《防静电讲》PPT课件.ppt
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1、电子产品生产的静电防护电子产品生产的静电防护 刘显文刘显文 2011 2011、0808、19191 1、静电和静电现象、静电和静电现象2 2、静电的危害、静电的危害3 3、电子产品生产的静电防护、电子产品生产的静电防护4 4、静电防护管理、静电防护管理5 5、静电防护设备、静电防护设备6 6、静电防护标准、静电防护标准1 1、静电和静电现象、静电和静电现象从一些静电现象说起从一些静电现象说起:在空气干燥的季节,当你开门时偶尔会有电在空气干燥的季节,当你开门时偶尔会有电击的感觉,这就是击的感觉,这就是静电放电静电放电()。()。当你感觉电击时,你身上的静电电压已超过当你感觉电击时,你身上的静电
2、电压已超过伏!当你看到放电火花时,你身上的静伏!当你看到放电火花时,你身上的静电已高达伏!当你听到放电声音时,你电已高达伏!当你听到放电声音时,你身上的静电已高达伏!身上的静电已高达伏!但是现代许多高速超大规模集成电路碰到仅几十伏或但是现代许多高速超大规模集成电路碰到仅几十伏或更低的静电就会遭到损坏。也就是说当你接触这些电路更低的静电就会遭到损坏。也就是说当你接触这些电路时,你既没有感觉到又没有看到更没有听到静电放电时,时,你既没有感觉到又没有看到更没有听到静电放电时,这块电路就已部分损伤或完全损坏,而你可能还在找其这块电路就已部分损伤或完全损坏,而你可能还在找其硬件或软件的原因。硬件或软件的
3、原因。在上个世纪中叶以前,静电现象就如同科技馆中的在上个世纪中叶以前,静电现象就如同科技馆中的表演,只是一种有趣的物理现象;然而现在,静电已成表演,只是一种有趣的物理现象;然而现在,静电已成为高科技现代化工业的为高科技现代化工业的“杀手杀手”。关于静电的术语:关于静电的术语:1 1、静电放电静电放电 electrostatic discharge electrostatic discharge(ESDESD)两个具有不同静电电位的物体,由于直接接触或非接触两个具有不同静电电位的物体,由于直接接触或非接触时静电场感应击穿其间介质而进行的静电电荷转移的现象。时静电场感应击穿其间介质而进行的静电电荷
4、转移的现象。2 2、静电敏感器件静电敏感器件 static sensitivity device static sensitivity device(SSDSSD或或ESDSESDS)对静电放电敏感的器件。对静电放电敏感的器件。(静电放电敏感度静电放电敏感度)3 3、静电泄放静电泄放 electrostatic leakageelectrostatic leakage 将静电荷安全传导到地。将静电荷安全传导到地。4 4、导体材料导体材料 conductive materialconductive material 一种容易将静电导入地下的材料。表面电阻一种容易将静电导入地下的材料。表面电阻(系
5、数)10)106 6或或更小。更小。5 5、静电耗散材料静电耗散材料 electrostatic dissipative electrostatic dissipative materialmaterial 一种慢慢把静电导入地下的材料。表面电阻一种慢慢把静电导入地下的材料。表面电阻(系数)10106 610109 9。6 6、防静电材料防静电材料 antistatic materialantistatic material一种实际上不产生静电的材料。表面电阻一种实际上不产生静电的材料。表面电阻(系数)10109 910101212。7 7、绝缘材料绝缘材料 insulate material
6、insulate material一种不能将静电导入地下的材料。表面电阻一种不能将静电导入地下的材料。表面电阻(系数)10101212 或更大。或更大。8 8、防静电工作区防静电工作区ESD protected area ESD protected area(EPAEPA)配备各种防静电设备和器材,能限制静电电位、具有确定边配备各种防静电设备和器材,能限制静电电位、具有确定边界和专门标记的适于从事静电防护操作的场所。界和专门标记的适于从事静电防护操作的场所。9 9、静电放电敏感度静电放电敏感度(ESDS)(ESDS)静静电电材材料料:指指摩摩擦擦生生电电产产生生超超过过100V电电压压,并并且
