防靜電基礎知識培訓教材課件

防靜電基礎知識

培訓教材主編：公司品質部2011年度培訓教材編號：ＰＸＪＣ－11００2防靜電基礎知識

培訓教材主編：公司品質部2011年度1課程安排一、ESD的定義二、靜電產生的方式和途徑三、靜電放電特點及其危害四、ESD敏感度分級試驗模型五、生產環(huán)境中主要的靜電源六、本公司的靜電控制和防護措施七、ESD-S20.20標準簡介課程安排一、ESD的定義2常見靜電現象琥珀與絲綢、木頭；塑膠棒與頭發(fā)摩擦后，產生對小物體的吸引和排斥（人們對靜電最早的觀察）無線電的干擾噪聲走過地毯后接觸金屬把手時的電擊從干衣機里面拿出來的衣服互相吸附打雷時的閃電第一部分ESD的定義常見靜電現象琥珀與絲綢、木頭；塑膠棒與頭發(fā)摩擦后，產生對小物3什么是靜電？靜電（ElectrostaticCharge）靜止不動的電荷 ElectricChargeatrest—ESDADV1.0-2003電荷：得到或者失去電子 ElectricCharge：Anabsenceorexcessofelectrons—ESDADV1.0-2003靜電的基本單位是庫倫Coulomb(C)

1C=

6.24×1018個電子所帶的電量什么是靜電？靜電（ElectrostaticCharge）4靜電的本質無論是靜電荷或帶電體，都會在空間激發(fā)出靜電場。靜電場才是靜電荷或帶電體的物理本質。因為其對外表現是通過靜電場來實現的。靜電場是一種物質存在，有能量，有動量，對其中的其他帶電體施加力的作用。靜電的本質無論是靜電荷或帶電體，都會在空間激發(fā)出靜電場。靜電5電荷不能夠被生產或消滅，只能夠被轉移。電子電量=-1.6x10-19C

質子電量=+1.6x10-19C量化預測電荷量的產生是不可能的。一塊布料和一片塑膠的摩擦可以促使百萬億電荷的轉移電荷特性電荷守恒定律-在任何物理過程中電荷的代數和是守恒的。電荷不能夠被生產或消滅，只能夠被轉移。電子電量=6同性相斥異性相吸這也是造成電子流動的基礎！電荷的相互影響同性相斥異性相吸這也是造成電子流動的基礎！電荷的相互影響7什么是ESDESD靜電放電由于一個高電場引起的快速、自發(fā)的電荷轉移 Therapid,spontaneoustransferofelectrostaticchargeinducedbyahighelectrostaticfield. —ESDADV1.0-2003處于不同電位的兩個物體之間，由于直接接觸或靜電場感應導致的電荷傳輸（轉移）—IEC定義什么是ESDESD靜電放電8靜電和ESD（靜電放電）的區(qū)別靜電與靜電放電（ESD）是完全不同的物理概念或物理過程。一個是“靜”，一個是“動”。伴隨著靜電放電，往往有電量的轉移、電流的產生和電磁場輻射。靜電和ESD（靜電放電）的區(qū)別靜電與靜電放電（ESD）是完全9第二部分

靜電產生的方式和途徑接觸分離起電（最常見摩擦起電）靜電感應斷裂起電（分裂起電，破碎起電）剝離起電離子濺射傳導帶電熱電效應（冷凍起電）壓電效應電解帶電濺潑起電第二部分

