《ESD及其防护培训》PPT课件.ppt
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1、ESD及其防护理论培训课件 Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD制作:华阳多媒体永华事业所ESD小组参考文献:静电放电(参考文献:静电放电(ESD)及其防护技术)及其防护技术 -中国物理学会静电专业委员会出版中国物理学会静电专业委员会出版前言前言 随着我国IT产业的迅速发展和技术水平不断提高,高分子材料、大规模集成电路、微电子器件广泛应用于各领域及其产品,静电放电损伤给企业造成了重大的危害,因此,静电防护技术受到企业的普遍重视。为使企业从业人员系统全面掌握静电知识,掌握ESD防护原理与技术,解决实际ESD问题,熟悉国内外有关静电标准和测试方法,从而在生产中
2、提高产品可靠性,特制作本培训资料。第第1节节 静电产生的三种静电效应静电产生的三种静电效应 第第2节节 生产环境中的静电源生产环境中的静电源第第3节节 静电防护原理静电防护原理Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD第第1 1章:章:静电的产生、危害及防护技术静电的产生、危害及防护技术第第1节节 静电产生与三种静电效应静电产生与三种静电效应通常任何物体所带有的正负电荷是等量的,当与其它物体通常任何物体所带有的正负电荷是等量的,当与其它物体接触、摩擦、并由于机械作用分离时,因两种物体摩擦起电序接触、摩擦、并由于机械作用分离时,因两种物体摩擦起电序列不同,在一种物
3、体上积聚正电荷,另一种物体则积聚负电荷,列不同,在一种物体上积聚正电荷,另一种物体则积聚负电荷,在各物体上产生静电,并在外部形成静电场。在各物体上产生静电,并在外部形成静电场。两种物质互相摩擦是产生静电的一种最常见方式,但不是两种物质互相摩擦是产生静电的一种最常见方式,但不是唯一方式。另外静电产生的方式还有传输、感应、喷涂作业等唯一方式。另外静电产生的方式还有传输、感应、喷涂作业等等。等。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD静电产生的三种静电效应静电产生的三种静电效应(表表1-1)静电的效应静电的效应产生的影响产生的影响车间实例车间实例静电荷产生的电场力物
4、体产生静电后,在其周围形成静电场。位于静电场中的任何其它带电体都会受到电场力排斥或吸引,特别对重量仅为几毫克或更低的毛发、纸片、尘埃、纤维的吸附作用则非常明显。S导线插入工位静电放电(ESD)当某些电介质、导体带上静电荷后,尽管所带电荷量不多,但由于本身对大地分布电容非常小,使得静电电位较高。当局部电场强度超过空气的击穿场强时,可向空气放电。对于人体静电放电,瞬间的放电电流峰值可以达几安培以上。(冬天梳头和脱衣服)LD劣化静电感应当导体和电介质置于静电场中,在其上感应出正或负静电荷。静电感应电位可达数千伏以上。这样高的静电电压也能够对电子仪器造成不良影响。仪器内设计不同的屏蔽Foryou Mu
5、ltimedia Electronics CO.,LTD第第2节:生产环境中的静电源节:生产环境中的静电源2.1 电子工业生产环境中存在许多产生静电的静电源电子工业生产环境中存在许多产生静电的静电源(见见表表1-2),它们的产生方式和对元器件的损坏有各自特点,其中,它们的产生方式和对元器件的损坏有各自特点,其中以摩擦起电方式影响最大。下面将部分典型静电源产生及如何以摩擦起电方式影响最大。下面将部分典型静电源产生及如何造成元器件失效作一简单介绍。造成元器件失效作一简单介绍。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD物体或工艺加工物体或工艺加工材料(用品)或活动材料
6、(用品)或活动工作表面工作表面*封脂、涂漆或浸表面封脂、涂漆或浸表面 *工作台工作台*普通树脂或塑料面普通树脂或塑料面 *工作椅工作椅地面地面*塑料地板塑料地板 *打腊抛光木板打腊抛光木板 *普通乙烯树脂或板普通乙烯树脂或板服装服装*普通清洁室工作服普通清洁室工作服 *普通合成面料服装、手套普通合成面料服装、手套*非导电的鞋非导电的鞋 *纯棉纯棉软包装及操作软包装及操作*普通塑料:袋、置、封皮普通塑料:袋、置、封皮*普通泡沫容器、泡沫材料普通泡沫容器、泡沫材料周转容器周转容器*普通塑料托盘、塑料运输斗、瓶、零件盒普通塑料托盘、塑料运输斗、瓶、零件盒装配、清洗、试验修理装配、清洗、试验修理*水雾
