《防静电知识介绍》PPT课件.ppt
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1、ESD的危害与消除的危害与消除 YADION SECIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.1自然界的自然界的ESDESD现象现象现象A:闪电,每一次闪光都是一次巨大的静电释放,静电从聚集的雷雨云传向地球。现象B:洗衣机洗完衣物后,用手取出衣物时,发出噼啪声和火花。现象C:走过地毯后触摸门的把手,会感觉电击。据日本80年代统计,失效的半导体器件中,45%是静电造成的.2静电和静电放电的定义和特点 静电释放(ESD)的定义:电荷从一个物体突然传递到另一个物体的过程。什么是静电?静电是由于物质表面的正负电荷分离所造成的电位;静电的高低与材料的特性、环境温度、湿度等密切相关。3对静电和静电
2、危害的认识 静电(Electrostatic)是物体表面过剩或不足的静止电荷。是一种电能,它存留于物体表面;是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果,是通过电子或离子的转换而形成的。静电现象是电荷在产生和消失过程中产生的电现象的总称。随着科技发展,静电现象已在静电喷涂、静电纺织、静电分选、静电成像等领域得到广泛应用。但在另一方面,静电在许多领域带来重大危害和损失。在电子工业中,静电位达1.5-35KV,足以使元器件受损,硬击穿或软击穿,形成永久性或暂时性失效.4静电基础知识静电基础知识静电现象(electrostatic phenomenon)由于带电体的静电场作用而引起的静电放电、静电感应、介质
3、极化及静电力作用等物理现象的统称。静电的高低与材料特性、环境温度、湿度等密切相关5静电放电(静电放电(ESD)无任何感觉:1000V听到放电声音:20003000V能够感觉到:30004000V能够看到:5000V6静电的产生(一)静电的产生(一)传导带电摩擦生电感应生电7静电的产生(二)静电的产生(二)地板:尤其是塑料地板或地毯椅子:木质、塑料或化学材质衣服:化纤及一般布料工作台面:磨光、油漆及上蜡其它:塑料垫、文件夹等任何产生摩擦的地方8静电是否可不产生静电是否可不产生是自然现象,没法杜绝只能消除或减小想法泄放9所能产生的电位所能产生的电位根源根源温度温度1020%湿度湿度6590%在地毯
4、上行走35000V1500V在帆布上行走12000V250V在工作台上工作6000V100V从塑料管中取元件2000V200V拿起一只塑料袋200000V1200V在布套椅上工作18000V1500V10 静电放电危害的几种模式1.引发火灾和爆炸事故2.造成人体电击3.造成产品损害4.造成对电子设备正常运行的干扰.11 静电感应危害 静电感应是使物体带电的一种方式可在器件引线、工具、包装容器上产生高的静电压,并对半成品等造成静电损害12 环境湿度对静电的影响在干燥的季节产生静电的几率大在湿度较大的环境中产生静电的几率小在工厂厂房内,增加湿度,减小静电的产生.最好:湿度RH在45%-75%内形成
5、机理是介质物体表面电导率提高 13 关于电子产品静电防护 电子产品的静电防护工作,具有下述明显特点:1/超细、超薄的加工工艺和产品细微结构,即使20V下也可能造成损害2/对静电敏感的产品,如半导体分立器件、集成电路、厚薄膜电路等3/静电防护工作是一项系统工程,它涉及敏感电子产品的制造、装配、处理、检查、试验、维修、包装、运输、贮存、使用等各个环节,而且是一种串联模式,任一环节上的失误,都将导致整个防护工作的失败;14 ESDESD在工业领域的危害在工业领域的危害 电子产品静电放电损害的特点:隐蔽性失效分析的复杂性损伤具有潜在性损伤的随机性15 电子元器件静电损伤的失效类型 1/突发性完全失效,
6、ESD造成电子元器件铝条烧断、硅片局部融化、PN结边缘损伤等,是硬性损伤,约占总数10%2/潜在性缓慢失效,静电能量低,对元器件造成轻度损伤,难以预先检测,只能在工作过程中发生,是软损伤,约占90%,危害最大。16 静电对器件和产品的破坏机理 热击穿 金属导电层熔化 介质击穿 气体电弧放电 表面击穿 体击穿17部分元件对静电的敏感程度部分元件对静电的敏感程度元件类型元件类型损坏电压损坏电压元件类型元件类型损坏电压损坏电压RF-FETS(MICRO WAVE)15VEPROM100VMR-HEADS5VJ.FET140VPENTIUM5V运算放大器190VV.MOS30VCMOS250VMOSF
