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TCL ESD(防静电)培训教材-静电防护基础知识2011年


ESD(防静电)培训教材

ESD(防静电)培训教材

? 静电防护基础知识
TCL多媒体 全球质量管理中心质量管理部 林军 2011年1月编制

静电防护基础知识

静电防护基础知识

一、什么是静电
静电(Electrostatic,static elec

tricity) ? 通俗地来说,静电就是静止不动的电荷。它一般 存在于物体的表面。是正负电荷在局部范围内失去平 衡的结果。静电是通过电子或离子转移而形成的。静 电可由物质的接触和分离、静电感应、介质极化和带 电微粒的附着等物理过程而产生。

静电防护基础知识
一般来说,静电只有在发生静电放电时, 才会对元器件造成伤害和损伤。
静电伤害的形式: ? 静电吸附灰尘,降低元器件绝缘电阻(缩短寿命)。 ? 静电放电(ESD)破坏,造成电子元件失效。 ? 静电放电产生的电磁场对电子元器造成电磁干扰。 伤害结果: ?突发性失效10%--零件突然失效 ? 潜在性失效90%--零件电参数微变,使用 寿命变短。难以检测,危害性更大

静电防护基础知识
二、什么是静电放电
静电放电(Electrostatic Discharge,ESD) ? 处于不同静电电位的两个物体间的静电电荷的转移 就是静电放电。这种转移的方式有多种,如接触放电、 空气放电。

静电放电的特点:
? ? ? ? 高电压--几百伏~几万伏 持续时间短(几百纳妙) 低能量--几十~几百微焦耳 快速的电流上升时间--几十纳秒

静电防护基础知识
静电放电的主观感受
人体电位(KV) 1.0 2.0 2.5 4.0 电击感度 没有感觉 手指外侧有感觉,但不疼痛 有针刺感、哆嗦感、但不疼痛 有较强针刺感,手微疼痛;光 暗时能见到放电微光 从手掌到腕部感到疼痛 手指感到剧痛,腕部有强烈的 电击感 手指、手掌剧痛,有麻木感

5.0
6.0 7.0

静电防护基础知识
静电放电的主观感受
在3000伏时,你能 通过皮肤感知

人体对ESD的敏感

在5000伏时,你能 听见

在10000伏时,你能 看见

静电防护基础知识
三、静电的产生
静电产生的方式有很多,如接触、摩擦、冲流、 冷冻、电解、压电、温差等,但主要是两种形式,即 图
摩擦生电

? 摩擦产生静电(图1)---受材料性质、湿度、接触
面积、接触压力、分离速度、表 面洁净度等因素影响

1

? 感应产生静电(图2)


感应生电

2

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常见物体带电顺序
空气 石棉 玻璃 云母 头发 尼龙 羊毛 毛皮 铅 丝 铝 纸 钢 木头 琥珀 硬橡胶 铜银 硫磺 聚合物 特氟龙

正电

负电

材料摩擦生电序列表

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四、与静电相关的几个物理量
? 静电荷 ? 库仑定律
定律的内容:真空中两个点电荷之间的相互作用力,跟它们的电荷量 的乘积成正比,跟它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的

存在的剩余电荷

连线上。

F=K×q1×q2÷(r2×ε)
? 静电压
带静电电荷物体之间或它们与大地之间的电势差。

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静电压 V=Q/C=Q*d/(A*ε) Q--电荷量

C--电容量
d--等效平板电容器两板之间的距离 A--等效平板电容器的面积 ε --两板间物质的介电常数

?

环境的湿度和空气中离子的密度也直接 影响静电产生的大小。

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五、 静电放电的几种模式
? 人体放电模式HBM(human body model)

? 机器放电模式MM(machine model)【日本模型】 ?充电器件放电模式CDM(charged-device model)

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六、静电放电敏感器件(SSD)静电损伤机理:
? 热击穿;
由于半导体的热时间常数比静电放电脉冲时间长,所以静电放电产生 的热量从热量耗散面积向外散热好少因而在器件形成较大的温度梯度.
? 介质击穿;

加在绝缘层两端的电压超过介质击穿电压时,会发生介质击穿.
? 气体电弧放电; 如果器件中没有被钝化的薄电极之间间距很小场强超过气体击穿场 强时会引起电弧放电,造成瞬间气体电弧放电,造成瞬态电流过大使器件 受到损坏.