7、清除器水雾清除器 *普通塑料焊料吸管普通塑料焊料吸管 *带有不接地焊嘴的烙铁带有不接地焊嘴的烙铁*通过流体或蒸发或吹干通过流体或蒸发或吹干 *温箱温箱 *热喷射和压缩机热喷射和压缩机*喷砂喷砂 *静电复印机静电复印机芯片载体芯片载体*芯片板托、盘型芯片板托、盘型 *工具类工具类物流器具(用品)物流器具(用品)*运转车运转车 *存放柜存放柜高电压设备高电压设备*产生静电感应电压并放电产生静电感应电压并放电典型的静电源典型的静电源(表表1-2)2.2 分述分述:静电源是如何产生静电危害?静电源是如何产生静电危害?1、工作服:工作服:作业人员穿用的普通工作服(化纤和纯棉)与工作台面,作业人员穿用的普
8、通工作服(化纤和纯棉)与工作台面,工作椅摩擦时可产生工作椅摩擦时可产生0.210微库仑的电荷量,在服装表面能微库仑的电荷量,在服装表面能产生产生6000伏以上的静电电压并使人体带电。当作业人员手持集伏以上的静电电压并使人体带电。当作业人员手持集成电路与工作服或工作台面放置的元器件接触时,即可导致放成电路与工作服或工作台面放置的元器件接触时,即可导致放电。因元器件各引出线接触电位不同和芯片电介质极薄绝缘强电。因元器件各引出线接触电位不同和芯片电介质极薄绝缘强度很低等原因,很容易造成器件电介质的击穿。度很低等原因,很容易造成器件电介质的击穿。Foryou Multimedia Electronic
9、s CO.,LTD2、工作鞋:、工作鞋:一般工作鞋(橡胶或塑料鞋底)的绝缘电阻高达一般工作鞋(橡胶或塑料鞋底)的绝缘电阻高达11013欧欧姆以上,当与地面摩擦时产生静电荷使人体带静电。调查表明姆以上,当与地面摩擦时产生静电荷使人体带静电。调查表明工作鞋与地面摩擦所产生静电导致元器件失效的事例并不多。工作鞋与地面摩擦所产生静电导致元器件失效的事例并不多。但因其较高的绝缘电阻使人体所带静电不能很快泄漏从而对元但因其较高的绝缘电阻使人体所带静电不能很快泄漏从而对元器件的生产带来不良影响。器件的生产带来不良影响。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD3、树脂、浸漆封
10、装表面:、树脂、浸漆封装表面:许多元器件需要用高绝缘树脂、漆封装表面。因运输过程许多元器件需要用高绝缘树脂、漆封装表面。因运输过程的摩擦,在其表面能产生几百伏以上的静电电压,造成器件芯片的摩擦,在其表面能产生几百伏以上的静电电压,造成器件芯片击穿。击穿。4、各种包装和容器:、各种包装和容器:用用PE(聚乙烯)、(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、聚脂等高分子材料制备(聚丙烯)、聚脂等高分子材料制备的包装和元件盒(箱)都可因摩擦、冲击产生静电荷(表面电位的包装和元件盒(箱)都可因摩擦、冲击产生静电荷(表面电位可达数可达数kV)并对所包装器件产生不良影响。)并对所包装器件产生不良影响。Foryou Mul
11、timedia Electronics CO.,LTD5、终端台、工作台:、终端台、工作台:终端台、工作台表面受到摩擦产生静电时,可对放置其上终端台、工作台表面受到摩擦产生静电时,可对放置其上的电子器件放电。的电子器件放电。6、各种绝缘地面:、各种绝缘地面:打腊抛光地板、橡胶板等都可因摩擦产生静电。另外因其打腊抛光地板、橡胶板等都可因摩擦产生静电。另外因其高绝缘电阻,作业人员带静电后不会短时间将静电荷泄漏。高绝缘电阻,作业人员带静电后不会短时间将静电荷泄漏。7、温箱:、温箱:温箱内热循环空气流动与箱体摩擦产生大量静电荷,对器温箱内热循环空气流动与箱体摩擦产生大量静电荷,对器件热烘处理非常不利。
12、件热烘处理非常不利。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD8、CO2低温箱:低温箱:在使用在使用CO2的冷却箱内,的冷却箱内,CO2蒸气可以产生大量的静电荷。蒸气可以产生大量的静电荷。9、空气压缩机:、空气压缩机:利用空气压缩机的喷雾、清洗、喷漆、喷砂等设备都可因空利用空气压缩机的喷雾、清洗、喷漆、喷砂等设备都可因空气剧烈流动或介质与喷嘴摩擦产生大量静电荷。带电介质接触到气剧烈流动或介质与喷嘴摩擦产生大量静电荷。带电介质接触到电子器件时可造成损坏。电子器件时可造成损坏。10、某些电子生产设备:、某些电子生产设备:焊烙铁、波峰焊机等某些元器件装配设备内设的高压
13、变压器,焊烙铁、波峰焊机等某些元器件装配设备内设的高压变压器,交直流电路都可在设备上感应出静电电压。如不采取静电接地措交直流电路都可在设备上感应出静电电压。如不采取静电接地措施,也可使元器件在装配过程中失效。施,也可使元器件在装配过程中失效。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD表表1-3 操作人员工作时产生静电的典型数据对比操作人员工作时产生静电的典型数据对比静电产生方法静电产生方法静电电压(静电电压(V)相对湿度:相对湿度:10%20%相对湿度:相对湿度:65%90%人在地毯上行走人在地毯上行走160001500人在乙烯树脂地板上行走人在乙烯树脂地板上行
