靜電防護基礎.ppt

靜電防護基礎 ESDBASICS 內容 1靜電的概念2靜電感應和靜電量級3靜電危害 案例1 2等 和應用 靜電復印案例 4靜電防護簡介 1 1靜電的概念 一靜電的本質物質由分子和原子組成 原子由原子核和電子組成 原子核帶正電 電子帶負電 自然條件下 正負電荷平衡 物體不帶電 這類物體叫電中性物體 在某種條件下 正負電荷的平衡被打破 則物體帶電 這種現象叫物體帶電 物體帶電分動電和靜電所謂靜電指對觀察者而言 電荷靜止不動或運動非常緩慢 動電則有電荷的快速運動和變化 1 1靜電的概念 二靜電起電與放電現象靜電可有很多種方式產生 如物體間的摩擦 電場感應 介質極化 帶電顆粒附著等等摩擦起電 當兩個物體產生摩擦時 摩擦表面的電子會從一種物體跑到另一個物體上 分離后 兩個物體的正負電荷失去平衡 得到電子的帶負電 失去電子的帶正電 感應起電 當有強電場 大的帶電體 存在時 附近的物體被感應 局部或整體產生電荷 這類帶電稱為感應帶電 當帶電的物體與一些導體等接觸時或靠的很近時 電荷會找到一個途徑突然釋放掉 這種現象叫靜電放電 靜電放電的條件是 首先有靜電存在 其次要有一定的途徑 靜電放電的原因和條件多種多樣 控制靜電放電是在人們生活和工作中的各個方面所追求的 1 1靜電的概念 三靜電現象靜電現象舉例1握手或手接觸時常被電擊一下 是由于人身帶了靜電 接觸時突然放電所致2自然界中的放電例子很多 如大氣中帶有很強的電荷 在80KM處 對地電位有200KV 3云相互摩擦而帶大量的電荷 相互放電形成能量巨大的雷電 對地放電則可能形成雷擊 4工業(yè)中 如印刷中 紙離開滾筒時靜電電壓高達20KV 5我們生產線中 人體帶電 摩擦帶電 和感應帶電等隨時存在 不加控制 可造成危害 靜電現象 大地與云帶電 大地為帶大量的負電荷的帶電體 靜電現象 雷電 分離 摩擦 靜電產生舉例 分離 摩擦等起電的過程 圖1 1 1摩擦起電的形成過程物體接觸后表面電位差 產生接觸電荷轉移 形成偶電層 物體快速分離 產生靜電核 摩擦起電靜電序列 人手圖毛玻璃云母人頭發(fā)尼龍羊毛毛皮鉛絲綢 鋁紙棉花鋼木材琥珀封蠟硬橡膠鎳 銅 黃銅 銀金 白金硫磺 醋酸酯纖維素聚酯賽璐珞奧綸聚氨酯聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯硅聚四氟乙烯硅橡膠 離的越近靜電越輕前面的帶正電 后面的帶負電 人體帶電 人體帶電方式摩擦起電 操作中的動作和肢體運動 由衣服 鞋子與其他物體 地面摩擦 使衣服和鞋子帶電 再通過傳導和感應 使人體各部分帶電 人體可以看作一個導體 脫衣帽手套等使物體與人體間或物體與物體間剝離起電 通過傳導和感應使人體帶電感應起電當不帶電的人體進入帶電體的電場 靜電感應而起電 傳導起電人體直接接觸帶電體 或與帶電體發(fā)生靜電放電人在由靜電的微塵粉體和霧狀液?？臻g活動 使帶電微粒附著在人體及衣服上產生靜電 人體活動帶電圖 放電 靜電放電 導體 可以為地 電荷積聚 靜電積聚起來 1 2靜電感應和靜電量級 靜電的定量描述1物體帶電量的多少用電量來描述 帶正電荷的物體帶電量為正 帶負電荷的帶電量為負 電量的單位為庫侖 1個電子的帶電量為e 1 6021892X10 19庫侖2電荷密度 電荷聚集程度的標志 單位面積帶電量叫面電荷密度單位體積的電荷密度 叫體電荷密度線狀體的單位長度的帶電叫線電荷密度如 導體帶電的靜電荷分布在導體表面 由大量粉塵和顆粒組成的帶電分布在每個顆粒上 整體宏觀來看體內帶電 1 2靜電感應和靜電量級 面電荷密度 體電荷密度 線電荷密度 1 2靜電感應和靜電量級 電壓 電荷間的作用力叫庫侖力 