靜電放電（ESD）與防護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)

1、1靜電放電靜電放電(ESD)防護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)防護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)靜電概論靜電概論靜電危害靜電危害靜電控制原理靜電控制原理靜電防護(hù)系統(tǒng)靜電防護(hù)系統(tǒng)2靜電概論靜電概論1、靜電 的定義2、靜電的產(chǎn)生3、靜電的特點(diǎn)3靜電的定義靜電是物體表面過?；虿蛔愕撵o止電荷。靜電是一種電能，它留存物體表面：靜電是正電荷和負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果；靜電是通過電子或離子轉(zhuǎn)移而形成的。 4靜電的產(chǎn)生靜電產(chǎn)生的方式很多，主要有接觸、摩擦、感應(yīng)、剝離、電解、溫差、沖流、冷凍、壓電等。在電子車間主要的靜電產(chǎn)生形式為接觸、摩擦、感應(yīng)三種接觸產(chǎn)生靜電是靜電荷的轉(zhuǎn)移過程5摩擦產(chǎn)生靜電摩擦產(chǎn)生帶電現(xiàn)象，其帶電量多寡與二物體之接觸面積、分開

2、速度、相對(duì)濕度等因素有關(guān)。 表一 靜電電位表靜電產(chǎn)生方法10 25%RH65 95 %RH走過地毯35000V1500V走過塑料地磚12000V250V在工作臺(tái)工作6000V100V從工作臺(tái)取出一塑料袋20000V1200V 表二 摩擦生電序列表正電性(+)負(fù)電性(-)玻璃耐龍毛鉛鋁紙張棉木材鋼鐵鎳銅橡膠聚酯PVC硅鐵氟龍6靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)的原理為電磁感應(yīng)，當(dāng)一物體置于靜電場(chǎng)中，在其上可感應(yīng)出正或負(fù)的靜電荷，其靜電電壓的幅值取決于靜電電場(chǎng)強(qiáng)度。7靜電的特點(diǎn) 靜電具有高電位、低電量、小電流和作用時(shí)間 短。 靜電受濕度的影響較大； 靜電測(cè)量時(shí)復(fù)現(xiàn)性差，瞬間現(xiàn)象多。 物體產(chǎn)生靜電后，在其周圍形成靜電

3、場(chǎng)。位于 靜電場(chǎng)中的任何其它帶電體都會(huì)受到電場(chǎng)力排斥或 吸引。 靜電放電可以出現(xiàn)在兩個(gè)靜電位不同的物體之間，也可發(fā)生在物體表面靜電荷直接向空氣放電。 8靜電危害靜電危害靜電放電 ESD（Electro-Static Discharge) 功率型損傷 電流敏感器件靜電過壓 EOS（ Electro-Static Overstress) 電壓型損傷 電壓敏感器件靜電吸附 ESA（ Electro-Static Attraction) 微塵造成的短路和損傷電磁干擾 EMI（ Electro-Magnetic Interference) 靜電放電引起的電磁干擾 即時(shí)失效10% 延時(shí)失效90%9靜電放電

4、 在放電過程中，這些能量約以十分之一微秒的時(shí)間通過人體和器件電阻釋放，并耗散在人體和器件電阻上。 在這樣短的時(shí)間內(nèi)，平均脈沖功率可達(dá)幾千瓦。如此大功率的短脈沖，足以燒毀硅片上的一個(gè)微區(qū)并在芯片表面炸裂出一陷坑，或者引起SiO2膜擊穿或開裂，甚至燒毀金屬互連線。10靜電過壓 當(dāng)帶靜電荷者用手觸摸器件時(shí)，人體就會(huì)將電荷傳遞給器件，若器件對(duì)地?zé)o放電回路，器件上就會(huì)出現(xiàn)高壓，由于過電壓的作用，會(huì)導(dǎo)致MOS器件的柵氧化層被擊穿或引起極間空氣擊穿致使器件發(fā)生失效。 通常柵氧化層無保護(hù)時(shí)，在大約100V以下便可引起擊穿。若氧化層有針孔或空洞，發(fā)生擊穿的電壓還會(huì)更低。所以MOS器件的靜電防護(hù)非常重要。MOS器

