靜電放電(ESD)基礎(chǔ)知識(shí)

1、、問(wèn)：為什么有些ESD地線有阻抗而有些沒(méi)有呢？答：ESD地線的目的是將一導(dǎo)電面連接到與電源地等電位的地方， “硬地”是用不具有附加電阻的地線直接連接到地的；電源地與公共點(diǎn)接點(diǎn)之間的電阻基本為0?！败浀亍笔蔷哂袃?nèi)部串聯(lián)電阻的地線，典型值為1M，這樣設(shè)計(jì)的目的是限制當(dāng)操作者暴露在110V和最大250V的環(huán)境中時(shí)可能產(chǎn)生的傷害電流。ESD聯(lián)合會(huì)ANEOS/ESD S6.11991建議用“硬地”方式使ESD臺(tái)面或者地板墊子接地。2、問(wèn)：我常穿一只防靜電鞋，但常被告之兩腳都要穿，為什么？答：防靜電鞋僅在穿戴正確并且要與導(dǎo)電地板或消耗地連在一起時(shí)才起作用。行走是摩擦生電的一個(gè)極好的例子。若你正確使用防靜電

2、鞋，且與ESD地板緊密連接，那么你身上的電荷泄入到地。因此，你與地之間構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)在電壓上是相同的，但你一抬起穿有防靜電鞋的腳，你就會(huì)再次充電，要么從你的衣服感應(yīng)，要么因?yàn)槟Σ梁吞_而產(chǎn)生摩擦電。若你穿有兩只防靜電鞋，你就會(huì)進(jìn)一步大大減小比幾伏電壓高得多的凈電荷的機(jī)會(huì)（典型值為20005000V），因?yàn)槟闾幱诮拥貭顟B(tài)時(shí)間延長(zhǎng)了，所以建議在靠近運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，務(wù)必穿一雙防靜電鞋。3、問(wèn)：需要在機(jī)器與地間連接1M電阻嗎？答：不需要。參照生產(chǎn)廠商在機(jī)器或設(shè)備方面接地的要求可知，1M電阻是用于保護(hù)人體的，參考以下的問(wèn)題。旁注：將所有靠近ESD敏感工作站的孤立導(dǎo)體接地都是有好處的。可使意外的電場(chǎng)或電荷積累減至

3、最小。4、問(wèn)：1M電阻在半導(dǎo)體裝配過(guò)程中的作用是什么？答：假設(shè)1：我們正談?wù)揈SD控制問(wèn)題；假設(shè)2：人體與半導(dǎo)體及帶有半導(dǎo)體的器件接觸 ，在防靜電腕、防靜電鞋、拉鏈、地線等地方均可發(fā)現(xiàn)1M串聯(lián)電阻，其作用是限制可通過(guò)人體的電流量，保護(hù)人體安全。1M電阻的主要限定要求是：在250V交流有效值時(shí)，電流被限制到250微安，正好是大多數(shù)人的感知水平（神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生反射的臨界值）。電流在體表及體內(nèi)物理感知的不同取決于人體大小、重量、水份、皮膚條件等。5、問(wèn)：內(nèi)部含有電路板的裝運(yùn)箱是否需蓋上蓋子？這些裝運(yùn)箱是如何工作的？答：一般需要蓋上蓋子，正確安裝在裝運(yùn)箱上的蓋子能對(duì)其內(nèi)的電路板提供足夠強(qiáng)的屏蔽，這些裝運(yùn)

4、箱不僅能提供通常用途下的機(jī)械完整性，而且也能為內(nèi)部提供ESD安全性。若拿掉蓋子，任何雜散電場(chǎng)都可以引起電路板上眾多獨(dú)立導(dǎo)體的充電，這些誘生電荷是ESD的產(chǎn)生源。雜散電場(chǎng)的潛在源是很多的：人、衣物，未接地二輪車、顯示器、家具、分隔間、任一非接地導(dǎo)體、任一絕緣體、電磁干擾等。在敞開(kāi)的ESD裝運(yùn)箱中的電路板，在用接地車運(yùn)輸時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò)（或暴露到）幾個(gè)帶電源（電場(chǎng)），也會(huì)使內(nèi)部設(shè)備發(fā)生問(wèn)題。6、問(wèn)：若腳墊和防靜電腕連到一起，它們需連到大地嗎？答：不，只是所處理的設(shè)備應(yīng)拔去插頭且電氣連接到ESD地，只要導(dǎo)電部分（體表皮膚、ESD腳墊、設(shè)備機(jī)殼、操作部件等）是等勢(shì)的，ESD（泄放電荷）就不會(huì)發(fā)生，大地很適合作

