EIA-625)Ground(Hard Ground)实实接地接地藉由藉由电电子子线线路或路或特殊设备特殊设备和大地和大地(Earth)连连接的接的导电导电接接点点.和大地和大地(Earth)间具零电间具零电位差位差.27一般工作接地系統一般工作接地系統ESD 接地点的量测lDC欧姆計:量测范围0.1-1M+/

20、-10%.开路电压必须大于1.5VlESD Common Point Ground(共地点)到Equipment Ground 必须小于1 lESD Common Point Ground到ESD Protective Materials and Devices(ESD防护材料或设备)必须小于1(如果有保护电阻则必须加上其值)28工作表面的量测工作表面的量测lESD S4.1-1997主要目的主要目的:使用标准的测量设备,测量ESD防护工作表的表面电阻值以评估其特性.l其他相其他相关标准关标准ASTM F150NFPA 99l测试设备测试设备可提供100V和10V测试电压,误差在10%以内的高

21、电阻计,量测范围由10K 100G 2只5lb直经2-1/2“的测试电极29工作表面的量测工作表面的量测测试时机测试时机1.环境和材料评估测试2.新配置的设备验收3.定期的测试环境环境和材料和材料评评估估测试测试-低湿低湿度度测试测试湿度12%3%R.H.:温度23 1;预先放置时间48-72小时测试电压为10V/100V表面必须用70%的IPA清洗测试结果必须记录最大,最小值测试样品大小:10“X24”6个,样品本身必须有二个接地点测试点:Resistance to ground and resistance point-to point30工作表面的量测工作表面的量测环境环境和材料和材料评

22、评估估测试测试-低湿低湿度度测试测试湿度50%5%R.H.:温度23 1;预先放置时间48-72小时测试电压为100V表面必须用70%的IPA清洗测试结果必须记录最大,最小值测试样品大小:10“X24”6个,样品本身必须有二个接地点测试点:Resistance to ground and resistance point-to-point31工作表面的量测工作表面的量测先將工作表面以70%的IPA清洗并风干5分钟后,方进行测量Resistance to Groundable Point(s)1.测试电压为100V,测试结果必须记录最大最小值2.测试点分別为ABCDE五点3.-A.距离Groun

23、dable point(s)3位置4.-B,C,D:距离每个角落2位置5.-E:中心点1.Resistance Point-to-Point1.测试电压为100V2.测试点如下1.-A:水平距离10位置2.-B:垂直距离10位置3.-C:左斜对角线各角落距离为24.-D:右斜对角线各角落距离为232工作表面的量测工作表面的量测定期检查 不要清洗工作表面,且移走所有ESDS元件 以新配置验收方法来测量Resistance to Groundable Point(s)以及Resistance Point-to-Point 若测试不合格时,清洗后再重新测试 建议允收标准 Resistance to

24、Groundable Point(s):between 1x106 and 1x109 Resistance Point-to-Point 1M 33地面材料电阻特性测试地面材料电阻特性测试ANSI ESD S7.1-1994l测试目的:测量地面材料的电阻特性(其量测结果为电阻值,而非电阻率)l静电防护地板须配合静电防护鞋,鞋环,轮子及装载器具使用l相关测试标准NFPA-99;ASTM-F150;DIN 51953l测试种类环境和材料评估测试新铺设完成的验收34地面材料评估测试地面材料评估测试l测试条测试条件件样品數:12X24 5片,放置时间至少72小时清洗表面:使用70%IPA清洗待测表面

25、测试电压为:100V湿度:12%(3%)和50%(5%)R.H.温度:23 1 l测试设备测试设备可提供100V和10V误差在10%以内的高电阻計,量测范围可由10K-100G及2只重量5lb.直经的2.5 的电极.电极表面为导电橡胶,其在金属表面上的电阻必须小于1k(at 10V DC)测试结果必须记录最大,最小值35铺设配置完成的验收铺设配置完成的验收l测试前使用70%IPA清洗电极并风干lResistance to Groundable Point每5000sq.ft(464.5m2)必须测试五点lResistance Point-to-Point每5000Sq.ft必须测试五区,每区测

