ESD基礎(chǔ)知識培訓教材

前言隨著我國IT業(yè)的突飛猛進，特別是國防電子信息化和微電子的迅速發(fā)展，靜電對電子和相關(guān)行業(yè)的不良影響日益顯著,對靜電的防護必須要予以足夠重視.在科技時代需要小體積，多功能，快速度的電路以成為現(xiàn)代電子工業(yè)的基本要求。這種元件的特性：線路面積小，線路間距短，所以能縮短路徑，速度快，體積小，但同時也因為線路間距小，耐壓降低，線路面積減小耐流容量減小。

靜電放電的能量，在傳統(tǒng)器件中的影響甚微，我們不意察覺;但在高密度的元件中，靜電電場及靜電電流卻成為致命的殺手。ESD基礎(chǔ)知識培訓

目錄一:國際ESD標準化組織及標準體系二:中國ESD標準化組織及標準體系三:靜電的介紹四:離子的形成五:怎樣產(chǎn)生靜電六:靜電的物理現(xiàn)象七:對靜電敏感的器件八:導電性物體的靜電消除方法九:靜電防護要領(lǐng)十:主要防靜電產(chǎn)品介紹十一:ROHS基礎(chǔ)知識介紹

ESD（ElectroStaticDischarge）

靜電釋放第一章

國際ESD標準及體系

（僅涉及電子ESD防護，不包括易燃易爆行業(yè)）IEC標準化組織及ESD標準體系

國際電工委員會(InternationalElectrotechnicalCommission,簡稱IEC)是一個全球性的標準化組織，它由各國的國家電工技術(shù)委員會（IECNationalCommittees）組成。IEC提出并發(fā)布電氣、電子及相關(guān)技術(shù)的國際標準。IEC的目標是促進電子和電工領(lǐng)域所有涉及標準化問題的國際合作。

IEC技術(shù)標準涉及電氣技術(shù)，電子技術(shù)，專門術(shù)語，符號法則，電磁兼容（EMC）,測試，性能，安全和環(huán)境等。IEC標準是各參與國通用國際標準，并為起草國際合約提供參考。