5、件的ESD損傷必須在設(shè)計(jì)、制造和使用過程中予以保護(hù)。 11電子器件所能承受靜電破壞的靜電電壓 器件類型器件類型靜電破壞電壓靜電破壞電壓( (V)V)器件類型器件類型靜電破壞電壓靜電破壞電壓( (V)V)VMOS301800OP-AMP1902500M0SFET100200JEFT1401000GaAsFET100300SCL6801000PROM100STTL3002500CMOS2502000DTL3807000HMOS50500肖特基二極管3003000EDMOS2001000雙極型晶體管3807000ECL3002500石英壓電晶體1000012靜電吸附在芯片的生產(chǎn)中，如芯片所帶靜電電位

6、非常高，由于靜電的力學(xué)效應(yīng)就會(huì)使車間的浮游塵埃被吸附于半導(dǎo)體芯片上；在芯片的組裝過程中，塵埃會(huì)使芯片短路；為防止靜電吸附，制造半導(dǎo)體過程中，必須使用超潔凈室，同時(shí)，潔凈室的墻壁、天花和地板等均應(yīng)采用防靜電的不發(fā)塵材料；對(duì)操作人員及工件、器具也應(yīng)采取一系列靜電防護(hù)措施。 13電磁干擾靜電放電可產(chǎn)生頻帶幾百千赫茲幾十兆赫茲，電平高達(dá)幾十毫伏的電磁脈沖干擾，當(dāng)脈沖干擾耦合到計(jì)算機(jī)和低電平數(shù)字電路時(shí)，致使電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，出現(xiàn)誤動(dòng)作。強(qiáng)能量脈沖干擾，可使靜電敏感器件破壞。 14靜電損傷的失效模式1、突發(fā)性完全失效。 器件的一個(gè)或多個(gè)電參數(shù)突然劣化，完全失去規(guī)定功能的一種失效。通常表現(xiàn)為開路、 短路以及

7、電參數(shù)嚴(yán)重漂移。 2、潛在性緩慢失效。 如果帶電體的靜電位或存貯的靜電能量較低，或ESD回路有限流電阻存在，在這種情況下，一次ESD脈沖不足以引起器件發(fā)生突發(fā)性完全失效。但它會(huì)在器件內(nèi)部造成輕微損傷，這種損傷又是積累性的，隨著ESD脈沖次數(shù)增加，器件的損傷閾值電壓會(huì)逐漸下降，使器件的電參數(shù)逐漸劣化，它降低了器件抗靜電的能力，降低了器件的使用可靠性. 15靜電控制原理靜電控制原理靜電控制的基本原則靜電泄漏和耗散靜電中和 靜電屏蔽增濕 16靜電控制的基本原則基本原則：一個(gè)中心、兩個(gè)方面一個(gè)中心以“等電位”為中心所有接觸表面等電位兩個(gè)方面控制靜電的產(chǎn)生設(shè)備、工裝、材料 控制靜電的消散安全泄放、中和兩

8、者共同作用的結(jié)果就是有可能使靜電電平不超過安全限度， 達(dá)到靜電防護(hù)的目的。17靜電泄漏和耗散將各種操作過程中產(chǎn)生的靜電荷迅速泄漏和耗散是防止靜電危害行之有效的方法。靜電泄漏是通過防靜電材料并使之接地來完成的。 靜電放電的輻射狀電流流向地的靜電放電電流18防靜電材料導(dǎo)靜電材料：表面電阻率小于105.m的為導(dǎo)靜電材料。不適用靜電包裝。靜電耗散材料：表面電阻率1051012.m為靜電耗散材料?？捎米黛o電包裝。電磁屏蔽耗散復(fù)合材料：由電磁屏蔽材料（表面電阻率小于104.m）和靜電耗散材料復(fù)合而成。通常靜電耗散材料復(fù)合在屏蔽材料內(nèi)層。 絕緣材料：表面電阻率大于1012.m19靜電防護(hù)材料的制備 1、外用

9、抗靜電劑法。2、外用持久性抗靜電劑法。3、內(nèi)加抗靜電劑法。4、材料表面改性法。5、與導(dǎo)電材料混用法。20靜電接地軟接地：是指接地線串接阻值為1M的電阻后再與大地相連。軟接地的目的在于將對(duì)電流限制在人身安全范圍之下（通常為5mA）。硬接地：是指將地線直接接地或通過一低電阻接地。一般情況，硬接地用于靜電屏蔽或儀器設(shè)備、金屬體的接地。設(shè)備接地：是指專門的安全保護(hù)地線與機(jī)器、設(shè)備的金屬外殼、機(jī)座進(jìn)行電氣連接，一端接往大地電極系統(tǒng)，與大地接通，另一端與設(shè)備的外殼相連。靜電接地線與設(shè)備接地線必須分開。 21靜電中和用正負(fù)離子與靜電源上的正負(fù)電荷中和，從而消除靜電源上積累的靜電。 是借助離子靜電消除器或感應(yīng)

