靜電防護技術(shù) ESD

1、1靜電防護技術(shù)靜電防護技術(shù)2課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、了解ESD的基本知識、放電模式；3、熟悉現(xiàn)場使用到的防靜電用品和測試設(shè)備。2、了解防靜電系統(tǒng)的構(gòu)成；3目錄目錄 Contents1靜電基本知識2靜電放電模型3靜電防護原理4靜電防護用品5靜電測試設(shè)備4靜電：靜止未流動的電荷。能夠長時間停留在某些物料上。靜電：靜止未流動的電荷。能夠長時間停留在某些物料上。ESDESD：E Electrolectros static tatic D Discharge ischarge 靜電放電靜電放電因為電子產(chǎn)品生產(chǎn)中靜電放電是靜電危害最主要的部分，因為電子產(chǎn)品生產(chǎn)中靜電放電是靜電危害最主要的部分，所以所以ESDE

2、SD成為靜電的防護代名詞。成為靜電的防護代名詞。靜電基本知識5常見的靜電放電現(xiàn)象常見的靜電放電現(xiàn)象1、雷電：電壓高達數(shù)億伏；2、嚴(yán)寒的冬天，當(dāng)您脫下暖和的毛衣，您會聽到嗶嗶啪啪聲；3、干燥的冷天，當(dāng)伸手去開車門或窗戶，會感到觸電的感覺；4、用手去撫摸家里的貓，您會發(fā)現(xiàn)貓竟然怒發(fā)沖冠6See5000VHear4500VTouch2000VComponentDamage15-30V操作操作人體靜電位人體靜電位(V)相相對濕對濕度度20%相對濕度相對濕度80%在聚乙烯地面行走在聚乙烯地面行走12000250合成纖維地毯上行走合成纖維地毯上行走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在在普通工作臺上滑動塑料普通工作臺上滑動塑料盒盒180001500移除移除PCB上的上的MYLAR膠膠帶帶120001500PCB上的收縮膜上的收縮膜160003000使用使用真空吸錫器真空吸錫器80001000用氟利昂噴灑電路用氟利昂噴灑電路150005000人們對靜電的感知人們對靜電的感知7靜電與電的區(qū)別靜電與電的區(qū)別靜電靜電直、交流電直、交流電現(xiàn)象靜止的電荷流動的電荷放電時間瞬間放電（皮秒微秒）持續(xù)放電能量通常情況下能量很小能量大人體感覺不易感覺，通常情況下2000V以上才能被感覺36V以上的電壓即可對人體構(gòu)成危害8靜電的產(chǎn)生

4、有四個途徑。1、接觸分離 （最常見的摩擦）2、電感應(yīng)3、電容效應(yīng)4、壓電效應(yīng)靜電的靜電的“產(chǎn)生產(chǎn)生”9摩擦生電主要來源：接觸 +摩擦壓力或+ 分離靜電的靜電的“產(chǎn)生產(chǎn)生”10+1、接觸分離帶電理論上講，不同物質(zhì)接觸分離都會產(chǎn)生靜電，只是靜電壓高低的問題。以下兩種情況容易產(chǎn)生較高的靜電：I.吸真空負壓的接觸分離；II.反復(fù)接觸分離動作。靜電的靜電的“產(chǎn)生產(chǎn)生”111、摩擦帶電p摩擦通常被認為反復(fù)的接觸分離，容易產(chǎn)生較高的靜電，需要特別注意。p工作中的人體走動，取放物品都會產(chǎn)生靜電p設(shè)備中的運動也有摩擦或接觸分離的動作，因此也會產(chǎn)生靜電p移動的設(shè)備如推車，也會因摩擦產(chǎn)生靜電靜電的靜電的“產(chǎn)生產(chǎn)生”