IEC專門負責靜電領(lǐng)域的部門是IECTC101。其工作范圍是：靜電學領(lǐng)域的標準制定。目前，TC101以3種形式發(fā)布文件，一種是以國際標準（InternationalStandard，簡稱IS）發(fā)布；一種以技術(shù)規(guī)范（TechnicalSpecification,簡稱TS）發(fā)布；一種以技術(shù)報告（資料性）形式（TechnicalReport，簡稱TR）發(fā)布國家標準（GB）管理最早歸口國家標準總局。因體制改革現(xiàn)歸口國家標準化管理委員會、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局。由于我國電子發(fā)展相對滯后,現(xiàn)國家發(fā)布的電子工業(yè)的ESD標準很少。發(fā)布的標準大都是涉及石油化工、勞動保護、職業(yè)安全等領(lǐng)域。這些標準大部參照日本（JIS）、EN（歐洲）、ISO（國際標準化組織）、前蘇聯(lián)標準制定,自主技術(shù)（知識產(chǎn)權(quán)）內(nèi)容較少，基礎(chǔ)研究工作滯后。近年發(fā)布的標準，才開始和IEC、ANSI/ESDS20.20接軌。國家軍用標準（GJB）由解放軍總裝備部和國防科學技術(shù)工業(yè)委員會（現(xiàn)劃歸為工業(yè)和信息化部一個局）歸口管理。電子行業(yè)的軍標主要由中國電子技術(shù)標準化研究所具體管理。我國ESD方面的軍標基本上參照或等效采用MIL。在基礎(chǔ)研發(fā)工作方面投入較少。電子行業(yè)（SJ）、郵電行業(yè)（YD）標準由工業(yè)和信息化部歸口管理。為了推動電子行業(yè)ESD標準的制修頂工作,在2001年由信息產(chǎn)業(yè)部（工業(yè)和信息化部前身）科技司領(lǐng)導下,成立了ESD標準工作組。該組成立有力的推動了電子ESD標準化工作。目前電子行業(yè)的ESD標準較多，已形成體系,在國內(nèi)電子行業(yè)有一定影響力.在2002年以前.這些標準和國際標準接軌較少。現(xiàn)新制定的大都和IEC和ANIS/ESD接軌。絕大部分參照或等效采用MIL、GJB、SJ標準制修定。第二章中國的ESD標準化組織及標準體系1 GB12158-2006防止靜電事故通用導則2 GB12014-2009防靜電工作服3 GB21146-2007個體防護裝備職業(yè)鞋（GB4385－1995防靜電鞋、導電鞋技術(shù)要求4 GB50174電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范（GB50174-93電子計算機房設(shè)計規(guī)范-2008年修訂版，報批。）5 GB/T15463-1995靜電安全名詞術(shù)語6 GB/T12703-1991紡織品靜電測試方法7 GB/T2812-2006安全帽試驗方法8 GB1410-2006固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法9 GB/T17626.2-1998電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗10 GB2887-2000電子計算機場地通用規(guī)范2.1我國國家標準（GB）11 GB/T13962-92工業(yè)過程測量和控制的電磁兼容性-靜電放電要求12 GB/T15662-95導電、防靜電塑料體積電阻率測試方法13 GB/T18044-2000地毯靜電性能評定模擬人體步行試驗方法14 GB9228-88靜止型放射性靜電消除器15 CB-電子工業(yè)防靜電設(shè)計規(guī)范（住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部歸口，報批）16 GB-防靜電工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范（住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部歸口，制定17GB-防靜電陶瓷磚（制定）18 GB50174-電子信息系統(tǒng)機房測試驗收規(guī)范（制定）19 GB-服裝防護-防靜電毛針織服（制定）20 GB/T14447-93塑料薄膜靜電測試方法-半衰期法21 GB-防（導）靜電地面設(shè)計規(guī)范（報批）22 GB-高架活動地板通用技術(shù)規(guī)范（立項）23 GB-防靜電系統(tǒng)技術(shù)和質(zhì)量通用規(guī)范（立項）2002年以后發(fā)布的電子行業(yè)標準,大都和國際標準接軌。其中SJ/TI0694一部防靜電系統(tǒng)檢測方法的標準，其絕大部分內(nèi)容等效采用了IEC61340-5-1SJ/T111591SJ/T10533-1994電子設(shè)備制造防靜電技術(shù)要求2SJ/T10630-1995電子元器件制造防靜電技術(shù)要求3SJ/T11277-2002防靜電周轉(zhuǎn)容器通用規(guī)范4YD/T754-1995通信機房靜電防護通則5SJ/T10147-1991集成電路防靜電包裝管6SJ/T10694-2006電子產(chǎn)品制造與應(yīng)用系統(tǒng)防靜電檢測通用規(guī)范7SJ/T11090-1996電子工業(yè)用合成纖維防靜電綢性能及試驗方法8SJ/T10796-2001防靜電活動地板通用規(guī)范（替代GB6650－1986）9SJ/T11236-2001防靜電貼面板通用規(guī)范10SJ/T11159-1998地板覆蓋層和裝配地板靜電性能的試驗方法2.2電子、郵電行業(yè)標準（SJ、YD）第三章:靜電的介紹1、雷電：電壓高達數(shù)億伏；2、干燥環(huán)境下的靜電電擊：電壓可達數(shù)千伏；3、絕大多數(shù)的靜電放電是我們看不到的；人們對靜電的感知人體能夠感覺到靜電時一般電壓超過2000V。靜電不易感知的原因：電量小，放電時間短See5000VHear4500VTouch3000VComponentDamage15-30V靜電就是靜止的電荷任何物質(zhì)都是由原子組合而成，而原子的基本結(jié)構(gòu)為質(zhì)子、中子及電子。質(zhì)子與中子因質(zhì)量較高，緊密結(jié)合在一起稱為原子核。電子因質(zhì)量甚小，環(huán)繞于原子核外。

依其電氣特性，將質(zhì)子定義為正電，中子因不具電氣特性，稱不帶電,電子的電氣特性與質(zhì)子相反,為帶負電。在正常情況下，一個原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相同，正負平衡，所以對外表現(xiàn)為中性不帶電。一一一一一一一一+nx一+mx原子核nx

原子結(jié)構(gòu)帶電（靜電）的情況下接觸另一種物體時，因電壓的差異而放電，這時發(fā)生瞬間高壓的現(xiàn)象。1.首要的靜電防護概念靜電就是不平衡分布的電子，正負電荷有異性相吸，同性相斥的力量，即庫倫定律。

Q=CV，V=Q/C，Q=電量；V=電壓；C=電容。因此靜電的第一個現(xiàn)象即為：同性電荷相斥；異性電荷相吸。2.電場及放電電流因電荷的存在，在周圍空間中形成電場，其強度為：