靜電產生的方式和途徑接觸分離起電（最常見摩擦起電）10接觸分離帶電接觸形成偶電層分離帶電接觸分離帶電接觸形成偶電層分離帶電11摩擦帶電接觸+‘摩擦’壓力或+分離摩擦帶電接觸+‘摩擦’壓力或+分離12什么影響“摩擦帶電”2.3靜電特性摩擦產生的靜電的大小取決于：互相摩擦的材料接觸的緊密程度分離的速度接觸面的潔凈度其他物理和化學的因素，比如：表面粗糙度，環(huán)境因素什么影響“摩擦帶電”2.3靜電特性13靜電序列Brass,Silver黃銅、銀Gold,Platinum金、鉑Sulfur硫磺Acetaterayon醋酸纖維Polyester聚脂Celluloid賽璐珞Orlon奧綸Polyurethane聚亞安脂Polyethylene聚乙烯Polypropylene聚丙烯PVC(vinyl)PVC（乙烯基）KELF藻Silicon硅Teflon特氟龍RabbitFur兔皮毛Glass玻璃Mica云母HumanHair頭發(fā)Nylon尼龍Wool羊毛Fur皮毛Lead石墨Silk絲綢Aluminum鋁Paper紙張Cotton棉花Steel鋼鐵Wood木材Amber琥珀SealingWax蠟HardRubber硬橡膠Nickel,Copper鎳、銅正電Negative負電靜電序列Brass,Silver黃銅、銀RabbitF14靜電序列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；可以作為選擇防護材料時的有用參考人類認識的不足：不同列表有所差異；循環(huán)現象；反向現象；應用時不可作為硬性標準。靜電序列兩物體接觸分離或摩擦后，排在前面的帶正電，后面的帶負15靜電感應++++++++++++++++--------++++++++++++++++++--------+++++++++Chargedobject帶電體UnchargedObject非帶電導體+++++++++-------------帶電體產生電場，電場中的導體因電荷轉移而帶電。思考:如果是絕緣體呢？同性相斥，異性相吸靜電感應++++++++++++++++--------+16斷裂起電斷裂起電17剝離帶電+++輪子軸皮帶+++同種物質的剝離和不同物質間的剝離都會產生靜電物質原有的電荷平衡被打破，兩邊帶上相反的電荷通常電壓較高剝離帶電+++輪子軸皮帶+++同種物質的剝離和不同物質間的剝18離子濺射離子濺射19傳導帶電帶電物體通過接觸將電荷傳導給未帶電物體帶電絕緣體僅能從較小面積釋放電荷帶電導體能釋放大量電荷給另一導體傳導帶電帶電物體通過接觸將電荷傳導給未帶電物體20其他帶電方式熱電現象：某些物質溫度的變化，產生靜電。壓電：壓電現象。石英、水晶、陶瓷等電解：固體與電解質溶液液體噴射其他帶電方式熱電現象：某些物質溫度的變化，產生靜電。21特殊帶電現象粉體帶電：因為破裂、摩擦、分離、吸附等因素帶電。電量小，但電壓可能較高，可能引發(fā)爆炸危險。液體帶電：因為流動、沖流、沉降、噴射等方式起電，多出現在電阻大的液體、管道、噴嘴和分散的液滴。氣體帶電：純凈的氣體通常情況下不會起電。氣體的帶電一般與粉體和液體帶電相關。特殊帶電現象粉體帶電：因為破裂、摩擦、分離、吸附等因素帶電。22影響帶電的因素物質的性質表面特性作用力的大小、速率、頻次、時間環(huán)境因素：濕度、溫度物體帶電歷史溫度對靜電影響：溫度升高物質活性增強摩擦電壓增加；同時溫度升高部分物質的導電性增強，易于消除靜電影響帶電的因素物質的性質溫度對靜電影響：溫度升高物質活性增強23第三部分靜電放電特點及其危害第三部分24靜電放電的特點

ESD是高電位,強電場,瞬時大電流的過程過去，人們認為ESD是一個高電位，強電場，小電流的過程。其實這種看法并不完全正確。的確，有些ESD過程產生的放電電流比較小。如后面將要介紹的電暈放電。但是，在大多數的情況下，靜電放電過程往往會產生瞬時脈沖大電流。尤其是帶電導體或手持小金屬物體（如螺絲刀或鑰匙）的帶電人體對接地體產生火花放電時，產生的瞬時脈沖電流的強度可達到幾十安培甚至上百安培。靜電放電的特點ESD是高電位,強電場,瞬時大電流的過程25靜電放電的特點ESD會產生強烈的電磁輻射，形成強電磁脈沖（EMP)近年來，隨著靜電測試技術、測量儀器及測試手段的不斷完善和迅速發(fā)展，使人們對ESD這一瞬態(tài)過程的認識越來越清楚。在ESD過程中，確實會產生上升時間很快、持續(xù)時間很短的初始大電流脈沖，并產生強烈的電磁輻射，出現了靜電放電電磁脈沖（ESDEMP）。它的電磁能量往往會引起電子系統(tǒng)中敏感部件的損壞、翻轉，或引起某些裝置中的電火工品誤爆，造成事故。

