培训课程(整机生产过程中的静电防护)

培训教材（静电防护）2009-07-30陈金育概述目前，电子产品中广泛使用的电子元器件很多是敏感器件（如MOS器件），所谓静电敏感器件是指这些器件很容易遭到静电的破坏而失效。提高静电防护意识，掌握静电防护知识，熟悉静电防护措施是对每一个从事电子产品生产人员的最基本要求。一，静电的产生与危害1、静电的产生1).摩擦:在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电，而产生静电的最普通方法，就是摩擦生电。材料的绝缘性越好，越容易是使用摩擦生电。另外，任何两种不同物质的物体接触后再分离，也能产生静电；。2).感应：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负电子就会转移。3).传导：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如与带电物体接触，将发生电荷转移。人身日常活动所带的静电日常生活中可以感觉到的静电现象：如冬天在地毯上行走及接触把手时的触电感，在冬天穿毛衣时所产生的劈啪声等。下表提供在没有进行防静电治理的生产环境里，电子工厂工作人员日常工作的产生的静电强度和湿度的关系：人身的活动情形静电电压（V）10-20%RH65-90%RH走过化纤地毯350001500拿TEFLON硅片架300001200走过塑胶地板12000250坐椅子上工作的人6000100翻塑面说明书文件7000600拿起普通聚乙烯袋200001000从垫有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起180001500可见增加环境湿度能降低静电电压。经试验，人体带静电5万伏时没有不适的感觉，带上8万伏高压静电时依然面带微笑，10万伏（最高试验过12万伏）时也没有生命危险！术语及定义1）.静电：物体表面过剩或不足的静止的电荷;2）.静电场：静电在其周围形成的电场;3）.静电放电：两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起两物体间的静电电荷的转移。静电电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。ESD是英文ElectrostaticsDischarge的缩写，即“静电放电”的意思;4）.静电敏感度：元器件所能承受的静电放电电压;5）.静电敏感器件：对静电放电敏感的器件;6）.接地：电气连接到能供给或接受大量电荷的物体，如大地，船等;7）.中和：利用异性电荷使静电消失;8）.防静电工作区：配备各种防静电设备和器材，能限制静电电位，具有明确的区域界限和专门标记的适于从事静电防护操作的工作场地。2、静电的危害集成电路中功能元件因体积小、电路密集更容易受到静电损害；电子零件在搬运过程中由于摩擦、振动或冲击也会受到静电损害。同时大量的塑料制品等高绝缘材料的普遍应用（静电材料包括：塑料活页、设备外罩、磁盘、塑料文件夹/活页保护袋、N次贴、塑料笔、泡沫包装、塑料设备遮盖物、文件图纸、塑料工作转移单以及个人用品钱包、外套、快餐盒、梳子、洗液瓶等等。注意不要把象以上这些不需要的物品带到工作区域）。导致产生静电的机会大增。日常生活中如走动，空气流动，搬运等都能产生静电。人们一般认为只有CMOS类的晶片才对静电敏感，实际上，集成度高的元器件电路都很敏感。A．静电对电子元件的影响1）静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命。2）因电场或电流破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏）。3）因瞬间的电场或电流产生的热，元件受伤，仍能工作，寿命受损。B、静电损伤的特点：1.隐蔽性，在静电放电造成的电子产品的损害当中，活动的人体带电是一个重要因素。一般情况下，人体所带静电电位都在1-2KV范围，在此电压水平上的静电人体一般并无直观察觉，而电子元器件却在不知不觉中损坏。这些敏感组件中的极微小电路会遭到人们所无法侦测到的静电破坏。