5、121、剝離帶電+同種物質(zhì)的剝離和不同物質(zhì)間的剝離都會產(chǎn)生靜電通常會產(chǎn)生強烈的靜電，需要使用離子風(fēng)機消除物質(zhì)原有的電荷平衡被打破，兩邊帶上相反的電荷典型的靜電源：1）不干膠貼2）靜電膜3）標(biāo)簽靜電的靜電的“產(chǎn)生產(chǎn)生”13靜電的靜電的“產(chǎn)生產(chǎn)生”靜電序列表規(guī)律：規(guī)律：兩物體接觸分離或摩擦后，排在前面的帶正電，后面的帶負電；距離越遠，摩擦電壓越高；實際應(yīng)用：實際應(yīng)用：人類認識的不足：不同列表有所差異；循環(huán)現(xiàn)象；反向現(xiàn)象；應(yīng)用時不可作為硬標(biāo)準(zhǔn)。玻璃有機玻璃尼龍羊毛絲綢棉織品紙金屬黑橡膠滌綸維尼綸聚苯乙烯聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯+-142、感應(yīng)帶電：+接近靜電傳遞+接地+離開導(dǎo)體的周邊出現(xiàn)靜電場

6、時，導(dǎo)體會因電場感應(yīng)而帶靜電。導(dǎo)體的周邊出現(xiàn)靜電場時，導(dǎo)體會因電場感應(yīng)而帶靜電。靜電的靜電的“產(chǎn)生產(chǎn)生”15感應(yīng)帶電往往會讓電子器件帶電，從而造成損壞，因此在敏感器件的操作區(qū)要嚴(yán)格地控制靜電場水平。我公司控制的要求為靜電壓小于0200V。2、感應(yīng)帶電：靜電的靜電的“產(chǎn)生產(chǎn)生”163、電容效應(yīng)C = o r A / do = 8.85 X 10 -12 F/mr = 材料的相對介電常數(shù)靜電壓并非固定值！電容效應(yīng)只增加靜電破壞的風(fēng)險程度，并沒有改變電荷量 ！靜電的靜電的“產(chǎn)生產(chǎn)生”17目錄目錄 Contents1靜電放電模型2靜電基本知識3靜電防護原理4靜電防護用品5靜電測試設(shè)備18靜電放電模型靜

7、電放電模型 帶電器件模式 人體放電模式 機器放電模式建立模型的目的：1、針對不同的模型尋找防止不同ESD的方法；2、知道器件敏感不同放電方式下的耐受能力（靜電敏感度）業(yè)界在對發(fā)生ESD的三類普遍的情況總結(jié)后形成了三個典型的ESD模型：19靜電放電模型靜電放電模型人體放電模式（Human Body Model, HBM） ：描述人體帶了靜電后接觸處于接地的器件，發(fā)生放電的情況。 避免HBM最有效的方法是使用人體接地，減少人體帶電的情況。 20靜電放電模型靜電放電模型機器放電模式（Machine Model, MM）：描述設(shè)備、機器等金屬物體帶了靜電后接觸處于接地的器件，發(fā)生放電的情況。避免MM最

8、有效的方法是確保設(shè)備、工作臺、運輸工具等接地。 由于設(shè)備通常比人體電容大，所帶靜電荷多，且阻值小，并有電感效應(yīng)存在，MM造成的ESD損傷比同等電壓下HBM嚴(yán)重很多。21靜電放電模型靜電放電模型帶電器件模式（charged Device Model, CDM） ：描述器件帶靜電后接觸一個接地的導(dǎo)體發(fā)生放電的情況描述器件帶靜電后接觸一個接地的導(dǎo)體發(fā)生放電的情況。 器件帶電可能因摩擦或傳導(dǎo)直接帶電，也可能因感應(yīng)而帶電。器件帶電可能因摩擦或傳導(dǎo)直接帶電，也可能因感應(yīng)而帶電。如是后者，其放電過程可能分兩次進行如是后者，其放電過程可能分兩次進行。 22靜電放電模型靜電放電模型帶電器件模式（charged

