静电防护技术 ESD.ppt

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1、1静电防护技术静电防护技术2课程目标课程目标1、了解ESD的基本知识、放电模式；3、熟悉现场使用到的防静电用品和测试设备。2、了解防静电系统的构成；3目录目录 Contents1静电基本知识2静电放电模型3静电防护原理4静电防护用品5静电测试设备4静电：静止未流动的电荷。能够长时间停留在某些物料上。静电：静止未流动的电荷。能够长时间停留在某些物料上。ESDESD：E Electrolectros static tatic D Discharge ischarge 静电放电静电放电因为电子产品生产中静电放电是静电危害最主要的部分，因为电子产品生产中静电放电是静电危害最主要的部分，所以所以ESDE

2、SD成为静电的防护代名词。成为静电的防护代名词。静电基本知识5常见的静电放电现象常见的静电放电现象1、雷电：电压高达数亿伏；2、严寒的冬天，当您脱下暖和的毛衣，您会听到哔哔啪啪声；3、干燥的冷天，当伸手去开车门或窗户，会感到触电的感觉；4、用手去抚摸家里的猫，您会发现猫竟然怒发冲冠6See5000VHear4500VTouch2000VComponentDamage15-30V操作操作人体静电位人体静电位(V)相相对湿对湿度度20%相对湿度相对湿度80%在聚乙烯地面行走在聚乙烯地面行走12000250合成纤维地毯上行走合成纤维地毯上行走350001500坐在泡沫填充的椅子上坐在泡沫填充的椅子上

3、180001500拿起聚乙烯塑袋拿起聚乙烯塑袋20000600在在普通工作台上滑动塑料盒普通工作台上滑动塑料盒180001500移除移除PCB上的上的MYLAR胶胶带带120001500PCB上的收缩膜上的收缩膜160003000使用使用真空吸锡器真空吸锡器80001000用氟利昂喷洒电路用氟利昂喷洒电路150005000人们对静电的感知人们对静电的感知7静电与电的区别静电与电的区别静电静电直、交流电直、交流电现象静止的电荷流动的电荷放电时间瞬间放电（皮秒微秒）持续放电能量通常情况下能量很小能量大人体感觉不易感觉，通常情况下2000V以上才能被感觉36V以上的电压即可对人体构成危害8静电的产生

4、有四个途径。1、接触分离（最常见的摩擦）2、电感应3、电容效应4、压电效应静电的静电的“产生产生”9摩擦生电主要来源：接触+摩擦压力或+分离静电的静电的“产生产生”10+1、接触分离带电理论上讲，不同物质接触分离都会产生静电，只是静电压高低的问题。以下两种情况容易产生较高的静电：I.吸真空负压的接触分离；II.反复接触分离动作。静电的静电的“产生产生”111、摩擦带电p摩擦通常被认为反复的接触分离，容易产生较高的静电，需要特别注意。p工作中的人体走动，取放物品都会产生静电p设备中的运动也有摩擦或接触分离的动作，因此也会产生静电p移动的设备如推车，也会因摩擦产生静电静电的静电的“产生产生”121

5、、剥离带电+同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会产生静电通常会产生强烈的静电，需要使用离子风机消除物质原有的电荷平衡被打破，两边带上相反的电荷典型的静电源：1）不干胶贴2）静电膜3）标签静电的静电的“产生产生”13静电的静电的“产生产生”静电序列表规律：规律：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；实际应用：实际应用：人类认识的不足：不同列表有所差异；循环现象；反向现象；应用时不可作为硬标准。玻璃有机玻璃尼龙羊毛丝绸棉织品纸金属黑橡胶涤纶维尼纶聚苯乙烯聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯+-142、感应带电：+接近静电传递+接地+离开导体的周边出现静电场时，导

6、体会因电场感应而带静电。导体的周边出现静电场时，导体会因电场感应而带静电。静电的静电的“产生产生”15感应带电往往会让电子器件带电，从而造成损坏，因此在敏感器件的操作区要严格地控制静电场水平。我公司控制的要求为静电压小于0200V。2、感应带电：静电的静电的“产生产生”163、电容效应C=o r A/do=8.85 X 10-12 F/m10 10 votlsvotls1,000 1,000 volts!volts!d dr=材料的相对介电常数V=Q/CdV静电压并非固定值！电容效应只增加静电破坏的风险程度，并没有改变电荷量！静电的静电的“产生产生”17目录目录 Contents1静电放电模型