26、试点间的距离应至少为36 (约120CM)36表面电阻表面电阻(率率)测试测试测试测试目的目的:量量测测一一个个ESDS包包装装材料的表面材料的表面电电阻率阻率,来评来评估其估其静电防护静电防护的特性的特性.相相关测试规范关测试规范ASTM D-257(专为专为量量测绝缘测绝缘表面所表面所设计的标准设计的标准)ANSI ESD S11.11-1993(专为静电专为静电消散表面所消散表面所设计设计的的标准标准)37ESD S11.11表面电阻表面电阻(率率)测试测试l使用使用Surface resistance test kit检查检查并并评评估估稳定时间稳定时间l测试样测试样品品:6片片,3“

27、x5”(76x127 mm)双双面皆面皆须测试须测试l高高电电阻阻1M 10 T的样的样品品,测试电压为测试电压为100Vl低电低电阻阻1K 1M的样的样品品,测试电压为测试电压为10Vl测试时间为测试时间为1T检查检查5次次的稳定时间平均的稳定时间平均值加值加5秒秒38静电消散时间测试静电消散时间测试测试测试目的目的评评估估静电防护静电防护材料被材料被间间接或直接充接或直接充电后电后,其其电电荷自然荷自然衰退所需的衰退所需的时间时间相相关测试规范关测试规范FTS101C,4046.1EIA-54139静电消散时间测试静电消散时间测试测试条测试条件件样样品數品數:3“X5”6片片测试环测试环境

28、境条条件件:12%3%R.H.,23 3 测试电压测试电压:充充电电至至5KV,再放再放电电至至50V,正正负负各各执执行行3次次测试结果测试结果:36次量次量测结果测结果之之平均平均值不得大值不得大于于2秒秒40ESD CertificatelPrograms developed using ANSI/ESD S20.20-1999,Development of an Electrostatic Discharge Control Program,can be audited under a new program introduced by the ESD Association that

29、 allows companies to be certified to ANSI/ESD S20.20.The program is similar to ISO 9000,with certified registrars independently assessing a companys ESD control program and issuing a formal S20.20 certification.lThis independent assessment of a companys ESD control program can be performed as part o

30、f the companys ISO 9000 audit or as a separate audit.41ClassVoltage RangeClass 0250 VClass 1A250 to 500 VClass 1B500 to 1000 VClass 1C1000 to 2000 VClass 22000 to 4000 VClass 3A4000 to=8000 VTable I.ESDS Component sensitivity classificationHuman Body Model(per ESD STM5.1-1998).ESD class42lClass 0 us

31、ually refers to the human body model(HBM)ESD sensitivity of a component.Each of the three device testing methods(human body model,machine model,and charged device model)includes a classification system for defining the component sensitivity to the specified model.A sensitivity classification system

32、for HBM is shown in Table ESD class 043ESD Symbols to Use lOne of these symbols is the ESD susceptibility symbol which is fairly descriptive,a banning slash across a hand,the international label symbol of the triangle meaning caution,the whole symbol should mean be careful,device susceptible to ESD

33、discharges,or there about.The symbol is shown below:This symbol is to be used on or near by ESD sensitive elements like integrated circuits,sensitive components and PBAs.44lAnother one is the ESD protection symbol,which has de same hand and triangle with the same meaning but there is no banning slas

34、h across.The new item is a protecting arc over the symbol as meaning this a ESD protective material and used on all type of ESD protective materials.It worth to note that a dissipating bag is an ESD protecting material and will carry the symbol but a strap testing instrument is not as it does not pr

35、otect.ESD Symbols to Use 45lFinally is the ESD Common Ground Point symbol which is fairly self descriptive.This ESD label for a grounding point receives all localized ESD element ground connections eg top of workstation dissipating mat,auxiliary wrist and foot straps connecting box,floor mat,etc.This point is then connected to the local mains earth(green wire).ESD Symbols to Use 46