由庫侖定律來描述 帶電體周圍產生電場 電場是電荷間相互作用的載體 電場的大小用電場強度表示 E 表征帶電體在電場中的能量大小叫電勢 也叫電位 電壓表征電場間兩點的電勢差 用V表示 電壓單位為伏特 電壓好比水壓 水壓使水流動 對水壁產生壓力 電壓使電荷流動 電壓通過電場使物資內部的粒子產生電壓力 1 2靜電感應和靜電量級 電流與電阻 如果物體的兩點間有電壓 則會使物體內的電子等粒子流動 電荷的流動叫電流 用安培為單位 同樣的電壓 不同的物資 電流不同 表征物體中電荷流動性質的一個物理量叫電阻 電阻用歐姆為單位 電壓電阻和電流的關系由歐姆定律表示 零電位指計算電位的參考點 電位規(guī)定為零 1 2靜電感應和靜電量級 導體 半導體和絕緣體 導體 具有可移動的電子或價電子 在外電場的作用下 電子可以在內部自由流動 導體的電阻很小 如金屬則為良導體 其中金的導電性最好 絕緣體 沒有可移動的電荷存在 電阻率很大 絕緣體也叫電介質 如玻璃 普通紙等 半導體 介于導體和絕緣體之間的一類特別物資 如硅等 1 2靜電感應和靜電量級 電容 導體的帶電量為Q 導體就產生了電位U 想象水位 表征帶電物體產生電位能力的量叫電容 用C表示 單位法拉 微法 10 6法拉 皮法 10 12法 電容把電量和電位聯系起來C Q U 電容器是在兩個相互電絕緣隔離的導體之間存儲電荷能力的器件 兩個導體帶等量的極性相反的電荷 任何兩個隔離的導體 廣義講物體 均有電容C存在 導體之間有電勢差 電壓V 電容的大小主要由導體間的相對位置以及絕緣材料的性質決定 與電容相關的絕緣材料的重要特性是介電常數 C Q V 典型靜電電壓 我們在經受3000伏的靜電電壓 人體電容靜電模型 人體的靜電并行電容模型 充電的導體1 電介質 充電導體1 地板 腳 鞋 人體帶電和環(huán)境的關系 人體電容典型值 人體的典型靜電電壓 典型靜電電壓 ESD造成的代價 30V可能就把器件給 斃 了 靜電起電 放電描述圖 帶電物體如 人體充電器件 物體2如大地 接地線 工件 電子元器件等等 摩擦 介質如空氣 起電的原因和條件如摩擦起電 不同物體間摩擦起電性質和容易程度不同 靜電序列 直接連接線 耗散 放電 1物體帶電量用Q庫侖 由產生的電量耗散的電量引導走的電量等決定2帶電體對周圍物體的影響是通過電場決定的3表征電場能量的量為電位 4電容表征物體帶電量產生多強的電位的特征物理量 電壓 物體靜電產生 電量Q 摩擦 分離 感應 離子附著 熱 壓 駐極體 電場 電場強度E對電荷作用力 電場電荷的移動作功電勢能 電位U 兩點間電位差 電壓V U1 U2 電場內的物體中自由電荷受電場力作用會流動 電流I 不同物體 在同樣電壓下電流不同取決于物體的電阻特性 歐姆定律I V R 面電阻率 體電阻率 線電阻率 不同的物體 材料 形狀 環(huán)境 同樣電量電位不同 極板間 物體的電容C 儲存電量和電壓 電位 的關系C Q V 儲存電荷 就有能量儲存 物體電荷的消亡 取決于接觸的物體和周的環(huán)境 由導電導體把電荷流掉通過耗散體逐漸耗散掉通過放電等突然放掉被電荷相反的離子中和掉等等 物體分類導電性物體電耗散性物體抗靜電性物體絕緣性物體 電荷產生的多少和快慢 人體的放電過程 器件 電容 電阻 靜電的衰減和積累 實際過程中 靜電一邊產生一邊衰減靜電的衰減符合指數規(guī)律 為時間常數 表明衰減的程度 0 Q t t 導體上靜電荷的衰減規(guī)律 帶電導體 大地 R C U t 電容越大 電阻越大 時間越長 衰減越慢 帶電和放電綜合過程 帶電導體 大地 R C U t 達到穩(wěn)定時 Qs恒定 稱穩(wěn)態(tài)電量 