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静电放电敏感器件(SSD)等级
? 静电敏感度介于0—1999V的元件为1级

? 静电敏感度介于2000—3999V的元件为2级

? 静电敏感度介于4000—15999V的元件为3级

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七、 静电防护材料的电特性:
?导电材料:
表面电阻率(表面阻抗)小于1×105欧姆或体电阻率小于 1×104欧姆/厘米

?耗散材料:
表面电阻率大于或等于1×105而小于1×1012欧姆,或体电阻率大 于或等于1×104而小于1×1011欧姆/厘米的材料。

?屏蔽材料:
表面电阻率小于1×104欧姆或体电阻系数小于1×103欧姆/厘 米

?绝缘材料:

表面电阻率大于1×1012欧姆或体电阻率大于1×1011欧姆/厘米

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表面电阻率—— ? 沿试样表面电流方向的直流电场强度与电流密度之比,
单位为:Ω 。

体积电阻率—— ? 沿试样体积电流方向的直流电场强度与电流密度之比 ,
单位为: Ω/cm2 。

静 电 保 护 区 EPA(Electrostatic protected area )—— ? 防静电等级要求较高的工作区。配备各种防静电装备
(用品)和设置接地系统(等电位连接),能限制静电的积累和 电位,具有确定边界和专门标记的生产,维护,存储,使用,装 配SSD的场所。

静电防护基础知识
静电防护等级
等级 1 2 3 防护区的静电电位最高限值 100V 500V 1000V

静电防护基础知识 电子工业中的静电问题
静电的主要来源:
? 人体静电
? 仪器和设备的静电 ? 元器件本身的静电 ? 其它静电如元件的制造、搬运、储存、测量等

? 静电的安全泄放电流:小于5毫安

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一、人体静电
? 人体电势是最重要的静电源,这主要有三个方面的原因:

1.人体接触面广,活动范围大. 2.人体与大地间的电容很低. 3.人体的电阻很低相当于一个良导体 ? 影响人体静电的因素: 1.人体静电与人体所接触的环境以及活动的方式有.如 下图所示的 动作与静电的变化;

静电防护基础知识
人在不同动作时的静电压变化
V 脚抬起 走 810V


3.2KV/S

1500 1000 100

1550V(站起) 1400V 脚放下 坐下 3.8KV/S 动作

5KV/S

静电防护基础知识
? 影响人体静电的因素:

1.人体静电与环境湿度有关,湿度越低则静电势越高; 2.人体静电与衣物,鞋帽的材料有关,化纤制品较棉制品 更易产生静电; 3.人体静电与个人的体质有关,主要表现在人体等效电 阻和人体等效电容上. 4.人体静电与个人的操作速度有关,操作速度越快,人体 静电势越高. 5.人体各个部位所带的静电电荷不是均等的,一般认为 手腕的静电势最高

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二、仪器和设备的静电
? 仪器设备外壳也会由于摩擦或静电感应带上静电.如传输 带在传动的过程中与转轴接触和分离产生的静电;接地不 良仪器金属外壳在电场中感应产生静电等

三、器件本身的静电
? 电子器件的外壳(主要指陶瓷,玻璃和塑料封装管壳)与绝缘 材料相互摩擦,也会产生静电.

静电防护基础知识
静电防护原理
基本思路及方法: 1、控制静电产生

?工艺控制法--防止静电产生 ESD防護符號
2、防护静电耗散及泄漏(主讲) ?静电耗散及泄漏法 ?静电屏蔽与接地 ?静电中和法 ?环境增湿
ESD敏感符號

?电子产品ESD的防护设计

静电防护基础知识
一、静电耗散及泄漏:
将生产环境和各种操作过程中产生的静电迅速耗散,以及 泄漏是防止静电危害行之有效的方法.
?静电耗散及泄漏的一般要求
1.静电耗散原理:将电子生产用的种类用品(装备)用ESD防护材料来制备. 2.静电泄漏定义:带电体上的电荷通过内部和其表面等途径,而使之部分或全 部消失的现象.

以上要求通常都是同是使用
?耗散与接地的特殊情况
耗散与接地的特殊情况是指防静电系统的悬浮接地与等电位

?防静电材料(装备)使用中的安全问题

静电防护基础知识
二、静电中和:
? 静电中和定义:带电体的电荷与其内部和外部相反符号的电荷(电子或离子)的 复合而使所带的静电电荷部分或全部消失的现象. ? 静电中和原理:利用无资源自感式,直流高压,交流高压,同位素电离等腰三角形 原理通过金属放电针或放射线使空气电离产生正负离子与静电源上的正负电荷中 和,从而消除静电源上积累的静电.

三、静电屏蔽与接地:
? 静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生静电电场屏蔽,某些对静电极敏感电 路的屏蔽从而避免静电场对SSD和SSD组件的感应及静电产生. ? 静电屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体实现的.壳体可以做成金属 隔板式,盒式,也可以做电缆屏蔽和连接器屏蔽

静电防护基础知识
四、电子产品ESD的防护设计:
? SSD ESD保护电路的设计. ? 电子设备的ESD保护.