14、走12000250人在工作台上操作人在工作台上操作6000100乙烯树脂说明书封面摩擦乙烯树脂说明书封面摩擦7000600聚氨脂泡沫垫子移动聚氨脂泡沫垫子移动180001400Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD1、日本曾对不合格的电子产品进行过解剖分析,发现、日本曾对不合格的电子产品进行过解剖分析,发现45%的不合格器件是由静电放电造成的。美国也在上世纪八十年代的不合格器件是由静电放电造成的。美国也在上世纪八十年代初作过统计,它的电子工业每年由于静电造成的损失高达初作过统计,它的电子工业每年由于静电造成的损失高达100亿亿美元。英国经过数年调查了解到,该
15、国上世纪美元。英国经过数年调查了解到,该国上世纪7080年代,每年代,每年因静电造成的电子产品损失约为年因静电造成的电子产品损失约为20亿英磅。亿英磅。2、北京某航天研究所,在、北京某航天研究所,在1992年初组装调试我国年初组装调试我国“资源卫资源卫星星”上使用的一种仪器时,因人体静电放电导致上使用的一种仪器时,因人体静电放电导致2只价值只价值6000美美元的进口并遭禁运的元的进口并遭禁运的CCD器件(一种器件(一种MOS器件)失效,几乎影器件)失效,几乎影响卫星的发射进度。响卫星的发射进度。2.3 静电对电子工业造成损害的典型事例静电对电子工业造成损害的典型事例Foryou Multime
16、dia Electronics CO.,LTD3、航天部门北京某厂在生产一种、航天部门北京某厂在生产一种“长征三号火箭长征三号火箭”用仪器用仪器时,因进口时,因进口MOS门电路门电路CT30,用不防静电的塑料包装封装,短,用不防静电的塑料包装封装,短短不到两年时间因静电导致器件失效损失达短不到两年时间因静电导致器件失效损失达30万人民币以上。万人民币以上。4、西欧一家著名的电视机制造厂在七十年代每日生产、西欧一家著名的电视机制造厂在七十年代每日生产1000部电视机。在生产制造方面,生产总故障率中部电视机。在生产制造方面,生产总故障率中60%是静电引起是静电引起的,每年要付出近千万美元的赔偿保证
17、金。的,每年要付出近千万美元的赔偿保证金。1979年由一家日本年由一家日本公司接收以后,采取高标准的品质管理和防静电措施,每日生公司接收以后,采取高标准的品质管理和防静电措施,每日生产产2000部电视机,累积故障率中只有部电视机,累积故障率中只有2%是由静电引起的。是由静电引起的。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD提问问题提问问题1:防尘车间门口都吊有铁链,进入车防尘车间门口都吊有铁链,进入车间时手要先摸一下铁链,为什么间时手要先摸一下铁链,为什么?答案:车间内要求为防静电,吊链都有接地,这样进入车间时手摸铁链可以导走人体的静电,减小静电危害发生第第3节
18、节 静电防护原理静电防护原理方法方法1:静电耗散与接地:静电耗散与接地方法方法2:静电中和静电中和方法方法3:静电屏蔽与接地静电屏蔽与接地方法方法4:增湿:增湿在很多操作过程中,不产生静电是不可能的,但产生静电并非在很多操作过程中,不产生静电是不可能的,但产生静电并非危险所在,危害在于静电积累以及由此产生的静电放电。因此防止危险所在,危害在于静电积累以及由此产生的静电放电。因此防止静电积累显得尤为重要。下面分静电积累显得尤为重要。下面分4种方法介绍:种方法介绍:Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD方法方法1:静电耗散与接地静电耗散与接地静电耗散静电耗散,就
19、是将,就是将ESD防护材料或导体上积防护材料或导体上积累的静电荷用某些导静电方式,将其泄漏到大地累的静电荷用某些导静电方式,将其泄漏到大地或者一个表面积足够大的悬浮接地体上。或者一个表面积足够大的悬浮接地体上。静电接地静电接地适用于导静电材料和静电耗散材料。适用于导静电材料和静电耗散材料。如胶皮接地。如胶皮接地。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD静电屏蔽材料静电屏蔽材料体积电阻率小体积电阻率小1 102欧欧米米导静电材料导静电材料(导体)(导体)表面电阻、体积电阻表面电阻、体积电阻1106欧姆欧姆静电耗散材料静电耗散材料表面电阻、体积电阻在表面电阻、体积