靜電放電的特點ESD會產生強烈的電磁輻射，形成強電磁脈沖（E26但是，應當注意的是，ESD是一個極其復雜的過程不僅與材料、物體形狀和放電回路參數有關，而且放電時往往還涉及到非常復雜的氣體擊穿過程。因此，ESD是一種很難重復的隨機過程。靜電放電的特點但是，應當注意的是，ESD是一個極其復雜的過程不僅與材料、物27靜電放電對電子工業(yè)的危害

ESD使ESDS元器件硬擊穿或失效ESD使元器件軟擊穿（結果可能更嚴重)靜電吸附（影響元器件或整機質量）ESD電磁輻射引起電磁干擾

靜電放電對電子工業(yè)的危害ESD使ESDS元器件硬擊穿或失效28危害涉及的環(huán)節(jié)上述危害可能發(fā)生在預處理、各生產工藝流程、測試、總裝、調試、包裝、儲存、發(fā)送、維修、運輸危害涉及的環(huán)節(jié)上述危害可能發(fā)生在預處理、各生產工藝流程、測試29硬擊穿或突發(fā)性失效在TEM（瞬變電磁技術）儀器下看到的PMOS上拉晶體管的硅損傷情況MOS器件柵極損傷示意圖硬擊穿或突發(fā)性失效在TEM（瞬變電磁技術）MOS器件柵極損傷30軟擊穿投訴來自美國電話公司。在PWB生產線，雙向混合集成電路中，由于ESD軟擊穿，雙極型結型晶體管顯示出泄漏電流過大，導致系統(tǒng)崩潰。這是一張器件場效應失效的照片。發(fā)現PN結的損傷。這種感應場效應ESD失效與用HBM模型測試的ESD損壞，其結果幾乎完全相同。器件損壞的起始電壓為700v。軟擊穿投訴來自美國電話公司。在PWB生產線，雙向混合集成電路31靜電吸附影響降低潔凈度降低耐壓等級結果成品合格率降低靜電吸附影響32電磁輻射引起電磁干擾影響邏輯電路程序混亂溫升硬擊穿軟擊穿電磁輻射引起電磁干擾影響33第四部分