7、将产生的电压保持且将产生的电压保持10秒以上的材料。秒以上的材料。静电静电导电导电材料:材料:表面电阻系数小于表面电阻系数小于105。静静电电耗耗散散材材料料:表表面面电电阻阻系系数数大大于于或或等等于于105但小于但小于1012。静电绝缘材料:静电绝缘材料:表面电阻系数在表面电阻系数在1012以上的以上的材料。材料。电阻和电阻率:这是静电控制技术中最关键的两个概念,它们经常混淆,不仅被用来表示材料,还用于描述评估材料的测试方法。体电阻系数:指某材料单位厚度上的直流压降与单位面积上通过的电流之比。体电阻系数是材料的基本参数之一,表示其导电性能,单位为欧姆/厘米。表面电阻系数:该参数用于厚度一定
8、的薄膜材料,其定义为表面上单位长度的直流压降与单位宽度流过电流之比。它指正方形两对边之间的阻值,只要面积远远大于薄膜厚度,则该阻值与正方形的大小无关。表面电阻率的单位是欧姆。电阻:从另一方面表示不同形状(面积和长度)和电阻率的材料对电流的阻碍作用,它同时表明材料的表面或表面与地之间的电路连通性以及物体的放电能力,单位是欧姆。表面电阻:根据EOS/ESDS11.11“静电释放平面材料的表面电阻测量”中的定义,表面电阻是指材料某个面上两点间的直流电压与通过的电流之比,以欧姆表示。表面电阻值与材料的结构无关。体电阻:根据ESDDS11.12“静电释放平面材料的体电阻测量”中的定义,体电阻是指材料两端
9、之间的直流电压与通过电流的比值,它的单位也是欧姆。绝缘材料:指表面电阻系数在110101212欧姆或体电阻系数在110101111欧姆/厘米以上的材料。绝缘材料的表面或内部基本上没有电流流动,它的电阻很大,难于接地。这种材料内的静电荷会在上面保留很长时间。导电材料:指表面电阻系数小于110105 5欧姆或体电阻系数小于110104 4欧姆/厘米的材料。这种材料电阻小,电子在其表面及内部流动非常容易,可流向任何接触到的其它导体或大地。放电材料:指表面电阻系数大于或等于110105 5而小于110101212欧姆,或体电阻系数大于或等于110104 4而小于110101111欧姆/厘米的材料。静电
10、屏蔽材料:指导电层每毫米厚度的表面电阻系数小于110104 4欧姆,或体电阻系数小于1.010103 3欧姆/厘米的材料,采用这种材料制作的法拉第保护罩可防止静电敏感器件受到静电的影响。抗静电性:通常指材料抑制磨擦起电的特性。材料的抗静电性与其电阻或电阻率没有必然的联系。2 2、静静电电的的危危害害:在电子工业领域,由于在电子工业领域,由于ESDESD的的影响,美国每年造成的损失约影响,美国每年造成的损失约100100亿亿美元,英国每年损失为美元,英国每年损失为3535亿英镑,亿英镑,日本不合格的电子器件中有日本不合格的电子器件中有70%70%是由是由静电引起。在我国,因静电造成的静电引起。在
11、我国,因静电造成的损失也很严重。损失也很严重。49%49%的电路故障是由静的电路故障是由静电引起!电引起!静电吸附尘埃,产生短路现象,导致电器损坏。静电吸附尘埃,产生短路现象,导致电器损坏。静电放电造成电磁干扰,引起电子设备的故障静电放电造成电磁干扰,引起电子设备的故障或误动作。或误动作。静电放电击穿集成电路和精密电子元件,形成静电放电击穿集成电路和精密电子元件,形成软击穿或硬击穿故障,破坏系统正常工作。软击穿或硬击穿故障,破坏系统正常工作。引发爆燃事故引发爆燃事故对人体造成电击不适感甚至引发事故。对人体造成电击不适感甚至引发事故。由静电引起元器件的击穿是电子装备中静电危害的主要方由静电引起元
12、器件的击穿是电子装备中静电危害的主要方式,是电子装备制造中最普遍、最严重的危害式,是电子装备制造中最普遍、最严重的危害。静电放电可能造成器件硬击穿或软击穿。硬击穿是一次性静电放电可能造成器件硬击穿或软击穿。硬击穿是一次性造成器件的永久性失效,如器件的输出与输入开路或短路。软造成器件的永久性失效,如器件的输出与输入开路或短路。软击穿则可使器件的性能劣化,并使其指标参数降低而造成故障击穿则可使器件的性能劣化,并使其指标参数降低而造成故障隐患。由于软击穿可使电路时好时坏(指标参数降低所致),隐患。由于软击穿可使电路时好时坏(指标参数降低所致),且不易被发现,给整机运行和查找故障造成很大麻烦。软击穿且
13、不易被发现,给整机运行和查找故障造成很大麻烦。软击穿时装备仍能带时装备仍能带 病病 工作,性能未发生根本变化,很可能通过出工作,性能未发生根本变化,很可能通过出厂检验,但随时可能造成再次失效。多次软击穿就能造成硬击厂检验,但随时可能造成再次失效。多次软击穿就能造成硬击穿,使电子装备运行不正常。穿,使电子装备运行不正常。静电对电子产品损害的四种形式静电对电子产品损害的四种形式吸尘(缩短寿命)放电破坏(完全破坏)放电产生热(潜在损坏)放电产生电磁场(电磁干扰)静电对电子产品损害的五个特点静电对电子产品损害的五个特点隐蔽性隐蔽性人体不能直接感知静电,除非发生静人体不能直接感知静电,除非发生静电放电,