20、电阻在1 106 1 1010之间之间静电非导体材料静电非导体材料(绝缘体)(绝缘体)表面电阻、体积电阻在表面电阻、体积电阻在1 1011欧以上欧以上材料导电性能等级分类材料导电性能等级分类:Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD静电接地静电接地静电接地电阻值静电接地电阻值R的大小取决与危险静电源的最大起电的大小取决与危险静电源的最大起电率率I和防静电工作区中允许出现的最高静电电位和防静电工作区中允许出现的最高静电电位U:R=U/I对于静电接地电阻,国家标准对于静电接地电阻,国家标准GB12158-90规定;静规定;静电导体(材料)与大地间的总泄漏电阻通常不
21、应大于电导体(材料)与大地间的总泄漏电阻通常不应大于1兆欧,兆欧,每组专设的静电接地装置的接地电阻值,一航不应大于每组专设的静电接地装置的接地电阻值,一航不应大于100欧。在山区等地,其接地电阻值也不应大于欧。在山区等地,其接地电阻值也不应大于1000欧。欧。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTDSJ/T10533-1994电子设备制造防静电技术要求规定电子设备制造防静电技术要求规定设备静电接地电阻值不大于设备静电接地电阻值不大于10欧。欧。电子工业静电接地有电子工业静电接地有软接地软接地和和硬接地硬接地之分,之分,软接地软接地是指地是指地线串接阻值较高的电
22、阻器后再与大地相连。软接地的目的在于线串接阻值较高的电阻器后再与大地相连。软接地的目的在于将对地电流限制在人身安全范围之下(通常为将对地电流限制在人身安全范围之下(通常为5毫安)软接地所毫安)软接地所需要的电阻值大小,取决于靠近接地点的人员可能接触到的交、需要的电阻值大小,取决于靠近接地点的人员可能接触到的交、直流电压值,很多标准将软接地电阻值定为直流电压值,很多标准将软接地电阻值定为1兆欧,(兆欧,(实例防静实例防静电手腕)电手腕)。硬接地硬接地是指将地线直接接地或通过一低电阻接地。是指将地线直接接地或通过一低电阻接地。一般情况,硬接地用于静电屏蔽或仪器设备,金属体的接地。一般情况,硬接地用
23、于静电屏蔽或仪器设备,金属体的接地。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD方法方法2:静电中和静电中和静电中和静电中和是消除静电的重要措施之一,适用于消除静电非是消除静电的重要措施之一,适用于消除静电非导体上的电荷。导体上的电荷。静电中和原理:利用外界因素将空气电离,利用异性电荷静电中和原理:利用外界因素将空气电离,利用异性电荷相吸的原理,异号电荷与静电源上的电荷中和,同号电荷导向大相吸的原理,异号电荷与静电源上的电荷中和,同号电荷导向大地,从而消除静电源上积累的静电。地,从而消除静电源上积累的静电。在某些场合中,当不便使用在某些场合中,当不便使用ESD防护
24、材料时,或工作台或工防护材料时,或工作台或工艺线上必须使用某些高绝缘易产生静电的物品时,为了保证产品艺线上必须使用某些高绝缘易产生静电的物品时,为了保证产品质量就必须对操作环境采取静电中和措施。静电中和是借助离子质量就必须对操作环境采取静电中和措施。静电中和是借助离子静电消除器或感应式静电刷来实现的。静电消除器或感应式静电刷来实现的。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD方法方法3:静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽适用于对高压电源的静电屏蔽、某些对静电极敏适用于对高压电源的静电屏蔽、某些对静电极敏感电路的屏蔽,从而避免静电场对感电路的屏蔽,从而避免静电场对E
25、SDS器件和器件和ESDS组件的感组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。应和静电放电产生的宽频带干扰。适用于电路设计、工艺设计等工程。适用于电路设计、工艺设计等工程。Foryou Multimedia Electronics CO.,LTD提问问题提问问题2:防尘车间内都配有中央空调,但为防尘车间内都配有中央空调,但为什么还要追加加湿机或环保空调?什么还要追加加湿机或环保空调?答案:答案:增加湿度,则非导体材料的表面电导率增加,增加湿度,则非导体材料的表面电导率增加,使物体积蓄的静电荷可以更快泄露。使物体积蓄的静电荷可以更快泄露。方法方法4:增湿增湿湿度增加可以使非导体材料的表面电导率增加,使
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