V=Q/C，V：電位Q：電荷C：電容+++++QV電位強度

因電子環(huán)繞于原子核周圍，一經(jīng)外力即脫離軌道，離開原來的原子A，而投入其它的原子B，A原子因缺少電子而帶有正電現(xiàn)象，稱為陽離子，B原子因有多余電子而呈帶負電現(xiàn)象，稱為陰離子造成不平衡電子分布的原因即是電子受外力而脫離軌道，這個外力包含各種能源（如動能、位能、熱能、化學能……等），任何兩個不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電。第四章離子的形成一一一一一一+nxmxA+一一一一一一一一nxmxB離子的形成一(N-a)*一(N+a)*陽離子陰離子

靜電與大地間因有電位存在，如果觸及電路時，就會產(chǎn)生電流即為放電電流；這個放電電流常會將電路導體燒融。其放電電流為：I=V/RI:電流,V:電壓,R：電阻。VQIR放電電流在日常生活中，可以從以下多方面感覺到靜電—閃電—冬天在地墊上行走以及接觸把手時的觸電感—在冬天穿衣時所產(chǎn)生的噼啪聲這些似乎對我們沒有影響，但它對電子元件及電子線路板卻有很大的沖擊。靜電強度(Volt)活動情形10%-20%相對濕度65%-95%相對濕度走過地毯走過塑膠地板在椅子上工作拿起塑料文件夾拿起塑膠帶工作椅墊摩擦35,00012,0006,0007,00020,00018,0001,5002501006001,0001,500第五章怎樣產(chǎn)生靜電（1）導電金屬之間的摩擦

（2）導體和絕緣體、兩絕緣體之間的摩擦

5.1摩擦的帶電形式5.2固體的帶電形式(C)剝離起電（1）斷裂帶電（2）壓電效應(yīng)起電（3）熱電效應(yīng)起電（4）剝離起電(d)剝離速度與剝離帶電量的關(guān)系+++輪子軸皮帶+++

正（＋）

負（－）人手、人發(fā)玻璃、尼龍、羊毛、絲綢、紙棉布木板硬橡膠醋酸人造纖維聚酯明膠聚氨酯、聚乙烯硅聚四氟乙烯+-Q1Q2FFFαγQ1Q2γ2F:力量Q1Q2:電荷γ:距離第六章靜電的物理現(xiàn)象

靜電就是不平衡分布的原子，陽電離子攜帶正電荷，陰離子攜帶負電荷正負電荷有異性相吸，同性相斥的力量，大小可以由庫侖定律計算得出。+++++QVQV=CV:電位Q:電荷C:電容因為電荷的存在，即在周圍空間中形成電場其強度為這個電場，其強度的可以打穿目前體積電路的絕緣層，破壞絕緣QIRVVI=RI:電流V:電壓R:電阻

靜電與大地間因有電位存在就會產(chǎn)生放電電流這個放電電流會將電路導體燒融。其放電電流為：靜電的基本物理特性：1.吸引或排斥的力量2.與大地間有電位差3.會產(chǎn)生放電電流1、元件吸附灰塵改變線路之間的阻抗，影響元件的功能和壽命2、因為場或電流破壞元件之絕緣或?qū)w，使元件不能工作（完全不能工作）3、因瞬間電場或電流產(chǎn)生的熱使元件受傷，仍能工作但壽命受損晶片種類靜電破壞電壓VMOSMOSFETGaaSFETEPROMJFETSAWOP-AMPCMOS30-1,800100-200100-300100-140-7,200150-500190-2,500250-3,000七:對靜電敏感的器件完全失去功能器件不能操作約占受靜電破壞元件的百分之十間歇性失去功能器件可以操作但性能不穩(wěn)定，維修次數(shù)因而增加約占受靜電破壞元件的百分之九十在電子生產(chǎn)上進行靜電防護：增加成本減低質(zhì)量引致客戶不滿而影響公司信譽7.1電子元件的損壞的形式ESD電子器件的破壞即使是相當小的靜電放電也可能損壞電子器件！ESDdamageFieldfailureHBMsimulationfailureBipolarICESDS有多敏感?人體30v的靜電就會損壞一些敏感器件一些器件自身10v靜電放電就可能損壞ESD造成的破壞半導體是最容易受到靜電破壞的器件...