7、2静电基本知识3静电防护原理4静电防护用品5静电测试设备18静电放电模型静电放电模型 带电器件模式 人体放电模式 机器放电模式建立模型的目的：1、针对不同的模型寻找防止不同ESD的方法；2、知道器件敏感不同放电方式下的耐受能力（静电敏感度）业界在对发生ESD的三类普遍的情况总结后形成了三个典型的ESD模型：19静电放电模型静电放电模型人体放电模式（Human Body Model,HBM）：描述人体带了静电后接触处于接地的器件，发生放电的情况。避免HBM最有效的方法是使用人体接地，减少人体带电的情况。20静电放电模型静电放电模型机器放电模式（Machine Model,MM）：描述设备、机器等

8、金属物体带了静电后接触处于接地的器件，发生放电的情况。避免MM最有效的方法是确保设备、工作台、运输工具等接地。由于设备通常比人体电容大，所带静电荷多，且阻值小，并有电感效应存在，MM造成的ESD损伤比同等电压下HBM严重很多。可理解为最恶劣的可理解为最恶劣的HBMHBM情况情况 由日本开创制定由日本开创制定21静电放电模型静电放电模型带电器件模式（charged Device Model,CDM）：描述器件带静电后接触一个接地的导体发生放电的情况描述器件带静电后接触一个接地的导体发生放电的情况。器件带电可能因摩擦或传导直接带电，也可能因感应而带电。如器件带电可能因摩擦或传导直接带电，也可能因感

9、应而带电。如是后者，其放电过程可能分两次进行是后者，其放电过程可能分两次进行。22静电放电模型静电放电模型带电器件模式（charged Device Model,CDM）：CDM的防范主要从以下几方面入手：的防范主要从以下几方面入手：避免器件因包装和周转容器材料的原因摩擦产生静电；避免器件因包装和周转容器材料的原因摩擦产生静电；避免器件周围有静电源而产生感应带电；避免器件周围有静电源而产生感应带电；与器件接触的材料使用耗散型材料。与器件接触的材料使用耗散型材料。231kV放电CDM,HBM 及MM 放电比较MMHBM(0.66A Peak)CDM(30pf Test Module)AnsCDM

10、 只有HBM和 MM放电时间的百分之一峰值电流比HBM高40倍静电放电模型静电放电模型24静电放电模型静电放电模型静电敏感度分档的目的：不同的敏感度需要不同的控制做法不同的敏感度需要不同的控制做法 太多的管制增加成本以及操作困难太多的管制增加成本以及操作困难 必须在成本、可操作性和效率之间取得平衡必须在成本、可操作性和效率之间取得平衡所以知道器件的敏感度是重要的！所以知道器件的敏感度是重要的！25静电放电模型静电放电模型静电敏感度分档：ClassVoltage RangeClass 0 250 voltsClass 1A250 volts to 500 voltsClass 1B500 vol

11、ts to 1,000 voltsClass 1C1000 volts to 2,000 voltsClass 22000 volts to 4,000 voltsClass 3A4000 volts to =8000 volts元器件HBM敏感度等级划分ClassVoltage RangeClass M1 100 voltsClass M2100 volts to 200 voltsClass M3200 volts to or=400 volts元器件MM敏感度等级划分26静电放电模型静电放电模型静电敏感度分档：ClassVoltage RangeClass C1125 voltsClas

12、s C2125 volts to 250 voltsClass C3250 volts to 500 voltsClass C4500 volts to 1,000 voltsClass C51,000 volts to 1,500 voltsClass C61,500 volts to 2,000 volts元器件CDM敏感度等级划分27器件种器件种类类ESD电压电压范范围围（HBMV）硬盘磁头硬盘磁头10100VV MOS半半导导体器件体器件30-1800VMOS 场场效效应应管器件管器件100-200V砷化砷化镓场镓场效效应应管器件管器件100-300V存存储储器器100V结型型场效效应

13、晶体管晶体管140-7000V声波表面声波表面滤滤波器波器150-500V运算放大器运算放大器190-2500VC MOS250-3000V肖特基二极管肖特基二极管300-2500V薄膜薄膜电电阻阻300-3000V双极型晶体管双极型晶体管380-7000V射射级耦合耦合逻辑电路路500VLED5008000V可控硅器件可控硅器件680-1000V静电放电模型静电放电模型部分元器件的静电敏感度28目录目录 Contents1静电防护原理2静电放电模型3静电基本知识4静电防护用品5静电测试设备29缺乏管制意识的主要原因1.人体能感觉出静电存在的水平为 2,000 4,000 volts，但敏感器