常見的ESD敏感度分級試驗模型人體帶電模型—HBM機器模型—MM帶電器件模型—CDM場感應模型—FICDM第四部分

常見的ESD敏感度分級試驗模型人體帶電模型—HBM34人體帶電模型人體是產生靜電危害的最主要的靜電源之一。當帶電的人體觸摸或靠近ESDS元器件時，該元器件有可能被直接的靜電放電或強靜電場所損壞。人體ESD能夠以標準中給出的人體模型試驗電路來合理地模擬。這種試驗電路已被廣泛應用于工業(yè)ESD測試中。人們對人體靜電及其放電過程研究得比較早，也較深入，HBM也較其它模型建立得更早?，F有文獻資料中大部分靜電感度數據都是以HBM為基礎得到的。人體模型測試參照ESDSTM5.1人體帶電模型人體是產生靜電危害的最主要的靜電源之一。當帶電的35人體帶電模型人體帶電模型示意圖人體帶電后接觸元器件產生放電人體帶電模型人體帶電模型示意圖人體帶電后接觸元器件產生放電36人體帶電模型人體帶電模型示意圖人體帶電后接觸元器件產生放電人體帶電模型人體帶電模型示意圖人37ClassVoltageRange0<250V1A250to<500V1B500to<1000V1C1000to<2000V22000to<4000V3A4000to<8000V3B≥8000V人體帶電模型HBMESDStressLevelClassVoltageRange0<250V1A2538機器模型主要模擬機械臂、機械手等金屬部件帶電后對電子元器件的破壞與影響。其放電電阻要比人體模型小許多，因此破壞性更大。機器帶電模型的測試參見ESDSTM5.2流水線即相當于人體帶電，與元器件發(fā)生放電現象機器模型主要模擬機械臂、機械手等金屬部件帶電后對電子元器件的39機器模型ClassVoltageRangeM1<100VM2100to<200VM3200to<400VM4≥400VMM敏感度級別表機器模型ClassVoltageRangeM1<100V40帶電器件模型器件接觸帶電體或感應而帶電后，遇地放電從而造成損傷帶電器件測試參照ESDSTM5.3.1帶電器件模型器件接觸帶電體或感應而帶電后，遇地放電從而造成損41帶電器件模型ClassVoltageRangeC1<125VC2125to<250VC3250to<500VC4500to<1000VC51000to<1500VC61500to<2000VC7≥2000V帶電器件模型敏感度等級帶電器件模型ClassVoltageRange<125V42場感應模型電場感應模型模擬了器件在靜電場中時與地接觸，從而引起了高幅度短持續(xù)時間的ESD瞬變。右圖以雙列直插式外殼器件來說明這種概念。首先，不帶電器件放入靜電場中，按照靜電感應原理，導致電荷分離。然后，如果該器件與地（或有足夠大電容的任何導體）接觸，產生的電荷重新分布導致ESD。另外，器件現在有靜電荷，如果它從靜電場中移出，它對于帶電器件放電類型的損壞是敏感的。此例中同時假定放電的對地電阻為零。場感應模型電場感應模型模擬了器件在靜電場中時與地接觸，從而引43常見元器件的敏感度級別部品種類ESD電壓范圍（V）VMOS30-1800VMOSFET100-200VGAASFET100-300VEPROM100VJFET140-7000VSAW150-500VOP-AMP190-2500VCMOS（INPUTPROTECTED）250-3000VSCHOTTKYDIODES300-2500VFILMRESISTORS300-3000VBIPOLARTR380-7000VECL（P.C.BLEVEL）500VSCR680-1000V常見元器件的敏感度級別部品種類ESD電壓范圍VMOS30-44第五部分電子生產環(huán)境中主要的靜電源第五部分45生產環(huán)境中主要的靜電源物體或過程材料或活動工作臺面打蠟，涂層或油漆面/普通乙烯類或塑膠地面密閉混凝土打蠟，拋光木板普通乙烯類膠片衣服普通凈化工作服普通纖維工作服非靜電鞋未處理棉花（適度低于30%）座椅拋光木板乙烯基材料玻璃纖維包裝及搬運普通塑膠-袋，包裹，信封普通氣泡袋，發(fā)泡袋普通塑膠箱，手提箱，小瓶，塑膠件箱柜生產環(huán)境中主要的靜電源物體或過程材料或活動工作臺面打蠟，涂層46生產環(huán)境中主要的靜電源裝配，清潔，測試及維修區(qū)域噴氣清潔容器普通塑膠焊錫吸管烙鐵頭未接地刷子（駱駝/豬毛和人造纖維）用流體流動或蒸發(fā)清潔或干燥烘箱*低溫噴涂*加熱搶和吹風機*真空吸塵器*噴砂復印設備CRTs*獨立項目不是靜電源。它們包含顆粒的空氣流動產生靜電。生產環(huán)境中主要的靜電源裝配，清潔，測試及維修區(qū)域噴氣清潔容器47摩擦起電作業(yè)過程中的靜電源摩擦起電作業(yè)過程中的靜電源48靜電感應作業(yè)過程中的靜電源靜電感應作業(yè)過程中的靜電源49破壞了防靜電膠皮的功能作業(yè)過程中的靜電源破壞了防靜電膠皮的功能作業(yè)過程中的靜電源50作業(yè)過程中的靜電源傳導放電作業(yè)過程中的靜電源傳導放電51TheBiggestESDResourceisYOU人是最大的靜電源TheBiggestESDResourceisYO52第六部分本公司的靜電控制和防護措施第六部分53本公司ESD控制與防護綜述ESD控制的文件例：ESD管理體系文件、ESD控制技術要求、相關作業(yè)指導書如儀器操作規(guī)程、接地線檢測規(guī)程、人體防靜電服裝鞋類管理規(guī)定、防靜電服裝檢測規(guī)程、防靜電膠皮、工作臺檢測規(guī)程等。本公司所采用的靜電防護的基本技術手段等電位連接接地靜電中和