充電速率I 充電波形 t Q t Q0 t 0 732Qs 充放電時間常數舉例 人體的對地電容為200pF 若站到絕緣電阻為1012 的普通橡膠墊上 充電速率為I0時間常數為穩(wěn)定電量為Qs I0RC 200I0若站到電阻為R 105 的導電橡膠上 時間常數為穩(wěn)定電量為Qs I0RC 20 10 6I0 1 3靜電危害和利用 案例一 某大電信公司單板損害案維修部門發(fā)現某批次以后生產的交換機用戶板 在打雷時特別容易損壞 但以前生產的同類用戶板抗雷能力要強的多 大量的用戶板返修 維護成本 賠償成本 形象成本損失巨大 電信局長直接找老板問罪 老板下達必須盡快查找原因 并暫停該單板的生產 分析從設計到生產過程的可能原因單板升級一次 改動一個電阻110種物料20種換過一個批次 其中包含一個CMOS專用集成電路 生產過程基本未變 但換過一個測試針床 增加一個測試單元 單板的前面板在新升級板上 增加了一個測試口 經過從設計到生產 包裝運輸入庫 各個環(huán)境的努力 近一個月的攻關 大量的分析 終于發(fā)現 是上述CMOS電路軟損傷造成 原因 新板單板的升級時 設計人員為減少成本 物料選用把抗ESD指標降格 同時設計時增加的測試口 剛好占用了以前的保護地的一小點 使面板與保護地接觸不良 致使 塑料面板上的靜電荷不能與板地電位持平 測試時增加的針床 剛好造成一種約800V的放電 使器件造成軟損傷 這次靜電損害使公司損失近5000萬 為此每個開發(fā)人員 減少1萬元獎金 1 3靜電危害和利用 案例二 某公司生產的可切換逆變電源 因是老板高價聘請的某大電信公司的設計人員設計 樣機整機性能指標均上佳 老板攻關有一套 設計人員準備采用 請物料認證部門進行考擦 發(fā)現其生產不規(guī)范 工人無ESD基本知識 也無相應的ESD防范程序 而其產品必須達到電信標準 可靠性受到懷疑 物料經理不敢批準 因此設計部門只能選其他廠家 該老板一下子損失每年近2000萬的定單 1 4靜電防護簡介 靜電是有產生原因的 消除靜電產生的根源靜電產生無處不在 靜電產生防不勝防 減少靜電的強度 采用靜電衰減 減少靜電的積累靜電產生 但要發(fā)生危害 必須是一定條件的放電才能產生危害 對要保護的器件進行抗靜電設計 并設計抗靜電生產過程 靜電的危害產生多由物體的不規(guī)則運動產生 必須對各個環(huán)節(jié)的運動進行規(guī)范和控制 對于人這個高度能動性的動物的活動 必須從人的主觀和意識上進行靜電防止 為此要建立完整的ESD培訓和控制程序 由于靜電危害貫穿到產品從生產到維護的各個時期 為了企業(yè)間的生產協(xié)調和一致性 還建立了各種防靜電標準 執(zhí)行這些標準 是業(yè)界的基本要求 各項防護措施綜合表 一防止靜電的產生 二減少和消除靜電 三減少靜電危害 四嚴格防靜電管理 主要內容 具體措施 一防止靜電的產生 控制靜電的生成環(huán)境 防止人體帶電 材料選用要求 工藝控制措施 1濕度控制 在不導致器材或產品腐蝕生銹或其他危害前提下 盡量加大濕度 2溫度控制 在可能條件下盡量降低溫度 包括環(huán)境溫度和物體接觸溫度 3塵?？刂?