9、Device Model, CDM） ：CDM的防范主要從以下幾方面入手：的防范主要從以下幾方面入手： 避免器件因包裝和周轉(zhuǎn)容器材料的原因摩擦產(chǎn)生靜電；避免器件因包裝和周轉(zhuǎn)容器材料的原因摩擦產(chǎn)生靜電； 避免器件周圍有靜電源而產(chǎn)生感應(yīng)帶電；避免器件周圍有靜電源而產(chǎn)生感應(yīng)帶電； 與器件接觸的材料使用耗散型材料。與器件接觸的材料使用耗散型材料。231kV放電CDM, HBM 及MM 放電比較- 3 0- 2 0- 1 001 02 03 04 05 005 01 0 01 5 02 0 0MMHBM (0.66A Peak)CDM (30pf Test Module)AnsCDM 只有HBM和 MM

10、放電時間的百分之一峰值電流比HBM高40倍靜電放電模型靜電放電模型24靜電放電模型靜電放電模型靜電敏感度分檔的目的： 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難太多的管制增加成本以及操作困難 必須在成本、可操作性和效率之間取得平衡必須在成本、可操作性和效率之間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靜電放電模型靜電放電模型靜電敏感度分檔：ClassVoltage RangeClass 0 250 voltsClass 1A250 volts to 500 voltsClass 1B500 volts to 1,0

11、00 voltsClass 1C1000 volts to 2,000 voltsClass 22000 volts to 4,000 voltsClass 3A4000 volts to = 8000 volts元器件HBM敏感度等級劃分ClassVoltage RangeClass M1 100 voltsClass M2100 volts to 200 voltsClass M3200 volts to or = 400 volts元器件MM敏感度等級劃分26靜電放電模型靜電放電模型靜電敏感度分檔：ClassVoltage RangeClass C1125 voltsClass C212

12、5 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敏感度等級劃分27器件種類器件種類ESD電壓范圍（電壓范圍（HBMV）硬盤磁頭硬盤磁頭10100VV MOS半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件30-1800VMOS 場效應(yīng)管器件場效應(yīng)管器件100-200V砷化鎵場效應(yīng)管器件砷化鎵場效應(yīng)管器件100-300V存儲器存儲器100V結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)型場效

13、應(yīng)晶體管140-7000V聲波表面濾波器聲波表面濾波器150-500V運算放大器運算放大器190-2500VC MOS250-3000V肖特基二極管肖特基二極管300-2500V薄膜電阻薄膜電阻300-3000V雙極型晶體管雙極型晶體管380-7000V射級耦合邏輯電路射級耦合邏輯電路500VLED5008000V可控硅器件可控硅器件680-1000V靜電放電模型靜電放電模型部分元器件的靜電敏感度28目錄目錄 Contents1靜電防護原理2靜電放電模型3靜電基本知識4靜電防護用品5靜電測試設(shè)備291. 人體能感覺出靜電存在的水平為 2,000 4,000 volts，但敏感器件只須 100

14、volts便能被損壞 ( 大部分 1,000 volts )2. 大部分的靜電破壞是潛在的，并不能夠被馬上識別出。3. 靜電破壞現(xiàn)象有較差的重復(fù)性, 并且不容易模擬。4. 找出靜電破壞的證據(jù)和根源一般相當(dāng)不容易，而且成本可能很高5. 缺乏培訓(xùn)和對問題的重視( ESD 破壞常被誤判為 EOS 損壞 )靜電防護原理靜電防護原理30Management RequirementsTechnical Requirements缺乏同時考慮技術(shù)和管理方面的要求，并把兩者仔細整合起來，我們的ESD控制就難以做得很好 靜電防護原理靜電防護原理31靜電防護原理靜電防護原理管理上的要求 系統(tǒng)建設(shè)管理 系統(tǒng)維護管理