5、基準(zhǔn)電壓，如果你確認(rèn)所有導(dǎo)電部分都連到地，那么就保證了這些導(dǎo)電部分均處于相同的電位，一旦兩導(dǎo)體間存在電勢(shì)差，就會(huì)導(dǎo)致電荷泄放產(chǎn)生ESD。7、問(wèn)；環(huán)境空氣的相對(duì)溫度是如何影響ESD的？答：相對(duì)濕度（RH）對(duì)表面積累電荷的性能產(chǎn)生直接影響。相對(duì)濕度越高，零部件儲(chǔ)存電荷的時(shí)間就越短，表面電荷減小（因?yàn)橄鄬?duì)濕度增加）的方式可通過(guò)復(fù)合或傳導(dǎo)，當(dāng)相對(duì)濕度增加，空氣的電導(dǎo)率也隨之增加。但即使是在100%相對(duì)濕度時(shí)，電荷泄放速率的增加也不能取代適當(dāng)?shù)腅SD控制操作規(guī)程。8、問(wèn)：相對(duì)溫度的百分比是需控制在某一特定值？若是，如何才能決定這一數(shù)值呢？答：在空氣逐漸干燥時(shí)（相對(duì)溫度的百分比減小），產(chǎn)生靜電的能力變化是

6、確定且明顯的。在相對(duì)濕度10%（很干燥的空氣）時(shí)，在地毯上行走時(shí)，就能產(chǎn)生35kV的電荷，但在相對(duì)濕度55%時(shí)將銳減至7.5kV。工作環(huán)境的相對(duì)濕度的最佳范圍在25%50%。一些清潔場(chǎng)所一般要求相對(duì)濕度在50%，由于存在對(duì)腐蝕和濕度的影響較敏感的器件，其他環(huán)境需要較低的相對(duì)濕度。在最佳濕度范圍檢驗(yàn)設(shè)備及ESD抑制產(chǎn)品，有些ESD抑制產(chǎn)品是與濕度有關(guān)的。9、問(wèn)：強(qiáng)磁場(chǎng)（比如磁鐵）會(huì)引起ESD嗎？磁場(chǎng)與ESD間有一些什么聯(lián)系嗎？答：只要磁場(chǎng)源和物體都是靜止的，就不會(huì)由于強(qiáng)磁場(chǎng)而產(chǎn)生ESD。磁場(chǎng)波動(dòng)或物體移過(guò)磁力線，則將感應(yīng)出電流（假如物體是導(dǎo)電的）。完全暴露在脈動(dòng)磁場(chǎng)中的孤立導(dǎo)體，將積累足夠的電荷

7、而引起ESD問(wèn)題，磁場(chǎng)也可從電磁噪聲（EMI）產(chǎn)生，如果沒(méi)有正確地屏蔽，那么就將會(huì)在孤立的導(dǎo)體上感應(yīng)電流（電荷），有些EMI源是PC、ESD、變壓器、熒光燈等，在一般工作環(huán)境中，這些很可能是不太重要的騷擾源。10、問(wèn)：我們的電子裝配車間有ESD導(dǎo)電地板，使用ESD專用接地鞋帶，要求每個(gè)操作人員都要穿鋼趾安全鞋。若不穿ESD專用接地鞋帶，則不能通過(guò)接地鞋帶檢測(cè)器。我們的ESD專用接地鞋帶用的是#2048型號(hào)的塑料，用某種材質(zhì)做成的鞋，具有106108的阻抗，能減少靜電，我應(yīng)該買一臺(tái)新的測(cè)試器或新鞋或其他什么東西嗎？答：首先，確保你的測(cè)試器最近已經(jīng)校準(zhǔn)，若沒(méi)有則需校準(zhǔn)。測(cè)試鞋的標(biāo)準(zhǔn)與接地鞋帶不同，

