防靜電基礎知識 ESD material課件

防靜電知識講座日常生活中的靜電從地毯上走過，抓住門的把手，梳頭，脫毛線衣，火花產(chǎn)生了。這個現(xiàn)象就是人們所知的靜電放電(ESD,electrostaticischarge)。人類通過日?；顒涌僧a(chǎn)生高達25,000V的靜電放電。人類手的神經(jīng)可感覺到低至大約3,000V的靜電放電。只需要10V的ESD就可毀壞今天IC內(nèi)部的某些極小零件和跡線。其結(jié)果是，雖然ESD看不見、聽不到或感覺不到，但可重大地損傷或毀壞電子產(chǎn)品。二十世紀中后期靜電危害震驚世界美國從1960年到1975年由于靜電引起的火災爆炸事故達116起。1969年底在不到一個月的時間內(nèi)荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產(chǎn)生的靜電引起相繼發(fā)生爆炸以后引起了世界科學家對靜電防護的關(guān)注。我國在石化企業(yè)發(fā)生了30多起較大的靜電事故，其中損失達百萬元以上的有數(shù)起。高科技工業(yè)生產(chǎn)中靜電危害的形成高工業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展以及高分子材料的迅速推廣應用，一些電阻率很高的高分子材料如塑料，橡膠等的制品的廣泛應用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高速化，使得靜電能積累到很高的程度，另一方面，靜電敏感材料的生產(chǎn)和使用，如輕質(zhì)油品，火藥，固態(tài)電子器件等，工礦企業(yè)部門受靜電的危害也越來越突出，靜電危害造成了相當嚴重的后果和損失。靜電放電防護意義1、減少損失（例如：美國一年的損失達200多億美金，僅電子工業(yè)的損失超過100多億美金）2、提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性3、提高生產(chǎn)效率4、靜電防護回報達1：95以上靜電放電的培訓人員領導管理人設計工程師現(xiàn)場工程師維護、修理技術(shù)人員倉儲人員質(zhì)量控制和檢測人員靜電起電定義靜電起電包括使正、負電荷發(fā)生分離的一切過程，如通過固體與固體表面、固體與液體表面之間的接觸、摩擦、碰撞，固體或液體表面的破裂等機械作用產(chǎn)生的正、負電荷分離。也包括氣體的離子化、噴射帶電以及在粉塵、雪花和暴風雨中的帶電現(xiàn)象。摩擦起電的實質(zhì)接觸分離起電任何不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電

1.3靜電帶電序列

（+）兔毛玻璃云母人發(fā)尼龍羊毛毛皮鉛絲鋁棉花鋼木材琥珀封臘硬橡膠銅、鎳銀、黃銅金、白金硫磺醋酸酯纖維聚酯賽璐珞硅聚四氟乙烯

序列表中的物質(zhì)離得越遠，各自所帶的電荷數(shù)量也越大。常見物質(zhì)的磨擦起電序列如下表所示：

感應靜電起電

物體不接觸也能起電當帶電物體A接近不帶電物體C時在導體C的a端和b端分別感應出負電和正電

ACB靜電感應引起放電

++++++++++

圖1其他起電方式熱電起電壓電起電斷裂起電電解帶電亥姆霍茲層噴射起電等

人活動產(chǎn)生的靜電電壓

(參考數(shù)據(jù))

人體活動靜電電壓(KV)靜電電壓(KV)相對濕度(10-20)%相對濕度(65-90)%人在地毯上走動351.5在工作臺上操作60.1從工作椅上站起181.5器件所能承受的靜電電壓

器件類型靜電破壞電壓(V)VMOS30~1800OP-AMP190~2500生產(chǎn)場所中的靜電危害源物體或工藝加工材料或活動人站起行走操作工作服椅子組裝、清洗、測試和維修區(qū)靜電是如何產(chǎn)生的

小結(jié)任何兩個不同材質(zhì)的物體接觸后現(xiàn)分離即可產(chǎn)生靜電。摩擦的實質(zhì)是一種接觸分離過程。當帶電物體接近不帶電物體時會感應靜電。大部分器件的靜電破壞電壓都在幾十至幾百伏，而在干燥的環(huán)境中人活動所產(chǎn)生的靜電可達幾千伏到幾萬伏。

電子工業(yè)中靜電問題的產(chǎn)生

靜電是時時刻刻到處存在的，但是在二十世紀40－50年代很少有靜電問題，因為那時是晶體三極管和二極管，而所產(chǎn)生靜電也不如現(xiàn)在普遍存在。在60年代，隨著對靜電非常敏感的ＭＯＳ器件的出現(xiàn)，靜電問題也出現(xiàn)了，到70年代靜電問題越來越來嚴重。80－90年代，隨著集成電路的密度越來越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越來越薄(微米－納米），其承