五、环境增湿:
? 环境相对湿度增加,则非导体材料(如衣服,工作台)表面的电阻减小,使物体积蓄 的静电电荷可以更快的泄漏. ? 附下表为环境湿度对静电的影响.

静电防护基础知识

湿度对静电的影响
静电电压(V)

运动形式

相对湿度 65—90% 250 1,500 1,500 1,500

相对湿度 10—20% 12,000 35,000 18,000 18,000

在乙烯地板上行走 在合成地毯上行走 在铺有地毯的工作台上滑动塑胶盒 坐在发泡胶椅垫上工作

坐在普通木椅上工作
拿起塑料袋 用塑胶薄膜包装PCB 从PCB上撕下胶带

100
600 3,000 1,500

6,000
7,000 16,000 12,000

静电防护基础知识

防静电工作区(EPA)构成和技术要求
? EPA定义和总体技术要求
?

? ?

制 静电的积累和具有确定边界和专门标记的生产,维护,存储,使用,装配SSD的场所 .

1.防静电工作区定义:配备各种防静电装备(用品)和设置地系统(等电位连接)能限

?

2.防静电工作区的范围:生产车间和库房;电子机房(计算机,程控,测试机房);电子 维修 站(包括临时维修点和移动式)等.

? EPA硬件组成和要求

? 软件与管理方面要求
? EPA内防静电用品,生产设备,特殊装备的要求

? EPA环境要求

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EPA内防静电用品,生产设备特殊装备的要求
一、静电防护用品 1、人体防静电材料

防静电衣、帽: 表面阻抗106 ~ 109 ?

防静电腕带: 电阻106 ±10% ?

防静电鞋: 表面阻抗<106 ?

防静手套,指套: 表面阻抗106 ~ 109 ?

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防静电作业衣服
作业员穿着防止静电的作业衣服的 要求 1.摘下袖子的情况下,胳膊前端的 肌肉露出来。

2.比作业台高的部分衣服的拉链不 能打开(作业台下面的可以)。

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防静电手腕带
用导电性材料做成腕带固定在手 腕上接地。 1、 为了防止作业员在电气漏电部 分误触感电,必须加进1MΩ程度 的限流电阻。 ? 2、 不松缓确实直接接触皮肤。 ? 3、 为防止漏电,引线带绝缘皮。

防静电橡筋手腕带

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防静电鞋子

要求: 两脚不能抬起来;不要垫鞋垫。

作用: 1.在人体发生的静电迅速完全流到地上;
2.抑制导电床和导电鞋间的摩擦带电。

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2、防静电包装制品

包装袋

IC管

储存盒

海绵

搬运车

座椅

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3、防静电地板和台垫

防静电地板漆

防静电地板

防静电台垫

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4、静电消除器:
消电器、电中和器或离子平衡器等
利用高压电场或放射性射线的作用使空气局部电离,造成大量离 子和电子对,其中与带电体极性相反的离子(或电子)向带电体趋 近并与之发生中和作用,达到消除静电的目的。

5、防静电蜡:
涂刷非防静电材料表面,达到防静电效果。有时效性,须定期 涂刷。

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二、接地系统
1、安全保护接地:
? 就是将电气设备不带电的金属外壳部分与接地体之间作良好的金属导通连接. 当没有保护接地的电气设备绝缘损坏时,其外壳有可能带电,如果人体触及电气设 备的外壳就有可能被电击伤或造成生命危险

2、工作接地:
? 工作接地是将电力系统中的某一点(通常是指中性点)直接或经特殊设备(如消弧 线圈,阻抗电阻等)与大地作金属连接,称为工作接地.主要有:降低人体的接触电压, 讯速切断故障,降低电气设备和电力线路的设计绝缘水平等作用.

3、静电接地:
? 将带静电物体或有可能产生静电体与大地构成电气回路的接地叫做静电接地.静 电接地电阻一般要求不大于10欧姆

备注:重复接地,防雷接地,屏蔽接地,直流接地,信号接地等,在这不作详解.

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三、工厂内静电的检测
1、材料表面阻抗检测
?检验频率: 1次/月

?操作步骤: 1. 将测试设备置于待量测位置 2. 施以适当压力 3. 按下绿色钮 4. 记下读值
原材料检验区 104~106Ω

表面阻抗测试仪

一般工作区

106~109Ω

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2、静电压量测
“表面静电电压表”用于测量部品相互摩 擦后的表面静电电压,主要用于ESD 问题分 析。可生产场地防静电设施进行摩擦起电电 压总体效果测试,包括:地面(地垫)、墙 壁、窗帘、工作台(台垫)、工作椅、货架、 工位器具、物流传递器具、包装袋(盒)、 工作服(工作帽、手套)、工作鞋等。