请记得，人体只能够感觉到超过3,000V的静电压，但部分敏感组件所能够承受的却仅有20V。2.潜伏性，有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患，而且增加了器件对静电的敏感性。已产生的问题并无任何方法可治愈。3.随机性，电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢？可以这么说，从一个元件生产后一直到它损坏以前所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机性。由于静电的产生和放电都是瞬间发生的，及难预测和防护。4.复杂性，静电放电损伤分板工作，因电子产品的精细，微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器，即使如此有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其它失效，这是对静电放电损害未充分认识之前，常常归咎于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉的掩盖了失效的真正原因。5.严重性，ESD问题表面上看来只影响了制成品的用家，但实际上亦影响了各层次的制造商，如：保用费、维修及公司的声誉等等。C、静电损伤的类型：1、突发性完全失效（即时失效）这种类型指由于静电放电造成电子元器件自身短路、开路、功能丧失或参数不合格等。据有关统计资料表明，在受静电损伤的半导体器件中，突发性完全失效约占失效总数的10%。2、潜在性缓慢失效（延时失效）这种类型指带电体所带静电位或存储的静电能量较低，或静电放电时电路中有限流电阻存在，那么，一次静电放电脉冲可能不足以引起电子元器件的完全失效，但它会在元器件内部造成轻度损伤，使器件的参数缓慢变坏，直至在某一不可欲测的时刻发生失效，丧失工作能力，导致返工、返修或报废。这种失效事先难以检测，造成难以被人们发现的“软击穿”现象，给产品留下潜在的隐患，直接影响着电子产品的质量、寿命、可靠性和经济性，不仅提高了生产成本还会招致客户不满意，直接影响企业的效益。据统计资料表明潜在性缓慢失效占电子静电放电失效总数的90%，因此其危害性甚大。以下是经过测试的一些电子器件所能承受静电破坏的静电电压。器件类型静电破坏电压(V)器件类型静电破坏电压(V)VMoS（VMOSFET）简称Vmos管或功率场效应管，全称为V型槽mos场效应管---30～1800OP-AMP（运算放大器）---190～2500M0SFET（场效应管）---100～200JEFT（场效应晶体管）---140～1000GaAsFET（砷化镓场效应晶体管）---100～300SCL680～1000EPROM(可擦除可编程ROM)100STTL300～2500CMoS250～2000DTL380～7000HMOS50～500肖特基二极管300～3000E／DMOS200～1000双极型晶体管380～7000ECL300～2500石英压电晶体＜10000二、ESD三种型式1）.人体型式：即指当人体活动时身体和衣服之间的摩擦产生摩擦电荷。当人们手持ESD敏感的装置而不先拽放电荷到地，摩擦电荷将会移向ESD敏感的装置而造成损坏。2）．微电子器件带电型式：既指这些ESD敏感的装置，尤其对塑料件，当在自动化生产过程中，会产生摩擦电荷，而这些摩擦电荷通过低电阻的线路非常迅速地泻放到高度导电的牢固接地表面，因此造成损坏；或者通过感应使ESD敏感的装置的金属部分带电而造成损坏。3）．场感类型式：即有强电场围绕，这可能来之于塑性材料或人的衣服，会发生电子转化跨过氧化层。若电位差超过氧化层的介电常数，侧会产生电弧以破坏氧化层，其结果为短路。4）．其它还有：机器模式、场增强模型、人体金属模型、电容耦合模型、悬浮器件模型。三、静电防护1.静电防护的材料分为静电屏蔽材料、抗静电材料、静电耗散材料。静电屏蔽材料指可防止静电释放穿透的材料；抗静电材料是在使用中不会产生静电，但会被释放穿透的材料；静电耗散材料有足够的传导性，能使静电电荷通过其表面消散。2.静电的防护的方法（1）.