14、但是发生静电放电人体也不一定能有电电放电,但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这是因为人体感知的静电放电的电压击的感觉,这是因为人体感知的静电放电的电压要达要达2 23kV3kV,所以静电具有隐蔽性。,所以静电具有隐蔽性。潜在性潜在性器件在受到器件在受到ESDESD后并不马上失效,而后并不马上失效,而会在使用过程中逐渐退化或突然失效,这时的器会在使用过程中逐渐退化或突然失效,这时的器件是件是“带伤带伤”工作,但多次累加放电会给器件造工作,但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患。由于潜在损伤的器件无法鉴成内伤而形成隐患。由于潜在损伤的器件无法鉴别和剔除,一旦在上机应用时失效,造成的损失
15、别和剔除,一旦在上机应用时失效,造成的损失就更大。就更大。随机性随机性静电的产生和放电具有随机性,其损静电的产生和放电具有随机性,其损坏也具有随机性。一个元器件从生产、包装、贮坏也具有随机性。一个元器件从生产、包装、贮藏和运输,一直到使用的整个过程中都可能遭受藏和运输,一直到使用的整个过程中都可能遭受静电的危害。静电的危害。复杂性复杂性静电对电子器件影响的存在于产品静电对电子器件影响的存在于产品的整个生命周期,其损伤形式、原因和程度具的整个生命周期,其损伤形式、原因和程度具有复杂性。损伤的失效分析工作,因电子产品有复杂性。损伤的失效分析工作,因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费的
16、精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱,技术要求高,需要使用高精密仪器。即使钱,技术要求高,需要使用高精密仪器。即使如此,有些静电损伤也难以与其它原因造成的如此,有些静电损伤也难以与其它原因造成的损伤加以区别,使人误把静电损伤失效当作其损伤加以区别,使人误把静电损伤失效当作其他失效。他失效。严重性严重性静电放电问题表面上只影响了的用静电放电问题表面上只影响了的用户,但实际上影响了电子行业的整个产业链,户,但实际上影响了电子行业的整个产业链,如:元器件质量问题、电子产品质量问题、产如:元器件质量问题、电子产品质量问题、产品维修及公司的声誉等等。品维修及公司的声誉等等。电子工业哪些过程会产生静电
17、危害?电子工业哪些过程会产生静电危害?元件制造过程:切割、连线、检验电子产品生产过程:电子原件储存、装联、测试、运输设备使用过程:安装、试验设备维修过程:拆卸、检验从元件的制造、产品使用到维修的任一环节,静电已成为电子工业的隐形的致命杀手。在科学技术不断提高、经济全球化步伐日趋加快的在科学技术不断提高、经济全球化步伐日趋加快的今天,静电已成为人类的大敌!近期美国公布了涉今天,静电已成为人类的大敌!近期美国公布了涉 及及1010多个行业的因静电造成的损失调查结果,平均每多个行业的因静电造成的损失调查结果,平均每年的直接经济损失高达年的直接经济损失高达200200多亿美元,仅电子工业部多亿美元,仅
18、电子工业部门每年因静电危害损坏电子元件的损失高达门每年因静电危害损坏电子元件的损失高达100100多亿多亿美元。在美国的历史纪录当中,美元。在美国的历史纪录当中,20012001年年9.119.11恐怖袭击恐怖袭击事件给美国所造成的经济损失是最为惨重的,总共造事件给美国所造成的经济损失是最为惨重的,总共造成的经济损失达到了成的经济损失达到了207207亿美元,也就是说静电相当亿美元,也就是说静电相当于使美国每年发生一次于使美国每年发生一次 “9.119.11”事件或每年发生一事件或每年发生一次洛杉矶大地震!次洛杉矶大地震!静电对电子产品的损害形式静电对电子产品的损害形式静电的基本物理特性为:吸
19、引或排斥;与大地有电位差,会产生放电电流。这三种特性能对电子元件的影响:静电吸附灰尘,降低元件绝缘电阻(缩短寿命)。静电放电破坏,使元件受损不能工作(完全破坏)。静电放电电场或电流产生的热,使元件受伤(潜在损伤)。静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米)频谱极宽(从几十兆到几千兆),对电子产器造成干扰甚至损坏(电磁干扰)人体静电电位(放电)和静电感度的关系人体静电电位(放电)和静电感度的关系人体电位(kV)电击感度10无感觉20手指外侧有感觉发出微弱的放电声25有针刺的感觉,但不疼40有针深刺的感觉,手指微疼见到放电微光60手指感到剧疼,手腕感到沉重100手腕感到剧疼,手感到麻木120手指