承受的靜電電壓越來越低，另一方面，產(chǎn)生和積累靜電的材料如塑料，橡膠等大量使用，使得靜電越來越普遍存在，僅美國電子工業(yè)每年因靜電造成的損失達幾百億美圓，因此靜電防護已成為電子工業(yè)的隱形殺手。是電子工業(yè)普遍存在的＂硬病毒＂，在某個時刻內(nèi)外因條件具備時就要發(fā)作。電子工業(yè)中靜電問題的產(chǎn)生靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差，會產(chǎn)生放電電流。這三種特性能對電子元件的三種影響：1．靜電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻（縮短壽命）。2．靜電放電破壞，使元件受損不能工作(完全破壞)。3．靜電放電電場或電流產(chǎn)生的熱，使元件受傷（潛在損傷）。4．靜電放電產(chǎn)生的電磁場幅度很大（達幾百伏/米）頻譜極寬（從幾十兆到幾千兆），對電子產(chǎn)器造成干擾甚至損壞（電磁干擾)。

如果元件全部破壞，必能在生產(chǎn)及品管中被察覺而排除，影響較小，如果元件輕微受損，在正常測試下不易發(fā)現(xiàn)，在這種情形下，常會因經(jīng)過多層之加工，甚至已在使用時，才發(fā)現(xiàn)破壞，不但檢查不易，而且其損失亦難以預測。要耗費多少人力及財力才能清查出所有問題，而且如果在使用時才察覺故障，其損失將可能巨大。靜電對電子產(chǎn)品損害靜電對電子產(chǎn)品損害

的四個特點隱蔽性：人體感知的靜電放電電壓2-3KV潛在性：操作后性能沒有明顯的下降隨機性：從一個元件產(chǎn)生以后，一直到它損壞以前的所有過程復雜性：分析困難，掩蓋了失效和真正原因

靜電對電子產(chǎn)品損害的特點3.隨機性電子元件甚么情況下會遭受靜電破壞呢?可以這么說，從一個元件產(chǎn)生以后，一直到它損壞以前，所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產(chǎn)生也具有隨機動性性。其損壞也具有隨機動性性。4.復雜性

靜電放電損傷的失效分析工作，因電子產(chǎn)品的精、細、微小的結(jié)構(gòu)特點而費時、費事、費錢，要求較高的技術(shù)并往往需要使用掃描電鏡等高精密儀器。即使如此，有些靜電損傷現(xiàn)象也難以與其他原因造成的損傷加以區(qū)別，使人誤把靜電損傷失效當作其他失效。這在對靜電放電損害未充分認識之前，常常歸因于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺地掩蓋了失效的真正原因。所以靜電對電子器件損傷的分析具有復雜性。靜電放電造成微電子電路

損傷的模式金屬布線與擴散區(qū)（或多晶）接觸孔產(chǎn)生火花，使金屬和硅的歐姆接觸被破壞。使節(jié)點的溫度超過半導體硅的熔點（1415℃）時,使硅熔解，產(chǎn)生再結(jié)晶，造成器件短路。金屬化電極和布線熔解、“球化”，造成電路開路。大電流流過PN結(jié)產(chǎn)生焦耳熱，使結(jié)溫升高，形成“熱斑”或“熱奔”，導致器件損壞。

靜電放電引發(fā)的瞬時大電流（靜電火花）引燃引爆易燃、易爆氣體混合物或電火工品，造成意外燃燒、爆炸事故。靜電放電使人體遭受電擊引發(fā)操作失誤造成二次事故、靜電場的庫侖力作用使紡織、印刷、塑料包裝等自動化生產(chǎn)線受阻。第三類靜電危害是由于靜電放電的電磁輻射或靜電放電電磁脈沖（ESDEMP）對電子設備造成的電磁干擾引發(fā)的各種事故。

靜電放電造成微電子電路

損傷的模式機理分析一般說來，靜電放電都是在微秒或鈉秒量級完成的，因此這一過程是一種絕熱過程，放電瞬間通過回路的大電流，形成局部的高溫熱源。對微電子器件而言，其靜電放電能量通過器件集中釋放，其平均功率可達幾千瓦，熱量很難從功率耗散面向外擴散，因而在器件內(nèi)形成大的溫度梯度，造成局部熱損傷，電路性能變壞或失效。