靜電屏蔽增濕材料控制人體靜電控制設計ESD保護本公司ESD控制與防護綜述ESD控制的文件54等電位連接原理：讓可能接觸敏感器件的表面處于等電勢，避免靜電放電發(fā)生做法：所有可能接觸器件的物體使用并聯連接（共同連接點）等電位連接示意圖等電位連接原理：讓可能接觸敏感器件的表面處于等電勢，避免靜電55接地原理：將產生的靜電通過接地線泄放到大地，避免靜電累積，從而避免靜電放電做法：在工廠建立靜電接地系統(tǒng)：

主要分為防靜電地線（藍色）與設備地線（黃綠雙色）導電和耗散材料使用如：防靜電膠皮接地阻值：1.0*106---1.0*109Ω硬接地，軟接地如：接地線阻值：AC1Ω以下，測量儀器：萬用表人體接地阻值：35MΩ以下測量儀器：手腕帶測試儀或人體綜合測試儀接地原理：將產生的靜電通過接地線泄放到大地，避免靜電累積，從56設備接地黃綠色接地線另外，生產線上使用的電烙鐵、電批等治工具/測試工裝等也需接地。設備接地黃綠色接地線另外，生產線上使用的電烙鐵、電批等治工具57人體防靜電接地靜電手腕帶人體防靜電接地靜電手腕帶58貨架接地防靜電接地線貨架接地防靜電接地線59靜電中和原理：電離空氣產生正負離子，中和產生的靜電荷做法：有源靜電消除器：AC，SteadyDC，PulseDC無源靜電消除器：安全，但是殘余電壓高放射性靜電消除器靜電中和原理：電離空氣產生正負離子，中和產生的靜電荷60離子風機中和靜電離子風機的平衡電壓：±30V離子風機中和靜電離子風機的平衡電壓：±30V61靜電屏蔽靜電干擾分為靜電場感應作用和靜磁場耦合作用.它們都可以用屏蔽方法來抑制.屏蔽原理如右圖所示.設導體A帶正電.若臨近有導體B,則因靜電感應,B靠近A的一端帶負電.如果將A用金屬屏蔽體包圍起來,則出現如圖b所示的復雜情況.但是,若將金屬屏蔽體接地,就可使屏蔽體外側電場消失,導體B就不會受到電磁干擾.這就是靜電屏蔽的基本原理.靜電屏蔽靜電干擾分為靜電場感應作用和靜磁場耦合作用.它們都62靜電屏蔽的兩個基本要點要有完善的屏蔽體和良好的接地.否則達不到屏蔽目的.靜電屏蔽對電子組件、電子系統(tǒng)全屏蔽，ESD難于入侵部分屏蔽，ESD輻射電磁波仍可能對組件造成損壞靜電屏蔽的兩個基本要點靜電屏蔽對電子組件、電子系統(tǒng)全屏蔽，E63靜電屏蔽被拆開的屏蔽袋無屏蔽功能靜電屏蔽被拆開的屏蔽袋64增濕原理：增加濕度，可以增加空氣的導電性，減少靜電的產生和積累做法：ESDS20.20-1999推薦的適度控制范圍為：30%RH-70%RH如：空調自動加濕系統(tǒng)?；蛞部蛇M行人工加濕，如增加拖地的次數，在工作現場擺放一定的水箱等。增濕原理：增加濕度，可以增加空氣的導電性，減少靜電的產生和積65材料控制材料分類電阻系數絕緣體消耗體（耗散體）導體