14、件只须 100 volts便能被损坏(大部分 1,000 volts)2.大部分的静电破坏是潜在的，并不能够被马上识别出。3.静电破坏现象有较差的重复性,并且不容易模拟。4.找出静电破坏的证据和根源一般相当不容易，而且成本可能很高5.缺乏培训和对问题的重视(ESD 破坏常被误判为 EOS 损坏)静电防护原理静电防护原理30Management RequirementsTechnical Requirements缺乏同时考虑技术和管理方面的要求，并把两者仔细整合起来，我们的ESD控制就难以做得很好 静电防护原理静电防护原理31静电防护原理静电防护原理管理上的要求 系统建设管理 系统维护管理 系统

15、改善管理 专职的项目经理和ESD委员会 管理层的决心和真正承诺 意识/管理培训 供应链管理32静电防护原理静电防护原理 ESDS 分类 内置保护设计 制定所需控制程度 指定和设计EPA 控制材料和工具的选择采购 接地设计 电离中和设计 技术/操作/运作培训 建立测量设备/能力技术上的要求33静电防护原理静电防护原理全面管制是重要的34静电防护原理静电防护原理35静电防护原理静电防护原理1 1、电阻、电阻/两点间电阻（两点间电阻（Point-to-Point ResistancePoint-to-Point Resistance）-用以分析或描述点与点之间的电阻用以分析或描述点与点之间的电阻Po

16、int APoint APoint BPoint BI IV V两端电阻高两端电阻较低两端电阻更低R=R=V VI I电阻是个可以被直电阻是个可以被直接测量的参数接测量的参数 物件体积以及测点距离决定电阻值物件体积以及测点距离决定电阻值 测量结果也受到测量用探针种类影响测量结果也受到测量用探针种类影响36静电防护原理静电防护原理2 2、表面电阻率（表面电阻率（Surface ResistivitySurface Resistivity）-用以分析依赖表面放电为主的材料用以分析依赖表面放电为主的材料测量电极测量电极w wl l测量材料测量材料表面表面I/I/w wV/V/l l表面电阻率表面电阻

17、率=电阻电阻 X Xw wl l 表面电阻是个不受尺寸影响的常数，以表面电阻是个不受尺寸影响的常数，以 /表示表示37使用表面电阻率的原因表面电阻率是个最常用参数，因为表面电阻率是个最常用参数，因为.1.1.测量结果不受测量电极或探针种类的影响，数据方便于比较测量结果不受测量电极或探针种类的影响，数据方便于比较2.2.大多数防静电工具利用其表面来放电，测量表面的导电性能因此提供直接的依据大多数防静电工具利用其表面来放电，测量表面的导电性能因此提供直接的依据3.3.测量直接、方便和容易测量直接、方便和容易静电防护原理静电防护原理2 2、表面电阻率（表面电阻率（Surface Resistivit

18、ySurface Resistivity）38静电防护原理静电防护原理R R 厚度厚度截面积截面积T TL LWWI ICurrentCurrentR=R=T TL X WL X Wohmohm =L X WL X WT TR Rohm-cmohm-cm体积电阻率体积电阻率从材料的电阻率数据中，我们可以计算出某体形大小的材料的电阻！从材料的电阻率数据中，我们可以计算出某体形大小的材料的电阻！3 3、体积电阻率（、体积电阻率（volume/bulk resistivity)volume/bulk resistivity)-用来测量或分析单一性的材料用来测量或分析单一性的材料39导体材料耗散材料绝

19、缘材料01051012 静电防护原理静电防护原理+-+-很难获得静止很难获得静止的自由电子的自由电子容易获得静止容易获得静止的自由电子的自由电子(表面电阻值表面电阻值 )/增加材料的导电性能够减少静电的累积增加材料的导电性能够减少静电的累积 !40ESD防护的基本技术手段防护的基本技术手段1.等电位等电位2.接地接地3.中和中和4.静电放电屏蔽静电放电屏蔽5.湿度控制湿度控制6.防静电材料和抗静电剂处理防静电材料和抗静电剂处理7.敏感器件的标注敏感器件的标注静电防护原理静电防护原理41等电位等电位基本原理：基本原理：让可能接触敏感器件的让可能接触敏感器件的所有表面处于等电位状所有表面处于等电位