?检验频率: 1次/月 ?测试方法:
1. 打开电源开关①; 2. 将测试光标对空,调节归零旋钮④,使显 示数值为0; 3. 将测试方式②调到MAX; 4. 将测试模式③调到DC; 5. 将测试端⑤对准被测物品表面,然后按测 量步骤进行测量;

静电压量测仪

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?操作步骤:

1. 测试时手持干燥布料(选用纯 棉或防静电面料),以频数约 120 次/min,手掌适当施压力,单 向摩擦被测件某一部位20 次;
2. 将测试端对准被测物体表面,确保测试光标显示 为最清晰; 3. 平行移动表面静电电压表,用光标扫过刚才摩擦 的范围,读取表面静电电压数值(最大值); 4. 反复测试5次,取平均值。

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误区:器件工作电压=抗静电放电电压 ?
器件的工作电压和抗静电放电电压是两个概念,二者 没有直接关系。 静电脉冲虽然电压很高,但其能量较低,因此器件抗 ESD电压会远高于其额定工作电压,如CMOS IC的工作电压 在5V左右,而其抗ESD电压可以达到几百和几千伏。

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3、静电环量测
?检测频率:1次/班 ?检测方法:

1、确认静电环测试仪器
手按测试钮 夹1MΩ电阻 夹子直接接触 HIGN 红灯亮 GOOD 绿灯亮 LOW 红灯亮

三项都OK,则仪器OK.
2、量测静电环
1)手戴好静电环,夹子夹好接地线。 2)仪器夹子夹好接地线。

3)手压仪器,绿灯亮。

静电环测试仪

静电防护基础知识 工厂静电防护要求
1、人员防静电条件
? 所有人员若有机会接近无保护的ESDS(静电敏感器件)30CM范围以内,就必须采取静电防 护措施.固守岗位的最低防护要求为佩戴防静电手腕;移动岗位则必佩戴防静电手套,穿着 防静电工衣,工鞋;对于一些必要的或关键岗位还须加离子风机.

2、生产器材及设施静电防护条件
? 所有生产,运输,存储过程中使用到的器材和设施;若表面电压超过+/-100V的,具有机会 接近无保护的ESDS(静电敏感器件)30CM范围以内就必须采取静电防护措施.

3、静电防护操作及岗位的一般要求 ? 在防静电区域出入口处的醒目位置,应设置永久性的防静电警示标识和警告标志.
? 所有防静电区域应进行温湿度的管制,推荐相对温度为:20oC~25oC;湿度为:50%~70%严 禁在相对湿度底于30%的情况下进行操作ESDS器件. ? 在防静电区域(点)内应避免生产瞬时高电压源或瞬时高压作业.

静电防护基础知识
? 防静电作业区域内所有防静电设施不得随意移动或拆除,应当是永久性的

? 防静电区域内的所有设备都必须接地良好(被测试整机,测试设备,装置夹具,波峰焊 机,电批,铬铁,周转车等),防静电工作台面必须是导电的,不得随意加普通的塑料板,纸皮, 抹布等物品
? 防静电工作区的工作台上,不得放置非生产性物品,如餐具,茶叶,提包钥匙饰品,手机, 报刊,纸巾等物品. ? 防静电工位的人员使用文件夹,文件袋都应该是防静电的;不得使用普通的文件,文 件袋. ? ? 防静电工位应避免设在大功率辐射源磁场附近. 防静电工作岗位的腕带必须在每个班次上班前进行检测,合格后才能进行操作.

? 所有人员接触ESDS及组件之前应戴好防静电腕带,保证腕带与皮肤接触良好,并接 入防静电地线系统,在戴腕带的皮肤上不得涂护肤油,防冻等油性物质.

静电防护基础知识
? 所有ESDS及组件在其存储,周转过程中均必须采取合适的静电防护措施,使用防静 电包装材料和容器,周转用的周转车,周转车必须有良好的接地. ? IC类ESDS必须盛放在专用的防静电容器(如管,座)中,严禁将IC类ESDS元件插放在泡 沫和装不具防静电功能的容器或包装袋中. ? ESDS有组件的配料,发料,转储过程都必须在防静电容器中进行.

? 对于没有采取防静电包装的零部件(如紧固件,电缆等),应先消除静电(导体部分接触一 下防静电地线),再进入防静电工作区. ? 已焊接有元器件的PCB板不得裸露叠放,应放置在防静电的胶垫,包装袋或周转车中.

? 清洗ESDS及组件时应用中性清洗剂或酒精清洗;手工清洗时使用防静电毛刷,严禁用 抹布或旧牙刷清洗.

静电防护基础知识
小结问题
? ? ? ? ? 1.什么是静电?什么静电放电? 2.静电的产生? 3.生产静电防护措施有那些?(举例说明) 4.防静电手带的作用?如何佩戴防静电手带? 5.静电地与设备地的区别在那里?

静电防护基础知识 谢谢
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