7、ET100V18静电对元器件的损伤程度静电对元器件的损伤程度对P-N结造成软击穿,产品可靠性下降19静电对元器件的损伤程度静电对元器件的损伤程度芯片内单晶硅金属镀膜击穿产品废品率上升20静电对元器件的损伤程度静电对元器件的损伤程度芯片内引线击穿使产品废品率上升21静电防护的重要性静电防护的重要性电子行业除ESD损伤外,静电还会导致 ESA(Electro-Static Attraction)EML(Electro-Magnetic Interference)对净化间最具有威胁的是ESA导致的表面污染物22(ESD)静电放电所造成的损失)静电放电所造成的损失环境场合环境场合最小最小最大最大平均平
8、均元件制造4%97%1622%分销商3%70%915%承销商2%35%814%最终用户5%70%2733%23 电子产品制造中的静电源(1)人体静电(2)工作服(3)工作鞋(4)树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放入包装中运输时(5)用PP(聚丙烯)、PE(6)普通工作台面,磨光、油漆及上蜡;(7)地板;(8)电子生产设备和工具方面:24 静电防护的有关标记和符号 标记和符号是一种无声语言,按国际标准规定,如:静电敏感器件、接地点符号等推荐使用黄色和黑色 静电敏感基本符号静电敏感基本符号25 静电防护原理、目的和总的原则 对可能产生静电的地方要防止静电积聚。采取措施,使静电边产生,边泄放,并将静电电
9、压控制在安全范围内。对已经存在的静电积聚迅速消除掉,即时释放。静电防护的核心是“静电消除”。26 对人体的ESD的控制(1)管理上:在ESD安全区域张贴标志,在ESD敏感器件上粘贴标签,并对员工进行这方面的培训。(2)工程上:控制空气湿度,采用离子发生器,安装可以消散静电的地板、工作台。(3)员工:由于人是损坏ESD器件的罪魁祸首,只有每一 位员工的参与与配合,所有这些方法才能起到 真正的作用。必须对人进行ESD控制。27上衣与裤子摩擦后上衣与裤子摩擦后脱下时人体带电情况脱下时人体带电情况纯棉布 毛料丙烯聚酯尼龙维尼纶纯棉布12000V900V14700V14700V1500V1800V维尼纶
10、/棉600V4500V12300V12300V4800V300V聚酯/人造丝4200V8400V17100V17100V4800V1200V聚酯/棉14100V15300V7500V7500V14700V13800V裤料人体电位工作服质料28 具体的ESD方法 具体思路是:(1)将电荷到达器件之前,将其有控制的排除,进入工作区前穿戴静电保护服装器具,门禁检测等系统(2)随时监控,消除产生的静电,采用离子风消除;用腕带或脚接地带随时泄放;接地监控;(3)还有一些其他方式将电荷安全接地。29 工作台面的ESD控制工作台面铺设防静电橡塑胶板,同时有效接地,随时泄放静电。与接地监控系统连接在一起,实时
11、监控。30 防静电材料的特性和分类 抗静电材料的定义,IEC801-2规定为表面电阻率为105.cm1011.cm欧姆每方;DoDHDBK263的规定是把材料分为“静电耗散材料”(表面电阻率为105.cm109.cm。欧姆每方)和“抗静电材料”(表面电阻率为109.cm1014.cm欧姆每方);IECTC47(co)1330则规定“抗静电材料”属于不能按电阻率分类的材料,只能定性为“当相对摩擦或从相同的或其他类似的材料分离时,呈现最少电荷生成特性的材料”。实际上,各个标准规定的大致范围差不太多,对于我们工厂来说,没有深究的必要,只要够用即可。31表面电阻率表面电阻率导 电 体 表 面 电 阻
12、率 低 于105欧 姆/平 方放 电 体 表 面 电 阻 率 在 106 _ 109欧 姆/平 方绝 缘 体 表 面 电 阻 率 大 于109欧 姆/平 方32 静电防护器材和耗材(1)人体防静电系统包括防静电腕带、工作服、帽、手套、鞋、袜等(2)防静电地面包括防静电水磨石地面、防静电橡胶地面、PVC防静电塑料地板、防静电地毯、防静电活动地板等。(3)防静电操作系列包括防静电工作台垫、防静电包装代、防静电、物流小车、防静电烙铁及工具等(4)防静电监控、接地、离子化系统,包括联网静电监控。33 包装材料技术防护包装材料是实现产品静电防护包装的基础,只有合适的材料才能胜任一般意义上的包装功能和防静
13、电功能需要,要同时具备是不易的。材料的防静电能力与其自身的摩擦起电特性、电导率、衰减时间有关。34 接地材料技术 接地技术是任何电子设备与设施中的一项重要技术 接地是静电防护中最有效的最基本的技术措施 各接地系统有不同的接地电阻要求35人体静电防护接地系统 因为人体是一个最重要的静电源安全限流电阻的数值选用避免人体不慎触电时,形成一个通路,原则:流经人体电流小于5 mA;(工频线电压380V)人体静电荷能通过该电阻较快释放,即人体皮肤静电在内衰减至100V的敏感产品静电安全阈值以下:综合上述两因素,取为7.51051107为宜。实际常用 1M 36 工作台面/地板材料技术 工作台面应该铺设防静