20、剧麻,整个手感到被强烈电击静电源静电源在工作环境中,主要的静电源有:人体(移动静电源),人在活动时产生的静电电压从几千伏到几万伏不等。地板、工作台面、鞋、服装、普通塑料包装袋、文件袋、泡沫包装盒,没有静电防护的印制电路板、未接地电烙铁和吸锡器等。打印机、复印机、变压器、发电机等,工作时会产生感应静电。人人体体放放电电模模型型HBM 有多种模型可以用来表述器件如何受到损害有多种模型可以用来表述器件如何受到损害,如,如人体模型人体模型(HBM)(HBM)、机机器模型器模型(MM)(MM)、带电器件模型带电器件模型(CDM)(CDM)以及以及电场对器件的影响电场对器件的影响等。对于自动装等。对于自动
21、装配设备而言,主要考虑后三种损坏模型配设备而言,主要考虑后三种损坏模型(模式模式),我们在下面分别进行讨,我们在下面分别进行讨论。论。机器模型机器模型/模式模式 自动装配设备使用导轨、传动带、滑道、元件运自动装配设备使用导轨、传动带、滑道、元件运送器和其他装置来移动器件使之按工艺要求的方向运动,如果设备设计送器和其他装置来移动器件使之按工艺要求的方向运动,如果设备设计不当,传动带和运送系统上可能会积累大量电荷,这些电荷将在工艺过不当,传动带和运送系统上可能会积累大量电荷,这些电荷将在工艺过程中通过器件泄放。设备部件通过器件放电就称为机器模型程中通过器件泄放。设备部件通过器件放电就称为机器模型/
22、模式。模式。带电器件模型带电器件模型/模式模式 如果一个器件因某种原因累积了电荷并与如果一个器件因某种原因累积了电荷并与一个带电少的表面相接触,电荷就会通过器件上的导电部分泄放。当器一个带电少的表面相接触,电荷就会通过器件上的导电部分泄放。当器件向其他材料放电时,就称为带电器件模式,用带电器件模型表示。件向其他材料放电时,就称为带电器件模式,用带电器件模型表示。人体模型的建立人体模型的建立电容为100PF,电阻为1.5K GJB1649RC人体模型放电电流波形人体模型放电电流波形级别Vs/VIp/A15000.33210000.67320001.33440002.67 Ip是电流波形检测过程中
23、流过R的峰值电流,大约为Vs/1500.静电敏感元器件主要有:静电敏感元器件主要有:二极管,三极管,二极管,三极管,ICIC(SOPSOP,QFPQFP,PLCCPLCC),),SOTSOT类元件,类元件,BGABGA,PCBAPCBA半成品等等。半成品等等。静电敏感元器件(ESDS)是指对静电反应敏感的器件,ESDS:ESD-Sensitive Device。电子产品中的静电敏感元器件有哪些电子产品中的静电敏感元器件有哪些?器件所能承受的静电电压器件所能承受的静电电压器件类型静电破坏电压(V)VMOS(场效应管)301800OP-AMP(运算放大器)1902500敏感度分类敏感度分类敏感类别
24、敏感电压阀值(V)类01999类20003999类400015999为定量描述元件的静电敏感程度进行分类为定量描述元件的静电敏感程度进行分类大部分敏感度实验都是以人体模型为依据大部分敏感度实验都是以人体模型为依据n组件设计应用能为最敏感的元器件提供最低组件设计应用能为最敏感的元器件提供最低2000V的静电放电的静电放电 设计保护设计保护n整机设计应能为最敏感的元器件提供最低整机设计应能为最敏感的元器件提供最低4000V的设计保护的设计保护人体静电的电压值人体静电的电压值人体活动静电电位(kV)RH(1020)RH(6590)%人在地毯上走动3515人在乙烯树脂地板上行走120.25人在工作台上
25、操作60.1包工作说明书的乙烯树脂封皮70.6从工作台上拿起普通聚乙烯袋201.2从垫有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起181.5不同湿度下各种操作时的人体电位不同湿度下各种操作时的人体电位相对湿度人体电位(KV)操作(10-20)(65-90)在地板/合成纤维地毯上走动351.5在聚乙稀地面上行走120.25从工作椅上站起181.5在工作台上操作60.1从印刷电路上拉下胶带121.5印刷电路板薄膜包装163用像皮清洁电路121器件人体静电电压几百到几千伏几千到几万伏 生产产所中的静电危害源生产产所中的静电危害源物体或工艺加工材料或活动人站起、行走、操作工作服椅子组装、清洗、测试和维修区静电是如何
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