20、状态，避免静电放电发生。态，避免静电放电发生。做法：所有可能接触器件的物做法：所有可能接触器件的物体使用并联连接（共同连接点）体使用并联连接（共同连接点）静电防护原理静电防护原理注意事项：注意事项：静电仍可能存在于器件上，小心 CDM 破坏!42接地接地基本原理：将静电通过接地线或接地装置传导泄放到大地。做法：做法：建立静电接地系统建立静电接地系统使用静电导电或静电耗散材料使用静电导电或静电耗散材料并接入并接入ESD接地系统接地系统人体佩戴手腕带，并接入人体佩戴手腕带，并接入ESD接地系统接地系统人体穿防静电鞋人体穿防静电鞋所有人员必须是不间断的接地所有人员必须是不间断的接地静电防护原理静电防

21、护原理注意事项：放电速度必须得到控制，不能太快或太慢(105 R 电晕放电电压，离子化形成而产生离子 异性离子被吸引到带电物件上，中和静电。同性离子被排离物件，再被离子机吸收放电到接地点66静电防护用品静电防护用品电场离子风机（电场离子风机（Ionizers）有源电场离子机 电离子是因电场产生，不是电压产生当离子机射极为正时：负离子被吸引到射极而中和 正离子被射极排斥而离开射极，像是发射出去67静电防护用品静电防护用品电场离子风机（电场离子风机（Ionizers）交流电离子机 设计简单，成本低 正负离子交替产生周期为1/100 or 1/120秒(50 or 60 Hz)，离子的自然中和会进一

22、步降低效率，需要高风速补偿 由于效率低，需要更大的电压来产生足够的离子，会造成许多颗粒，不利于严格的无尘车间使用+ve breakdown level-ve breakdown level+ve ionization zoneve ionization zone-ve ionization zoneve ionization zoneSine wave H.V.(50 60 Hz)Sine wave H.V.(50 60 Hz)稳定68静电防护用品静电防护用品电场离子风机（电场离子风机（Ionizers）直流电离子机 需要复杂的控制电路来确保正负离子数量的平衡 连续的高压使电离效率高，能处理快

23、速中和需求；适合无尘车间使用 脉冲产生的离子群减少自然中和的情况，允许离开保护对象较远（能达5m）最常用于无尘车间或需要低空气流动的场合连续直流电离子机0.5 1 0.5 1 sec pulsesec pulsePulsating H.V.Pulsating H.V.+ve ionize zoneve ionize zone-ve ve ionize ionize zonezonePrevent ion Prevent ion recombination recombination(0.5 sec)(0.5 sec)连续直流电离子机脉冲直流电离子机脉冲直流电离子机69防静电包装袋防静电包装袋屏

24、蔽袋、防潮袋最安全的包装袋导电袋，一般为永久性防静电材料暂时性防静电材料制成的包装袋，需要定期评估注意：防静电包装袋应标注防静电标志，以示区别！静电防护用品静电防护用品70目录目录 Contents1静电测试设备2静电基本知识3静电防护原理4静电防护用品5静电放电模型71万用表万用表 接地检测仪接地检测仪 静电测试设备静电测试设备使用:某点的接地情况测量 导体材料电阻特性认证 接线电阻测量/确认 漏电电压/电流测量使用:接地端子的电阻/漏电压的测量72静电测试设备静电测试设备手腕带测试仪手腕带测试仪 人体综合阻值测试仪人体综合阻值测试仪 使用:测量腕带的电阻 测量腕带连人体的综合系统阻值 漏电电压/电流测量使用:把整体人体接地系统电阻（包括腕带、鞋子或鞋带、人体）综合测试73静电测试设备静电测试设备兆欧表兆欧表 重锤式表面电阻表使用:测量地板、静电桌垫、地垫、防静电椅、衣服、手套、手指套等的表面电阻和接地电阻74静电场强计静电场强计 CPM静电测试设备静电测试设备使用:检查/监视静电放电 测试表面电压 测试离子风机的平衡电压使用:测试离子机的中和或放电时间 测试离子机的正负离子平衡度（偏执电压）鞋子、鞋带、地板系统的防静电性能