8、標(biāo)準(zhǔn)ESD S9.11995，對(duì)109以下的阻抗使用100V阻抗儀，大多數(shù)接地鞋帶測(cè)試器使用612V的開(kāi)路電壓，遠(yuǎn)低于對(duì)鞋采用的100V電壓。如鞋本身材料在高壓下導(dǎo)電，那么要么買一臺(tái)更高電壓的測(cè)試器，要么重新考慮靜電泄放控制中的重要因素。一些腳部接地（腳跟帶）測(cè)試器是在出廠時(shí)被校準(zhǔn)在750k100 M，其他僅有10 M的，一些新的測(cè)試儀，提供大約2022V開(kāi)路電壓，或許也有一定效果，另外，有一些ESD鞋，用于檢測(cè)腳部接地測(cè)試器，因?yàn)樗鼈冊(cè)谳^低電壓（在消耗區(qū)間里）時(shí)，能非常容易地導(dǎo)電。11、問(wèn)：測(cè)試防靜電腕時(shí)有沒(méi)有最低要求，而且最低或更合理的要求是什么？答：在測(cè)試防靜電腕時(shí)沒(méi)有預(yù)先規(guī)定的最低要求

9、，但一個(gè)非常好的經(jīng)驗(yàn)是：在你每次戴上防靜電腕或開(kāi)始另一件工作時(shí)都對(duì)它進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試頻度取決于你全力保護(hù)的ESD敏感設(shè)備，如果該設(shè)備相當(dāng)昂貴并由一位操作者控制，經(jīng)常的監(jiān)視器是必要的，但如果該設(shè)備不是特別敏感且相對(duì)價(jià)格較低，那么定期的測(cè)試就足夠了，在測(cè)試防靜電腕時(shí)有幾件你應(yīng)查看的事情：確信防靜電腕與手腕密切接觸；導(dǎo)電纖維或金屬/導(dǎo)電物質(zhì)緊貼著皮膚；金屬扣環(huán)上的按扣很合適，線圈端的撳鈕接頭應(yīng)很好地扎緊，香蕉插頭彈簧彈性好，與香蕉插頭塞孔接觸緊密，其他應(yīng)查看的事情是：線圈中的間歇中斷（通常在末端），臟物、油和熔接在帶子里面的外殼（這將降低帶子的導(dǎo)電性能），對(duì)線圈中金屬扣環(huán)上的按扣施15磅的張力是安全的

10、。12、問(wèn)：要是采取了所有其他的ESD預(yù)防措施，戴防靜電腕還有必要嗎？（也就是兩個(gè)接地（腳）帶，罩衫、地板消耗材料、接地板等），如是，為什么？答：如果操作者在導(dǎo)電地板上穿兩只防靜電鞋且不同時(shí)抬起兩只腳跟，那么，防靜電腕就不要了，如果操作者也穿罩衫，但不與身體或者地電氣連接，這樣罩衫僅有部分保護(hù)功能，其上積累的電荷可能沒(méi)有地方釋放，普遍的罩衫接地辦法是：用一線繩系一按扣于罩衫的腰部，或者用一防靜電腕扣至ESD罩衫的內(nèi)部袖口上。13、問(wèn)：我們每周都要檢查ESD工作臺(tái)面以確保它正確地的通過(guò)1M電阻接地。在ESD（硬地）與導(dǎo)電工作面接地（軟地）間電阻讀數(shù)不穩(wěn)定的一般原因是什么？答：電源地（ESD地）與

11、導(dǎo)電工作臺(tái)面之間電阻讀數(shù)不穩(wěn)定的一個(gè)原因是地電流。如腳墊多點(diǎn)接地，則可能有地電流流過(guò)，這就會(huì)使歐姆表讀數(shù)出錯(cuò)。其他可能的原因還有：儀表電池電壓過(guò)低，儀表交流電源與正在測(cè)量的地之間的地環(huán)路等，最好切斷儀器電源插頭中的地線，一些數(shù)字儀表對(duì)其周圍磁場(chǎng)或強(qiáng)電場(chǎng)是敏感的，在測(cè)量時(shí)注意檢查電源分布電纜、EMI源等，盡量在屏蔽區(qū)域內(nèi)反復(fù)多測(cè)幾次，以弄清問(wèn)題是否已排除。14、問(wèn)：?jiǎn)栴}6的答案說(shuō)：要是操作員、ESD接地板等處于同一電位，就不可能發(fā)生ESD，我想問(wèn)的是，要是接地板“硬接地”，而且操作員佩戴防靜電腕，并通過(guò)1M電阻接地，那么還是有可能發(fā)生危險(xiǎn)，對(duì)嗎？答：不一定，當(dāng)電流通過(guò)1 M電阻，其兩端具有一電位