此為防止附著 吸附 帶電的重要措施 4地板 桌椅面料和工作臺等應由防靜電材料制成 并正確接地 5靜電敏感產品的運送傳遞和存儲及包裝與拆包裝應采取靜電防護措施 6噴射 流動 運送 纏繞和分離速度應予控制 在液體 扭體等材料的輸送管道中使用級和器 一防止靜電的產生 控制靜電的生成環(huán)境 防止人體帶電 材料選用要求 工藝控制措施 1佩戴防靜電腕帶 2穿戴防靜電服裝 衣 幗 3穿武防靜電鞋襪 腳鏈 4佩戴防靜電手套 指套 5嚴格禁止與工作無關的人體活動 例如做操 打鬧 梳頭發(fā) 吃東西等 6進行離子風浴 一防止靜電的產生 控制靜電的生成環(huán)境 防止人體帶電 材料選用要求 工藝控制措施 1凡必須或有可能發(fā)生接觸分離的材料應考慮使其在靜電序列表上的位次盡量靠近 2應使材料的表面光滑 平整 潔凈無污 3使用靜電導體材料和低電阻耗散材料 一防止靜電的產生 控制靜電的生成環(huán)境 防止人體帶電 材料選用要求 工藝控制措施 1制定并實施防靜電操作程序 2使用防靜電周轉 運輸盤 盒 箱及其他容器 小車 3使用防靜電工具 烙鐵 吸銀器等 4采用防靜電包裝 5對有靜電燃燒 爆炸可能性的液體材料設置必要的靜止時間 6盡量減少物體間的接觸壓力 時間 面積 例如布匹 紙張 線材 薄膜材料膠帶等的運送 傳遞輥簡 卷筒 線軸和產品之間 并限制運行速度不可過快 二減少和消除靜電 接地 增濕 中和 摻雜 1地板和工作桌 椅 臺面 臺墊正確接地 2人體接地 3工具 烙鐵 吸銀器 臺架 運輸小車等 接地 4設備 儀器接地 5管路 運輸傳送設施 裝罐設備 存儲設施 設備 接地 二減少和消除靜電 接地 增濕 中和 摻雜 1使用各種適宜的加濕器 噴霧裝置 2采用濕拖布拖擦地面或通過灑水等方法以提高帶電體附近或環(huán)境的濕度 3在允許的情況下盡量選用吸濕性材料 二減少和消除靜電 接地 增濕 中和 摻雜 什對場所和帶電物體的形狀 特點 選用適宜類型的靜電消除器 以消除具 器材 產品 場所 設備和人體上的靜電 二減少和消除靜電 接地 增濕 中和 摻雜 1在非導體材料 器具的表面通過噴 涂 鍍 敷 印 貼等方式附加上一層物質以增加表面電導率 加速電荷的泄漏與釋放 2在塑料 橡膠 防腐涂料等非導電材料中村加金同粉末 導電纖維 炭黑粉等物質 以增加其體電導 3在布匹 地毯等織物中 混人導電性合成纖維或金屬絲 以改善織物的抗靜電性能 4在易于產生靜電的液體 如汽油 航空煤油等 中加人化學藥品作為抗靜電添加劑 以改善液體材料的電導率 三減少靜電危害 控制靜電的生成提高產品自身抗靜電能力 采用靜電屏蔽和接地設計 確保設備 設施和作業(yè)場所的靜電安全要求 1對CMOS等靜電敏感染集成電路采用輸入 輸出保護電路設計 2對于靜電敏感電子組件和電子設備 采用抗靜電防護設計 設置輸出 輸入保護電路和網絡 使用隔離電阻器 設置邊界保護環(huán) 盡量選用非敏感元器件等 3對敏感元器件進行靜電防護設計 設置串聯限流電阻器 設置鉗位放電間隙 降低瞬態(tài)能量密度 避免引線交迭和寄生MOS電容的形成等 三減少靜電危害 控制靜電的生成提高產品自身抗靜電能力 采用靜電屏蔽和接地設計 確保設備 設施和作業(yè)場所的靜電安全要求 1對敏感部位和敏感元器件采用加防護蓋 罩 片等靜電屏蔽措 以減少電的力學 感應和放電危害 2應盡量避免孤立導體的存在 3在液體儲油罐等設施中設立具有屏蔽作用的檢測井 以保證采樣和檢測 三減少靜電危害 控制靜電的生成提高產品自身抗靜電能力 采用靜電屏蔽和接地設計 確保設備 設施和作業(yè)場所的靜電安全要求 1控制易燃 易出的液體或粉體使爆炸性化合物濃度在燃燒 爆炸的極限度之下 2保持作業(yè)場所各種接地設施和系統(tǒng) 雷電保護 故障保護 信號參考 大地電極 防靜電操作等 正確和有效接地 3控制作業(yè)區(qū)內各點靜電電位在標準允許的范圍之內 4安裝局部放電器 放電刷等 以通過電暈放電不斷釋放低電能量使其積聚的能量在安全范圍之內 5嚴格靜電安全作業(yè)操作規(guī)范 四嚴格防靜電管理 建立健全責任制和規(guī)章制度