15、系統(tǒng)改善管理 專職的項目經(jīng)理和ESD委員會 管理層的決心和真正承諾 意識 / 管理培訓(xùn) 供應(yīng)鏈管理32靜電防護原理靜電防護原理 ESDS 分類 內(nèi)置保護設(shè)計 制定所需控制程度 指定和設(shè)計EPA 控制材料和工具的選擇采購 接地設(shè)計 電離中和設(shè)計 技術(shù) / 操作 / 運作培訓(xùn) 建立測量設(shè)備 / 能力技術(shù)上的要求33靜電防護原理靜電防護原理全面管制是重要的34靜電防護原理靜電防護原理35靜電防護原理靜電防護原理兩端電阻高兩端電阻較低兩端電阻更低36靜電防護原理靜電防護原理37靜電防護原理靜電防護原理38靜電防護原理靜電防護原理39導(dǎo)體材料耗散材料絕緣材料01051012 靜電防護原理靜電防護原理40

16、ESD防護的基本技術(shù)手段防護的基本技術(shù)手段1.等電位等電位2.接地接地3.中和中和4.靜電放電屏蔽靜電放電屏蔽5.濕度控制濕度控制6.防靜電材料和抗靜電劑處理防靜電材料和抗靜電劑處理7.敏感器件的標(biāo)注敏感器件的標(biāo)注靜電防護原理靜電防護原理41等電位等電位 基本原理：基本原理： 讓可能接觸敏感器件的讓可能接觸敏感器件的所有表面處于等電位狀所有表面處于等電位狀態(tài)，避免靜電放電發(fā)生。態(tài)，避免靜電放電發(fā)生。做法：所有可能接觸器件的物做法：所有可能接觸器件的物體使用并聯(lián)連接（共同連接點）體使用并聯(lián)連接（共同連接點）靜電防護原理靜電防護原理靜電仍可能存在于器件上，小心 CDM 破壞 !42接地接地基本原理

17、：將靜電通過接地線或接地裝置傳導(dǎo)泄放到大地。做法：做法：建立靜電接地系統(tǒng)建立靜電接地系統(tǒng)使用靜電導(dǎo)電或靜電耗散材料使用靜電導(dǎo)電或靜電耗散材料并接入并接入ESD接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)人體佩戴手腕帶，并接入人體佩戴手腕帶，并接入ESD接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)人體穿防靜電鞋人體穿防靜電鞋所有人員必須是不間斷的接地所有人員必須是不間斷的接地靜電防護原理靜電防護原理注意事項：放電速度必須得到控制，不能太快或太慢 ( 105 R 電暈放電電壓，離子化形成而產(chǎn)生離子 異性離子被吸引到帶電物件上，中和靜電。同性離子被排離物件，再被離子機吸收放電到接地點66靜電防護用品靜電防護用品電場離子風(fēng)機（電場離子風(fēng)機（Ionizers

18、）有源電場離子機 電離子是因電場產(chǎn)生，不是電壓產(chǎn)生當(dāng)離子機射極為正時： 負離子被吸引到射極而中和 正離子被射極排斥而離開射極，像是發(fā)射出去67靜電防護用品靜電防護用品電場離子風(fēng)機（電場離子風(fēng)機（Ionizers）交流電離子機 設(shè)計簡單，成本低 正負離子交替產(chǎn)生周期為1/100 or 1/120秒 (50 or 60 Hz)，離子的自然中和會進一步降低效率，需要高風(fēng)速補償 由于效率低，需要更大的電壓來產(chǎn)生足夠的離子，會造成許多顆粒，不利于嚴(yán)格的無塵車間使用+ve breakdown level- ve breakdown level 穩(wěn)定68靜電防護用品靜電防護用品電場離子風(fēng)機（電場離子風(fēng)機（Ionizers）直流電離子機 需要復(fù)雜的控制電路來確保正負離子數(shù)量的平衡 連續(xù)的高壓使電離效率高，能處理快速中和需求；適合無塵車間使用 脈沖產(chǎn)生的離子群減少自然中和的情況，允許離開保護對象較遠（能