氧化層擊穿

界面過熱燒損

金屬熔化常見的破壞有

:

以上的混合模式MetallizationburnoutESD造成的破壞

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。這一過程包括：

元件制造：包含制造、切割、接線、檢驗到交貨。印刷電路板：收貨、驗收、儲存、插入、焊接、品管、包裝到出貨。設(shè)備制造：電路板驗收、儲存、裝配、品管、出貨。設(shè)備使用：收貨、安裝、試驗、使用及保養(yǎng)。其中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。7.2電子原件靜電破壞過程60~75%EOS/ESD其他30~50%EOS/ESDESD對電子業(yè)造成的損失8~33%ESDalone損失是巨大的！歐洲調(diào)查數(shù)據(jù)其他其他美國ESD協(xié)會調(diào)查數(shù)據(jù)日本調(diào)查數(shù)據(jù)

在物理特性上，所謂導電性物體，即在于物體中的電子可以自由移動，物體中的電位會迅速恢復平衡，達到每點電位平等。

基于電子可以自由移動的特性，我們可以簡單的加以接地，給予這些不平衡的電子一個簡單的通路，釋放到大地，即可消除物體所攜帶的靜電。八:導電性物體的靜電消除方法1、

以工作人員的習慣，假設(shè)工作人員到達工作場所及接觸零件時間為1秒，(也就是說,在1秒中需將人體之靜電釋放至安全情形)則:υ(t)=υoe

υo=1500Volt(at65-90%R.H)υ(t)=100VOLTSC=200PF∴R=ln15/200×10=1.39×10Ωυ=帶電體電壓(VOLTS)υ=t秒后之電壓t=接地后時間(設(shè)為1SEC)R=接地電阻(ohm)C=帶電體電容量(F)-tRC

由此式可知,接地電阻R=10Ω以下時，釋放時間會小于1秒鐘,當然R越小,時間t越短,但為人員安全起見,我們建議串聯(lián)1MΩ限流電阻。2、

絕緣性物體的特性就是電子在該類物體中遭受束縛,不易移動,所以利用接地的方法不能消除這類物體的靜電。針對這個狀況,只能使用離子中和的方法,目前離子產(chǎn)生方法有:1.輻射離子化空氣法:使用輻射能撞擊空氣,將空氣分裂為等量的正、

負離子。

2.電量離子化空氣法:使用交流高壓,在空氣周圍形成極高電場,分 裂空氣。

在電子工作場所，因電暈法，本身即存在一個強烈的交流電場，而且空氣中易產(chǎn)生臭氧，對電子零件影響很大，所以很少采用。在其他場所采用的比較多（如，造紙、紡織。。。）。也常因高壓交流電極易產(chǎn)生危險,所以輻射法是目前比較被接受的一種。

1、設(shè)置靜電安全區(qū)域

一個安全的工作的區(qū)域，包含所有導電性與絕緣性物體，不得存在有足夠破壞元件的電荷,所以整個工作區(qū)域須備有：

a.完整的導電及接地系統(tǒng)b.適當?shù)碾x子化空氣產(chǎn)生器區(qū)域管理很重要的??！九:靜電防護要領(lǐng)2、警示所有可能接觸元件的人

靜電敏感元件種類凡多,所有操作人員、使用人員、搬運工人等并不容易識別,所以警示標志在整個靜電防護工作中是非常重要的,它不但可防止不必要的破壞,而且可使您的產(chǎn)品獲得適當?shù)谋Ｗo,增加貴公司的信譽。一個完整的靜電防護工作應(yīng)具備下列幾點：

完整的靜電安全工作區(qū)域

適當?shù)撵o電遮蔽容器

工作人員具備有完全的防護觀念

警示客戶(包含元件裝配業(yè)、設(shè)備使用人員、維護人員),使客戶不致因不知道而造成破壞。

3、靜電防護守則原則一：在靜電安全區(qū)域使用或安裝靜電敏感元件原則二：用靜電屏蔽容器運送及存放靜電敏感元件或電路板原則三：定期檢測所安裝的靜電防護系統(tǒng)是否操作正常原則四：確保供應(yīng)商明白及遵從以上三大原則靜電安全工作區(qū)

靜電安全工作區(qū)