10、式靜電刷來實(shí)現(xiàn)的。 22靜電屏蔽屏蔽的作用是通過將一個(gè)區(qū)域封閉起來的殼體實(shí)現(xiàn)的，殼體可以是金屬，也可以是金屬織帶。靜電屏蔽效果與接地有很大關(guān)系，只有將屏蔽體接地，才能保證屏蔽體上感應(yīng)的靜電荷泄漏，使屏蔽體內(nèi)的電路不受靜電場(chǎng)干擾。 23增濕 濕度增加則非導(dǎo)體材料的表面導(dǎo)電率增加，使物體積蓄的靜電可以更快泄漏。在工藝條件許可時(shí)，用增濕法消除靜電的效果是很明顯的 24靜電防護(hù)系統(tǒng)靜電防護(hù)系統(tǒng)人體靜電防護(hù)系統(tǒng)人體靜電防護(hù)系統(tǒng)防靜電操作系統(tǒng)防靜電操作系統(tǒng)25人體靜電防護(hù)系統(tǒng)人體靜電防護(hù)系統(tǒng)防靜電腕帶防靜電工作服 防靜電工作鞋 防靜電手套（指套） 26防靜電腕帶 防靜電腕帶與皮膚直接接觸，是一種通過接地而

11、把人體皮膚靜電導(dǎo)走的裝置。它由松緊圈和接地組件組成。無繩防靜電腕帶的使用：車間間接人員正正 確確E S D 防防 護(hù)護(hù)不不 正正 確確E S D 防防 護(hù)護(hù)靜 電 環(huán) 金 屬 導(dǎo) 體 確 實(shí) 接 觸 人 體 皮 膚靜 電 環(huán) 金 屬 導(dǎo) 體 未 接 觸 人 體 皮 膚27使用腕帶時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)：1、防靜電腕帶使用時(shí)應(yīng)與手腕皮膚接觸 良好，并定期點(diǎn)檢。2、使用時(shí)腕帶的接地線要于靜電接地線相連，不可夾在桌面或桌邊的金屬體上，使用腕帶操作時(shí)不允許斷開。正正 確確E S D防防 護(hù)護(hù)不不 正正 確確E S D防防 護(hù)護(hù)靜 電 接 地 夾 要 確 實(shí) 夾 在 金 屬 導(dǎo) 線 上靜 電 接 地 夾 夾 在

12、 絕 緣 體 上（ 接 地 線 絕 緣 層 ）28防靜電工作服 為防止服裝的靜電積累，用防靜電織物為面料而縫制的工作服。防靜電織物是在紡織時(shí)，大致等間隔地或均勻地混入導(dǎo)電纖維或防靜電合成纖維或兩者混合交織而成的織物。其表面電阻率ps介于104109.cm之間。 29防靜電工作服使用注意事項(xiàng)禁止在防靜電工作服上附加或佩帶任何金屬物體；不許在防靜電場(chǎng)所穿或脫防靜電工作服（應(yīng)在指定的更衣室穿、脫），穿時(shí)工作服的拉鏈應(yīng)拉上，不可使其處于接近脫衣狀態(tài)并帶上帽子；防靜電工作服應(yīng)定期洗滌，洗滌應(yīng)盡量采用簡易方法進(jìn)行，應(yīng)避免使工作服受到較強(qiáng)的機(jī)械和化學(xué)損傷； 30防靜電工作鞋 鞋底用電阻變化小的導(dǎo)電性物質(zhì)制作