接地法接地能消除导体上的静电，接地电阻应小于100欧，绝缘体直接接地反而容易发生静电放电，应在绝缘体与地之间保持106~109欧的电阻；是防静电措施中最直接最有效的，对于导体通常用接地的方法，如人工带防静电手腕带及工作台面接地等。接地通过以下方法实施：1）人体通过手腕带接地。2）人体通过防静电鞋（或鞋带）和防静电地板接地。3）工作台面接地。4）测试仪器，工具夹，烙铁接地。5）防静电地板，地垫接地。6）防静电转运车，箱，架尽可能接地。7）防静电椅接地。（2）.静电屏蔽静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响，最通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护。另外防静电衣对人体的衣服具有一定的屏蔽作用。（3）.离子中和绝缘体往往是易产生静电，对绝缘体静电的消除，用接地方法是无效的，通常采用的方法是离子中和（部分采用屏蔽），即在工作环境中用离子风机等，提供一等电位的工作区域。因此在防静电材料和防静电设施中，均是按这三种方式派生出来的产品，可分为防静电仪表，接地系统类防静电产品，屏蔽类防静电包装，运输及储存防静电材料，中和类静电消除设备，以及其它防静电用品。（4）.工艺控制法A.防静电仪表1）.手腕带/脚带/防静电鞋综合检测仪－用途：用于检测手腕带，脚带，防静电鞋是否符合要求。2）.测试脚带及防静电鞋时，需增加一块金属板及仪表连接的导线。3）.除静电离子风机检测仪－用途：定期对离子风机平衡度和衰减时间进行检测及校验以确保离子风机工作在安全的指标范围。4）.静电场探测仪－用途：测量静电场以反映静电的存在，以电压形式读数，用来测试环境的静电强度。一般受环境影响和静电瞬间特性，很难真实反映实际情况。5）.静电屏蔽袋测试仪－用途：用于检测静电屏蔽袋的屏蔽效果。6）.表面电阻测量仪－用途：用于测量材料表面电阻，体积电阻。B.接地类防静电产品1.防静电手腕带：广泛用于各种操作工位，手腕带种类很多，建议一般采用配有1兆欧姆电阻的手腕带，线长应留有一定余量。2.防静电手表：需要其它防静电措施的补救（如：增设离子风机，戴防静电脚跟带等）才能取得较好的防静电效果。建议不要大量采用佩带防静电手表的方式。3.防静电脚带/防静电鞋：厂房使用防静电地面后，应配戴防静电鞋带或穿防静电鞋，建议车间以穿防静电鞋为主，可降低灰尘的引入。操作人员工再结合配带防静电手腕带效果将会更佳。4.防静电台垫：用于各工作台表面的铺设，各台垫串上1兆欧电阻后与防静电地可靠连接。5.防静电地板：防静电地板分为：PVC地板、聚胺脂地板、活动地板。防静电蜡和防静电油漆：防静电蜡可用于各种地板表面增加防静电功能及使地板更加明亮干净防静电油漆可用于各种地板表面，也可涂于各种货架，周转箱等容器上。C.屏蔽类防静电包装运输及储存材料1）.防静电周转箱、防静电元件盒：用于车间单板和部件的周转，运输及储存。2）.防静电屏蔽袋：用于单板和部件的包装、运输和储存，具有一定的防潮效果。3）.防静电胶带：用于各种包装箱等4）.防静电IC料条及IC托盘：用于生产车间IC元器件的储存、搬运。禁止在使用前，露天存放IC；或拆开包装运输。5）.防静电货架、手推车及工作台：防静电货架、手推车广泛用于电子装配车间的单板、部件的周转，搬运等。防静电货架及工作台要有防静地连接，手推车上的防静电垫应有金属链与防静电地接触6）.防静电工作服工作鞋：在具有静电敏感元器件，具有一定洁净度要求的加工车间，一般应严格要求员工穿戴防静电工作服工作鞋7）.防静电手指套：如操作工位员工需经常手拿工件或静电敏感元器件时，有必要戴防静电手指套。D.中和类设备离子风机、风枪四、防静电的一般工艺规程要求1）、将1兆欧的电阻连通后再接地，并佩戴防静电手腕带操作；2）、涉及到操作静电敏感器件的桌台面须采用防静电台垫3）、ESD敏感型器件必须用静电屏蔽与防静电器具转运。4）、准备开封、测试静电敏感器件时必须在防静电工作台上进行，有条件的可配用离子空气发生器清除空气中的电荷5）、组装所用的焊接设备及成形工装设备都必须接地，焊接工具使用内热式烙铁，接地要良好，接地电阻要小6）、电源供电系统要改装用变压器进