12、差，在這點(diǎn)上你是正確的。ESD控制的關(guān)鍵是在電荷安全泄放時(shí)間內(nèi)消除體表或其他導(dǎo)體上的電荷，如果泄放時(shí)間為幾個(gè)毫秒，那么在00.01秒間，1 M電阻兩端就存在一電位差，典型的身體動(dòng)作大約為500ms，因此，在你觸摸到敏感設(shè)備時(shí)，你已經(jīng)用490ms時(shí)間使電位衰減至0。15、問(wèn)：為什么ESD屏蔽袋可泄放靜電？泄放過(guò)程是怎樣的？抗靜電袋與ESD屏蔽袋之間有何不同？答：ESD屏蔽袋可以泄放靜電，因?yàn)轶w袋子表面（內(nèi)部、外部或兩者）有導(dǎo)電性能且與另一導(dǎo)體（ESD接地板）接觸，要使屏蔽袋能泄放電荷，必須具有導(dǎo)電性，同時(shí)與一導(dǎo)體相連（通常需要接地），反靜電袋具有抗靜電特性，可以沒(méi)有屏蔽、導(dǎo)電或MVB特性。所有防

13、靜電措施是指防靜電袋摩擦充電不會(huì)超過(guò)一定電壓（通常250V）。屏蔽袋在袋子的各個(gè)部位都應(yīng)具有金屬薄片或?qū)щ娔z片，這取決于你要保護(hù)的器件。用導(dǎo)電、抗靜電、屏蔽和水蒸氣隔離物質(zhì)制成的袋子能保護(hù)幾乎所有的敏感器件，但可能過(guò)保護(hù)。16、問(wèn)：我們生產(chǎn)印刷電路板的用戶需要一個(gè)抗靜電輪胎，一些輪胎生產(chǎn)廠家提供用導(dǎo)電橡膠或?qū)щ娐榷∠鹉z做成的輪胎，抗靜電與導(dǎo)電性是一回事嗎？答：抗靜電的含意是指當(dāng)輪子在地面上滾動(dòng)時(shí)，它不產(chǎn)生高于250V的電壓。導(dǎo)電輪可以不是抗靜電的，但如在ESD地板上滾動(dòng)將釋放。理想的輪子是既有導(dǎo)電性又有抗靜電性的，當(dāng)暴露在一個(gè)導(dǎo)體中時(shí)，它既不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的電荷也不會(huì)存儲(chǔ)電荷。17、問(wèn)：有些人為其

14、PC機(jī)維修臺(tái)購(gòu)買了幾條“無(wú)線”ESD防靜電腕，據(jù)說(shuō)其工作原理與復(fù)印機(jī)/激光打印機(jī)上的電暈相似。我認(rèn)為這可能是復(fù)合系統(tǒng)的一部分，但他說(shuō)使用要求中并沒(méi)有提到需其他設(shè)備，最近，當(dāng)他打開(kāi)車門被電擊時(shí)（戴有防靜電腕）他確信這防靜電腕根本沒(méi)用，這個(gè)彈性帶上有一小塊長(zhǎng)方形的整塊塑制品，用一個(gè)黃銅色的螺釘擰著，螺釘帽露在外面，我小心打開(kāi)一個(gè)發(fā)現(xiàn)1M電阻連接在第二個(gè)螺釘（與防靜電腕連接片相連）與一個(gè)類似橡膠的軟“C”形板（大約1mm厚、2cm2，掏空后形成）之間，用黃銅色螺釘擰著，這似乎是可行的嗎？答：不可行，在ESD 安全區(qū)內(nèi)，這不是可行的ESD控制裝置。這些無(wú)源的“無(wú)線”防靜電腕具有很多局限性，假如你由于摩

15、擦起電達(dá)10kV，并且你戴著無(wú)線防靜電腕，需要在幾個(gè)小時(shí)后才能降至5kV（甚至幾天，取決于環(huán)境的相對(duì)濕度），但絕不會(huì)少于10V ，大部分電荷減少是因?yàn)槟闵眢w表面電荷的自然復(fù)合（此時(shí)是你的“無(wú)線”防靜電腕的金屬外殼）以及有一定相對(duì)濕度空氣的導(dǎo)電率。（附：把頭發(fā)剪到大約1/4英寸，你會(huì)得到同一效果。在頭發(fā)上刷上導(dǎo)電膠，立刻你導(dǎo)電的頭發(fā)末端就象在相當(dāng)高的電壓處的電暈放電尖端一樣，使電流流入空氣中或有助于增強(qiáng)自然復(fù)合過(guò)程。當(dāng)你的頭發(fā)離地非常接近于0.11.5英寸時(shí)，需考慮任意最少3kV電位差（因?yàn)榭諝獾碾娊橘|(zhì)強(qiáng)度）或者是加強(qiáng)的正?？諝鈱?dǎo)電率，以使你處于幾個(gè)kV以下。18、問(wèn)：要是一臺(tái)設(shè)備放入箱中，引線