13、的工作用皮鞋、布鞋、膠鞋、拖鞋等。要求鞋底、鞋墊成為靜電泄漏的電氣回路，以使人體產(chǎn)生的靜電能向大地泄漏掉。31防靜電工作鞋使用注意事項(xiàng)穿用防靜電工作鞋必須使用薄型尼龍襪或混有導(dǎo)電纖維的襪子，不應(yīng)穿毛線的化纖材料的厚襪子；防靜電工作鞋內(nèi)不得另附鞋墊，特別是絕緣性鞋墊；(檢測(cè)穿鞋時(shí)人體對(duì)地電阻符合要求時(shí)可不做強(qiáng)制性規(guī)定,因腳汗也具有一定的導(dǎo)電性)在工作時(shí)嚴(yán)格禁止雙腳離地。 32防靜電手套（指套） 它們可選用相應(yīng)的防靜電布料或?qū)щ娎w維制作。所用的指套表面電阻應(yīng)限定在108以下。 33防靜電操作系統(tǒng)防靜電工作臺(tái) 防靜電地板 防靜電包裝 防靜電周轉(zhuǎn)小推車 防靜電工作椅 其它防靜電用品 靜電防護(hù)標(biāo)識(shí) 34

14、防靜電工作臺(tái)它由工作臺(tái)、防靜電桌墊、靜電接地線組成，并保證防靜電桌墊、靜電接地線與公共接地點(diǎn)相連。必要時(shí)，防靜電工作臺(tái)可配備離子風(fēng)靜電消除器。正正 確確E S D防防 護(hù)護(hù)不不 正正 確確E S D防防 護(hù)護(hù)接 地 線 確 實(shí) 連 結(jié) 於 置 物 架 上接 地 線 僅 接 觸 置 物 架 ， 未 確 實(shí) 連 接正正 確確 ESD 防防 護(hù)護(hù)工 作 桌 要 放 置 抗 靜 電 桌 墊 且 接 地35工作臺(tái)上靜電荷的消除離子風(fēng)靜電消除器。正正 確確E S D 防防 護(hù)護(hù)不不 正正 確確E S D 防防 護(hù)護(hù)離 子 風(fēng) 扇 仰 角 適 當(dāng)離 子 風(fēng) 扇 仰 角 過 高36防靜電地板表面電阻率為106

15、1010.cm的地板。 主要有防靜電橡膠板、防靜電塑料地板、防靜電活動(dòng)地板、防靜電瀝青砂漿等。地坪材料電性能使用壽命（年）成本防靜電橡膠板Pv:： 1051010.cm510較貴防靜電塑料地板Pv： 1051010.cm510貴防靜電活動(dòng)地板Pv： 1051010.cm510貴防靜電瀝青砂漿Pv： 1041010.cm3050較低水泥類Pv： 1041010.cm3050較低37防靜電包裝防靜電軟塑料包裝袋 防靜電硬塑料容器 正正 確確 E SD 防防 護(hù)護(hù)不不 正正 確確 E SD 防防 護(hù)護(hù)抗 靜 電 盤 上 直 接 放 置 產(chǎn) 品抗 靜 電 盤 上 擺 放 紙 張 造 成 絕 緣38防靜

16、電軟塑料包裝袋單面塑料包裝袋：在聚烯烴（聚乙烯、聚丙烯）或聚氯乙烯中填充適量炭黑作成；雙面塑料膜包裝袋：由防靜電塑料薄膜內(nèi)層與厚度極?。s為10nm）的金屬外層復(fù)合而成；三層結(jié)構(gòu)防靜電包裝袋：內(nèi)層為防靜電層，防止元器件在袋內(nèi)摩擦積累靜電，中間層為金屬導(dǎo)電層，起屏蔽作用，最外層又是防靜電層，防止袋子在貯運(yùn)過程中與外界介質(zhì)摩擦積累靜電。 39防靜電硬塑料容器 電子工業(yè)中所用的各類防靜電塑料容器，要求所用材料的表面電阻率ps1011.cm其制作方法主要有： 外部涂敷化學(xué)抗靜電劑； 內(nèi)添加化學(xué)抗靜電劑； 內(nèi)添加炭黑； 化學(xué)改性法等。 40防靜電周轉(zhuǎn)小推車用于周轉(zhuǎn)元器件、半成品等的小車。其車體用金屬或防靜電塑料制作。表面電阻 Rs1010；車輪應(yīng)使用導(dǎo)電橡膠制作，車輪對(duì)地電阻R109。 臺(tái)車接鐵鍊接觸導(dǎo)電地板41防靜電工作椅椅面材料可選用防靜電織物或防靜電海棉、防靜電軟塑料片、膠板等.其表面電阻率s應(yīng)介于106