>1x10111x1011>R>1x104<1x104材料控制材料分類電阻系數絕緣體消耗體（耗散體）導體66材料控制選用不產生或少產生靜電的材料導靜電材料的選用靜電散逸材料的選用添加導電成分，如碳黑，金屬粉，金屬絲，乙炔碳黑等材料控制選用不產生或少產生靜電的材料67材料控制包裝材料物料箱材料控制包裝材料物料箱68材料控制包裝箱作業(yè)指導票夾材料控制包裝箱作業(yè)指導票夾69材料控制對材料表面進行處理使用表面活性劑（抗靜電劑）增加表面光潔度使用臺墊如防靜電膠皮噴導電油漆或導電涂料材料控制對材料表面進行處理70人體靜電安全管理

人體防靜電用品

工作帽、工作服、手套、指套、鞋子、腕帶等。（工作帽子、服、防靜電鞋，要求統(tǒng)一編號，便于集中清洗管理，使用中性洗滌劑。酸性或堿性洗滌劑會破壞防護用品的防靜電功能。）相關防靜電物品桌子；椅子；地板；各種工具等。

人體靜電安全管理人體防靜電用品71人體防靜電控制防靜電手套防靜電手指套（地板、鞋裝系統(tǒng)）防靜電鞋防靜電工作臺、手套、腕帶人體防靜電控制防靜電手套防靜電手指套（地板、鞋裝系統(tǒng)）防靜電72人體防靜電控制防靜電椅人體防靜電控制防靜電椅73人體防靜電控制人體防靜電控制74防治人體靜電要點

單一措施難于奏效，必須采取綜合防治對策；（從頭到腳全副武裝，防靜電椅和防靜電鞋能有效發(fā)揮作用的前提，地板需是防靜電的。）多重措施并舉；（相關工具與器具）培養(yǎng)工作人員的防靜電意識。

防治人體靜電要點單一措施難于奏效，必須采取綜合防治對策；（75ESD防護系統(tǒng)ESD防護系統(tǒng)構成“硬件”系統(tǒng)：防靜電裝備、防靜電材料、測試監(jiān)測儀器設備“軟件”系統(tǒng)：組織體系、規(guī)范制度、技術標準、培訓考核、內審檢查ESD防護系統(tǒng)ESD防護系統(tǒng)構成76EPA設計EPA：electrostaticprotectedarea靜電保護區(qū)域EPA可以是固定的一個工作臺，整個車間，還可以是便攜式的（用于現場服務）如：SMT車間，IQC檢驗工作臺等。EPA不是沒有靜電，而是靜電受控必要的絕緣體上的靜電如果超出風險等級，需要進行中和EPA需要適當的標識：警示和界限EPA內的包裝和周轉用品需要認可在EPA和非EPA之間轉移物料，需要采用ESD防護EPA設計EPA：electrostaticprotect77EPA設計標識作用：提醒，增強ESD控制計劃的效果對于非ESD區(qū)域和工作臺，不需要標識使用方式：ESD控制區(qū)域的入口：提醒進入EPA，EPA區(qū)域ESD保護工作臺穿防靜電工作服！接觸產品戴靜電手腕帶！靜電防護區(qū),請采取如下防護措施!OBSERVEPRECAUTIONSFORHANDINGELECTROSTATICDISCHARGESENSITIVEDEVICES!注意ATTENTIONESD,PROTECTEDAREAEPA設計標識穿防靜電工作服！接觸產品戴靜電手腕帶！靜電防護78常見的ESD標識公共接地點標識ESD防護標識具有ESD防護功能的標識本公司靜電接地點標識常見的ESD標識公共接地點標識ESD防護標識具有ESD防護功79EPA設計典型的EPA區(qū)域標識人體防靜電控制人體綜合測試儀EPA區(qū)域外的人不用防護人體防靜電控制防靜電地板EPA設計典型的EPA區(qū)域標識人體防靜電控制人體綜合測試儀E80第七部分

ESDS20.20標準簡介ANSI/ESD-S20.20-1999：建立一個靜電放電控制方案-----保護電氣和電子零件，裝置和設備（不包括電動引爆裝置）美國國家標準，由美國靜電放電（ESD）協(xié)會制定第七部分

ESDS20.20標準簡介ANSI/ESD-S281