靜電屏蔽容器

靜電防護方法3、常見概念及應(yīng)用

表面電阻率

簡單地說表面電阻率就是同一表面上兩電極之間所測得的電阻值，

將電極形狀和電阻值結(jié)合在一起通過計算可得到單位面積的電阻值?，F(xiàn)在市面上可以買得到讀數(shù)為單位面積電阻值的測量儀體電阻率

體電阻率是通過材料厚度的電阻值，單位是Ω·cm導電材料

導電材料指表面電阻率和體電阻率分別小于106Ω和106Ω·cm的材料。耗散材料

耗散材料指表面電阻率和體電阻率分別小于1012Ω或1012Ω·cm的材料

防靜電材料

“防靜電”指的是能夠抑制電荷累積，可以在材料制造過程中添加或者局部加入某種物質(zhì)得到這種特性。

防靜電材料無需用表面或體電阻率表示。導電添加劑如果由于成本或者其他設(shè)計上的原因只能使用塑料材料或復合材料時，

薄膜可以使用添加劑改善靜電特性，將添加劑混入塑料材料中，

根據(jù)添加劑和樹脂百分比不同可獲得所需的導電性或耗散性導向裝置和導軌

導向裝置和導軌用來提供通道或者使器件放于一個固定的位置

或保持一定的方向性，采用的材料應(yīng)能使電荷耗散掉并且防止器件摩擦生電。

表面電阻率為106Ω的材料具有良好耗散性而且不會損傷器件，如果送入的器件處于無靜電狀態(tài)，也可以使用導電性材料(表面電阻率低于106Ω)傳送帶

傳送帶用來輸送元件、PCB和其他器件，材料一般為塑料、纖維制品或橡膠。如果傳送帶要接收從機器其他部分傳來的器件，那么它應(yīng)該采用耗散性材料。當傳動帶表面電阻率為1～106Ω時，它會使帶電器件放電速度太快，對器件造成損害；當表面電阻在106～109Ω時，只要傳送帶通過轉(zhuǎn)輪滑輪和機架良好接地，傳送帶上就不會帶電。另一個要考慮的問題是傳送帶速度。如果傳送帶運動速度太快，器件放到傳送帶上時就可能會滑動(或者器件保持不動而傳送帶繼續(xù)在動)，這時就會形成摩擦生電，傳送帶如果接地能使電荷耗散掉，但是器件或PC板仍帶有電荷而會造成危害。

4、人員接地

項目標準手－腕帶接地電阻采取人－鞋－地板ANSI/ESDS20.20-2007（測試方法TR53）,IEC61340-5-1-2007＜3.5×107Ω對地電阻RD＜1×109Ω和起電電壓＜100V（利用接觸式靜電電壓表測試）穿戴電阻＜3.5×107Ω(利用接觸式綜合電阻測試儀測試)GJB3007（修訂版）和SJ/T106947.5×105Ω～1×107ΩGJB3007和SJ/T10694規(guī)定：1×105Ω～1×109Ω5、防靜電工作服

標準項目ANSI/ESDS20.20－2007（測試方法TR53）IEC61340-5-1-2007規(guī)定表面點對點電阻RS＜1×1011ΩRS＜1×1012Ω對地電阻RD＜1×109Ω(帶接地端子)RD＜1×109Ω(帶接地端子)（人－服裝接地連接線)穿戴系統(tǒng)電阻RD＜3.5×107ΩRD＜3.5×107Ω6、腕帶

標準項目IEC61340-5-1-2007ANSI/ESDS20.20-2007（測試方法TR53）GJB3007、SJ/T10694規(guī)定腕帶線兩端點電阻＜5×106Ω＜0.8×106Ω～1.2×106Ω7.5×105Ω～1×107Ω腕帶內(nèi)面對腕扣≤1×105Ω≤1×105Ω≤1×105Ω腕帶外面＞1×107Ω＞1×107Ω穿戴時電阻＜3.5×107Ω＜3.5×107、疲勞彎曲實驗16000次，電阻值符合要求7.5×105Ω～1×107Ω7、有關(guān)EPA內(nèi)靜電場

在EPA內(nèi)，距靜電敏感器件的距離12英寸范圍內(nèi)（30cm）靜電源的靜電場強靜電源的對地電位電子機房絕緣體靜電電位ANSI/ESDS20.20-2007不大于±2000V/英寸EIA625-99不大于±1000V/英寸JGB3007不大于±100VGB50174不大于±1000V8、工作表面（臺面）

項目標準表面電阻表面起電電壓對地電阻ANSI/ESDS20.20-2007RS＜1×109Ω＜200VRD＜1×109ΩIEC61340-5-1-2007RS＜1×109ΩRD＜1×109ΩSJ/T10694-2006RS：1×105Ω～1×109Ω＜100VGJB3007（修訂版）1×105Ω～1×109Ω9、

運轉(zhuǎn)車、貨架項目標準對地電阻表面點對點電阻運轉(zhuǎn)車表面起電電壓ANSI/ESDS20.20-2007、IEC61340-5-1-2007、GJB300