14、电胶板,表面是泄放层,下面是导电层,下层一定接地。地面/地板一般都是防静电的自流平或防静电地板。37 工作服/手套/手指套材料技术工作服也易产生放电工作服防静电的机理是泄放与中和 接地时,经导电纤维向大地泄放 不接地时,借助导电纤维的微弱电晕放电而消电38 离子发生器技术在工作台区间形成离子化环境,使得工件上、服装上等随时产生的静电荷能够被中和。39 防静电检测的作用和意义 熟悉静电检测很重要,只有知道静电是怎么回事,具体的技术数值,才能知道怎么样针对解决它。40 静电测量参数和测量方法 测量参数一般包括:静电电位 电阻与电阻率 接地电阻 人体静电参数等测量仪器都是接触式或非接触式静电电压表等
15、采用场强计来测量。电阻的测量,按国标GB1410-89采用高阻计。41 测量静电所面对的难点 对测量仪器的绝缘程度要求高静电测量受各种环境条件影响显著静电测量结果的复现性差42 测量仪器的种类和原理 静电测量仪器 (1)静电场测试仪用于测量台面、地面等表面电阻值。平面结构场合和非平面场合要选择不同规格的测量仪。(2)腕带测试仪测量腕带是否有效。(3)人体静电测试仪用于测量人体携带的静电量,人体双脚之间的阻抗,测量人体之间的静电差,腕带、接地插头、工作服等是否防护有效。还可以作为入门放电,把人体静电隔在车间之外。(4)兆欧表用于测量所有导电型、抗静电型及静电 泄放型表面的阻抗或电阻。43 测量的
16、应用例子 正常工作时随时测量静电位的数值 定期测量,包括接地电阻的测量、静电位的测量 44 如何控制ESD 防静电的基本要求:防止静电的产生 减少和消除静电荷 减少静电的危害 严格防静电管理45静电的消除方式静电的消除方式安全对地释放(对放电体而言)离子中和(对绝缘体而言)46静电控制的几个方面静电控制的几个方面防止静电菏积聚(Prevention)建立安全的泄放通路(Grounding)设立良好的离子中和设备确认并有效的监测措施控制静电的生成环境47静电的全面控制静电的全面控制如图所示,静电 的全面控制48静电防护方法 使用防静电材料 泄漏与接地 静电防护材料的使用方法49 对非导体带静电的
17、消除方法 非导体带静电的消除不能用接地的方法 对于绝缘体上的静电,由于电荷不能在绝缘体上流动,因此不能用接地的方法消除静电。可采用以下措施:(a)使用离子风机离子风机产生正、负离子,可以中和静电 源的静电。可设置在空间和贴装机贴片头附近。(b)使用静电消除剂静电消除剂属于表面活性剂。可用静电 消除剂檫洗仪器和物体表面,能迅速消除物体表面的静电。(c)控制环境湿度增加湿度可提高非导体材料的表面电导率,使物体表面不易积聚静电。例如北方干燥环境可采取加湿通 风措施。(d)采用静电屏蔽对易产生静电的设备可采用屏蔽罩 (笼),并将屏蔽罩(笼)有效接地。50 对人体的ESD的控制 按阶段随时保证人体的接地
18、措施的完整和正常;在进入工作区前检测其防静电措施是否完整?到位?进入工作状态和区域后,实时监控其接地措施的正常工作?不会出现故障,一方面靠人的自觉;另一方面靠仪器、技术保证;51 工作台面的ESD控制 保证工作台接地的完整和正常,包括工装设备也要有完好的接地。以下图是一些公司的防静电工作台的常用接地方法52工装夹具 在工作场地或流水线上的工装夹具,也要保证接地确保接地的完好53设备 物料 确保设备的接地物料运输过程中,采用防静电包装 54 设计阶段即要考虑防静电措施 为了在电子产品制造中尽量少的产生静电,控制静电荷积聚,对已经存在的静电积聚迅速消除掉,即时释放,应从厂房设计、设备安装、操作、管
19、理制度等方面采取有效措施。55 现场的工艺控制 生产设备必须接地良好防静电要求设置防静电区域,并有明显的防静电警示标志:定期测量地面、桌面、周转箱等表面电阻值 静电安全区(点)的工作台上禁止放置非生产物品 工作人员进入防静电区域,需放电。操作人员进行操作时,必须穿防静电工作服、鞋 操作时要戴防静电腕带,每天测量腕带是否有效 测试SSD时应从包装盒、管、盘中取一块,测一块,放一块,不要堆在桌子上。经测试不合格器件应退库 加电测试时必须遵循加电和去电顺序。加电顺序:低电压高 电压信号电压的顺序进行。去电顺序与此相反。同时注意电 源极性不可颠倒,电源电压不得超过额定值 检验人员应熟悉SSD的型号、品
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