靜電放電造成

微電子電路損傷的模式靜電放電強電場效應強電場導致MOS聲效應器件的柵氧化層被擊穿，使器件失效。強電聲導致微電子電路絕緣介質(zhì)擊穿，或使器件性能下降。強電場使集成電路和精密的電子組件老化，降低設備壽命。

電子工業(yè)哪些過程會

產(chǎn)生靜電危害元件從生產(chǎn)到使用的整體過程中都會產(chǎn)生靜電，依各階段的可分為：1.元件制造過程在這個過程，包含制造，切割、接線、檢驗到交貨。2.印刷電路版生產(chǎn)過程收貨、驗收、儲存、插入、焊接、品管、包裝到出貨。3.設備制造過程電路板驗收、儲存、裝配、品管、出貨。4.設備使用過程收貨、安裝、試驗、使用及保養(yǎng)。為什么要提升靜電防護意識在本世紀70前代以前，很多靜電問題都是由于人們沒有靜電意識而造成的，即使現(xiàn)在也有很多人懷疑靜電會對電子產(chǎn)品造成損壞。這是因為大多數(shù)靜電損害發(fā)生在人的感覺以下,因為人體對靜電放電的感知電壓約為3ＫＶ，而許多電子元件在幾百伏甚至幾十伏時就會損壞，通常電子器件被靜電損壞后沒有明顯的界限，把元件安裝在PCB上以后再檢測，結(jié)果出現(xiàn)很多問題，分析也相當困難。特別是潛在損壞，即使用精密儀器也很難測量出其性能有明顯的變化，所以很都電子工程師和設計人員都懷疑靜電，近年但實驗證實，這種潛在損壞在一定時間以后，電子產(chǎn)品的可靠性明顯下降靜電是即古老又年輕的學科任何物質(zhì)接觸分離后都會產(chǎn)生靜電靜電的產(chǎn)生與材料、接觸分離的速度、濕度等因素有關(guān)工業(yè)生產(chǎn)中靜電危害的特點主要有：隱蔽性、潛在性、隨機性、復雜性靜電也可以利用。

高科技工業(yè)中靜電

控制原理在操作等過程中控制靜電，使其不能達到危害的程度（所有工作人員）提高元器件、組件（線路板）及整機的搞靜電能力（設計人員）

人體靜電放電控制原理人體是最普遍存在的靜電危害源對于靜電來說，人體是導體。對人體采取接地的措施可以控制人體靜電。

靜電放電控制原理—接地在大多數(shù)情況下，第三條導線（保護接地）交流設備接地是接地的最優(yōu)先選擇。當?shù)谌龡l交流設備接地導線不能用到或不適用時，工作人員應該通過腕帶或其它接地系統(tǒng)與靜電放電敏感物件的一個導電性組件相連接，以保證所有組件處在同樣電位。

靜電放電控制原理—接地靜電導體——接地人員接地（腕帶（0.8~1.2）×106Ω

；鞋對地電阻<109Ω

設備和工具接地：<1.0Ω環(huán)境：地面、貨架、活動設備對地電阻<1×109Ω

防靜電鞋與腕帶使用中

人體安全問題

僅從防靜電的角度考慮時，人體總的對地電阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人體必須具有一定值的對地電阻，以便萬一發(fā)生金屬設備或裝置與工頻電源短接的情況下該電阻能夠限制流過操作的人體上的電流。最小值不應小于105Ω，通常腕帶的限流電阻在1ＭΩ，防靜電鞋的最小電阻應不應小于105Ω，最大不超過109Ω腕帶和工作臺墊提供ESD到達地下的清晰的路徑，使其佩帶者接近零伏電荷。帶和墊兩者都用內(nèi)置限流1M電阻，形成一個安全系統(tǒng)，為裝配或制造工人防止來自偶然的110VAC的電擊。使靜電從腳導到大地使用防靜電地面（防靜電地墊、地毯等）防靜電鞋防靜電襪防靜電鞋墊注意：鞋、地面、襪、鞋墊等必須全是防靜電的，才能保證靜電從腳導向大地無防靜電地面或防靜電地墊，單獨使用防靜電鞋、防靜電服防靜電作用不大，因為靜電不能泄放到大地。

使靜電從腳導到大地佩戴防靜電腕帶并接地用手觸摸接地金屬體如球能暫時釋放人體靜電，但手離開接地金屬體后又會產(chǎn)生靜電腕帶對地電阻<(0.8~1.2)×106Ω無線腕帶不能起到好的防靜電作用