16、懸空，這樣引線具有大約幾百歐姆的端對(duì)端、端對(duì)殼的電阻和10pF電容，要是充電時(shí)間達(dá)幾分鐘，懸空的引線很容易地充電至1kV（相對(duì)地）。（充電方式可以是存儲(chǔ)在靠近噴嘴的但接地不正確的干燥的N2箱體中，或穿上尼龍或布鞋在干燥的冬天走過(guò)一道長(zhǎng)長(zhǎng)的鋪有地毯的大廳）具有接地措施的用戶打開(kāi)ESD袋，由于充電到1Kv時(shí)的引線通過(guò)其他已經(jīng)放電的引線放電，造成器件損壞。加在氧化物上的電勢(shì)使器件毀壞。所有引線均要很短路起來(lái)或打結(jié)以利于ESD保護(hù)，對(duì)嗎？答：對(duì)于你舉的例子，我們假設(shè)設(shè)備處于箱體中（箱體可接地且導(dǎo)電）不用ESD包，在運(yùn)輸過(guò)程中，箱體可能與地分離，電荷可以從外部感應(yīng)進(jìn)來(lái)。在里面，設(shè)備可以隨處移動(dòng)，摩擦電荷

17、從幾伏到幾千伏，這取決于彼此接觸的物質(zhì)。當(dāng)一個(gè)已接地的操作者打開(kāi)箱體，觸摸或靠近懸空引線時(shí)，便有可能引發(fā)ESD產(chǎn)生。如果器件的引腳插在導(dǎo)電發(fā)泡物質(zhì)中或采用ESD旁路條，設(shè)備對(duì)放電的敏感性及ESD損壞大為減小，何時(shí)使用旁路條或?qū)щ娕菽?，取決于你待保護(hù)的器件類型、電荷存儲(chǔ)方式以及裝運(yùn)方法。所以務(wù)必向生產(chǎn)商請(qǐng)教正確的預(yù)防措施。19、問(wèn)；有些帶有防靜電腕的ESD工作臺(tái)可以直接接地，而另一些則需先引至ESD臺(tái)墊（在對(duì)角），然后通過(guò)一電阻接地，哪個(gè)正確？答：兩者都未必正確，因?yàn)檫@取決于直接接地的防靜電腕和工作臺(tái)墊的電勢(shì)，對(duì)ESD安全臺(tái)而言，接地的概念是使所有導(dǎo)體均處于同一電位，這樣就使兩導(dǎo)體間的電位差降至

18、最小。 由于電源地與大地總是在控制區(qū)內(nèi)，因此是最方便的連接點(diǎn)。如果防靜電腕及ESD臺(tái)墊均接至同一接地點(diǎn)，那么它們電位相同，是正確的安裝方式。防靜電腕首先連到ESD臺(tái)墊，然后穿過(guò)臺(tái)墊，再?gòu)呐_(tái)墊對(duì)角穿出，最后接地，這樣連接，臺(tái)墊至地有附加的串聯(lián)阻抗（電阻或電容），有時(shí)，操作者可以與接地的臺(tái)式設(shè)備或位于臺(tái)墊上的ESD敏感設(shè)備處于不同的電位。21 問(wèn)：當(dāng)穿上防靜電鞋套時(shí)，鞋套與腳部皮膚緊密接觸重要嗎，還有鞋套可以在鞋和短襪之間嗎？答：當(dāng)穿著防靜電鞋套操作電子儀器時(shí)，未必一定使鞋套直接與皮膚接觸。防靜電鞋套上的導(dǎo)電接頭間接地把導(dǎo)電地板（地）接到人體（皮膚）。典型情況時(shí)，導(dǎo)電接頭被腳踩在鞋墊和短襪之間。皮膚經(jīng)過(guò)短襪電氣連接到接頭。腳的濕氣使短襪導(dǎo)電，并在腳（皮膚）與接頭之間提供一導(dǎo)電通路。當(dāng)首次穿上鞋時(shí)，可穿10到60分鐘以保證有足夠的濕氣，從而使短襪具有良好的導(dǎo)電性能，這樣就使得皮膚可以有效地和導(dǎo)電接頭相連。22問(wèn)：目前，我的 公司一直用紙板模