防靜電腕帶的使用問題使用腕帶操作時不允許斷開，否則會失去接地作用。夾在衣服等不導靜電物體上的接地裝置，不能釋放人體靜電

防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問題

使用腕帶操作時不允許斷開，否則會失去接地作用。各種腕帶使用的主要問題是開路，有時是臨時性的，有時是長時間斷開，使失去接地作用。有的人因此使用腕帶檢測器測量其通斷狀態(tài)，有的用監(jiān)測儀器測量腕帶的開路及電阻變大。腕帶扣得不緊造成人體皮膚與腕帶的接觸電阻變大有些腕帶的電阻就是帶子本身的，當帶觸及地時使其電阻大大減小，有可能因此造成對人體電擊的危險。防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問題?

防靜電鞋在穿用時應有防靜電襪/鞋墊，并在防靜電地面上工作才能使人體所帶的靜電導到大地，任何一部分電阻過大或斷開都會使人體帶上危害的靜電。所以在重要的部門應有人體電阻測試儀隨時檢測人體所穿的鞋/襪/鞋墊及與人體的總電阻是否能起到泄漏靜電的要求。腕帶應用專門的帶插座的接地線與地連結(jié)，不能夾在桌面或桌邊的金屬體上，因為這些金屬體對地的電阻可能很大。要經(jīng)常檢查腕帶的電阻.防靜電包裝袋/容器材料

普通運載材料/物品包括：

防靜電(antistatic)。這種類型包括傳統(tǒng)的粉紅色特殊配方的塑料袋和不透明IC裝運管。當零件在內(nèi)面移動時，這些具有事實上不產(chǎn)生任何新靜電的特性。但是重要的是注意，它們不是屏蔽容器，不能阻擋強電場(例如，在高度放電的泡沫托盤內(nèi)的IC裝運管會把零件暴露給ESD)。

防靜電包裝袋/容器材料屏蔽(shielding)。這一類型包括傳統(tǒng)的金屬化裝運袋和碳質(zhì)線紙板盒。金屬化袋開始是聚酯薄膜(Mylar)，然后噴涂連續(xù)的鋁層。這種袋為其包裝的內(nèi)容形成法拉第筒(faradaycage)，可有效地阻擋電場。鋁涂層袋對任何距離的裝運都很好，但必須完全關(guān)閉才起作用。它應該用拉鏈合上(如果提供)、或折疊和膠帶封住。不要用訂書釘來密封袋，因為致命的電場會通過訂書釘從外面?zhèn)鞯絻?nèi)面。不要讓袋子開著口，因為袋內(nèi)的物品會暴露在強電場下。不要將PCA用空袋子包裹來攜帶。不要把PCA放在空袋子上。

防靜電包裝袋/容器材料碳質(zhì)線紙板盒開始是內(nèi)面完全涂層的紙板，外面是導電性的碳涂層。這種盒子對裝運很好，只有當蓋子完全關(guān)閉才起作用。因為PCA在盒子內(nèi)到處移動，所以通常不提供接地通路。如果蓋子部分掉開，物品暴露，則可能受到強電場的損壞。

導電性塑料如托盤和零件箱(由特殊配方的塑料制造)。將PCA或元件放在耗散性腳墊的紙上是可以的，只要引腳連續(xù)地接觸腳墊，人穿上腳帶拿住托盤，只走在特殊涂層的ESD耗散性上過蠟的地板上。

防靜電包裝袋/容器材料零件箱也是由特殊配方的塑料制成，使其具有導電性和屏蔽性。這些可用于本地或長距離的運輸，蓋子必須完全閉合和拴住。

金屬籠。這種籠子是工廠內(nèi)部運輸?shù)挠行Чぞ?，如果有耗散性腳墊在頂部(防止快速放電)，并用鏈條接地到上過靜電耗散性蠟的地板上服裝/手套/指套/帽子服裝/手套/指套/帽子不銹鋼纖維或?qū)щ娎w維與普通纖維混紡而成。通過導電纖維的電暈放電和泄漏作用消除的靜電。耐洗滌，但一般本身不能導靜電。防靜電服裝/手套/指套/帽子單獨使用時防靜電作用不大

靜電消除使用靜電消除器使用靜電消電液濕度控制降低運動速度

濕度控制用加濕機，使相對濕度在50-70%以內(nèi)可以增快靜電泄漏

人體活動靜電電壓(KV)相對濕度(10-20)%相對濕度(65-90)%在地毯上走動351.5從工作椅上站起181.5靜電防護設施的定期檢查人員接地<35×106Ω或<100伏,腕帶:(0.8~1.2)×106Ω腕帶：0.8×106至1.2

×106ΩEPA環(huán)境：工作臺面,鞋類，地面，貨架,活動設備<1×109Ω<200伏設備工具接地<1.0Ω

電子工業(yè)哪些過程會

產(chǎn)生靜電危害在這整個過程中，每一個階段中的每一個小步驟，元件都可能遭受靜電的影響，而實際上，最主要而又容易疏忽的一點卻是在元件的傳送與運輸?shù)倪^程。在這整個過程中，不但包裝因移動容易產(chǎn)生靜電外，而且整個包裝容易暴露在外界電場(如經(jīng)過高壓設備附近，工人移動頻繁、車輛迅速移動等)而受到破壞，所以傳送與運輸過程需要特別注意以減少損失，避免無謂之糾紛。所以，從元件的制造，使用到維修的任一環(huán)節(jié)都有可能發(fā)生靜電損害。如何控制靜電從前面的分析可知靜電是由于物體接觸分離，甚至沒有接觸的感應等方式產(chǎn)生的，就連我們周圍的空氣也是由原子組成的，當這些空氣流動時也會產(chǎn)生靜電，可以說：在任何時間、任何地點都可能產(chǎn)生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能的，但可以采取一些措施控制靜電在不危害的程度之內(nèi)。如何控制人體靜電人體是最普遍存在的靜電危害源。對于靜電來說，人體是導體，所以可以對人體采取接地的措施

1.使用防靜電地面/防靜電鞋/襪（靜電從腳導到大地）通過腳穿防靜電性地面、地墊、地毯，人員穿上防靜電鞋襪，形成組合接地。2.佩戴防靜電腕帶并接地（靜電從手導到大地）通過手用以泄放人體的靜電。它由防靜電松緊帶、活動按扣、彈簧軟線，保護電阻及插頭或夾頭組成。松緊帶的內(nèi)層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。上述兩項措施都是實用而有效的，應視不同的場合選擇使用.工廠防靜電基本要求

一、靜電防護的基本原則a、抑制靜電荷的積聚；b、迅速、安全、有效地消除已經(jīng)產(chǎn)生的靜電荷。二、防靜電工作區(qū)場地１、地面材料

a、禁止直接使用木質(zhì)地板或鋪設毛、麻、化纖地毯及普通地板革。

b、應該選用由靜電導體材料構(gòu)成的地面，如防靜電活動地板或在普通地面上鋪設防靜電地墊，并有效接地。c、允許使用經(jīng)特殊處理過的水磨石地面，如事先敷設地線網(wǎng)、滲碳或在地面噴涂抗靜電劑等。２、接地

a、防靜電系統(tǒng)必須有獨立可靠的接地裝置，接地電阻一般應小于10Ω，埋設與檢測方法應符合GBJ97的要求。

b、防靜電地線不得接在電源零線上，不得與防雷地線共用。

c、使用三相五線制供電，其大地線可以作為防靜電地線（但零線、地線不得混接）。

２、接地

d、接地主干線截面積應不小于100mm2；支干線截面積應不小于6mm2；設備和工作臺的接地線應采用截面積不小于1.25mm2的多股敷塑導線，接地線顏色以黃綠色線為宜。

e、接地主干線的連接方式應采用釬焊。

f、防靜電設備連接端子應確保接觸可靠，易裝拆，允許使用各種夾式連接器，如鍔魚夾、插頭座等。３、天花板材料

天花板材料應選用抗靜電型材料制品，一般情況下允許使用石膏板制品，禁止使用普通塑料制品。４、墻壁面料

墻壁面料應使用抗靜電型墻紙，一般情況下允許使用石膏涂料或石灰涂料墻面，禁止使用普通

墻紙及塑料墻紙。５、濕度控制

a、防靜電工作區(qū)的環(huán)境相對濕度以不低于50%為宜。隨著濕度上升(空氣中許多潮氣)，ESD的危險沒有了。這個說法是錯誤的。危險性降低是真的，但沒有脫離。b、在不對產(chǎn)品造成有害影響前提下，允許使用增濕設備噴灑制劑或水，以增加環(huán)境濕度。

c、計算機房的濕度應符合GB2887中的有關(guān)規(guī)定，類似的機房也應符合此規(guī)定。６、區(qū)域界限

防靜電工作區(qū)應標明區(qū)域界限，并在明顯處懸掛警示標志，警示標志應符合GJB1649規(guī)定，工作區(qū)入口處應配置離子化空氣風浴設備。７、電荷源