静电基础知识

防静电基础知识（ESD）讲师：董雪蕾2017/12/12培训提纲——静电概念静电影响如何防止静电危害公司采取的措施静电概念——静电引起的自然现象闪电尘埃落在电视荧屏上冬天脱毛衣时，有“啪啪”的声音，并伴有火花早上起来梳头时，头发会经常“飘”起来，越理越乱天气干燥时，当接触金属门把（水龙头）时手有触电的感觉用胶尺磨擦头发后，胶尺会吸起碎纸片还有……静电概念——什么是静电静电（Electrostatic）：电荷在物体上以相对静止的状态方式存在,称之为静电。静电场：相对于（作业员）是静止的，其电量不随时间而变的电场。ESD:是代表英文ElectroStaticDischarge即“静电放电”的意思，静电放电是广义的过电应力的一种EOS（ElectricalOverStress)：电气过载或过电应力，指元器件承受的电压或电流超过其允许的最大范围。静电概念——静电的特点1、高电位：设备或人体上的静电位最高可达数万伏以至数十万伏；在正常操作条件下也常达数百至数千伏。2、低电量：通常为毫微库仑（nC、10-9C）级。3、小电流：多为微安（μA、10-6A）级。4、作用时间短：微秒（μS、10-6S）级。5、静电受环境条件，特别是湿度的影响比较大。静电概念——静电产生的原因之一微观原因：根据原子物理理论，电中性时物质处于电平衡状态。由于不同物质原子的接触产生电子的得失，使物质失去电平衡，产生静电现象。物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电荷的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。静电概念——静电产生的原因之二当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。宏观原因：1）物体间摩擦生热，激发电子转移；2）物体间的接触和分离产生电子转移；3）电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布；4）摩擦和电磁感应的综合效应。静电概念——静电产生的方式静电产生的两种方式：（一）摩擦产生静电序号材料序号材料序号材料正电荷方向8羊毛16硬橡胶1空气9丝绸17镊、铜2人的手10铝18黄,铜、银3兔毛11纸19聚酯人造纤维4玻璃12棉布20聚乙烯5云母13钢21聚丙烯6头发14木材22聚氯乙烯（ＰＶＣ）7尼龙15琥珀负电荷方向静电概念——静电产生的方式静电产生的两种方式：（二）感应产生静电静电放电的三种模型：带电人体放电模式（HumanBodyModel-HBM）Ｃ＝100pf,R=1,500ohm,risetime=2~10ns,duration=150ns带电机器放电模式（MachineModel-MM）C=200pf,L=500nH,risetime=5~8ns,duration=80ns充电器件放电模式Charged-DeviceModel-CDM)Devicedependent,risetime0.2ns,duration2ns静电概念——静电的危害：静电的产生在工业生产中是不可避免的，其造成的危害主要归结以下两种机理：其一：静电放电（ESD）造成的危害：（1）引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰。（2）击穿集成电路和精密的电子元件，或者促使元件老化，降低生产成品率。（3）高压静电放电造成电击，危及人身安全。（4）在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾。静电在工业生产的危害和利用之一静电概念——静电在工业生产的危害和利用之二其二，静电引力（ESA）造成的危害：（1）电子工业：吸附灰尘，造成集成电路和半导体元件的污染，大大降低成品率。（2）胶片和塑料工业：使胶片或薄膜收卷不齐，胶片、CD塑盘沾染灰尘,影响品质。（3）造纸印刷工业：纸张收卷不齐，套印不准,吸污严重,甚至纸张黏结,影响生产。（4）纺织工业：造成根丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害。静电的利用：静电印花、静电复印、静电喷涂、静电植绒、静电除尘和静电分选技术等，已在工业生产和生活中得到广泛应用。静电也开始在淡化海水，喷洒农药、人工降雨、低温冷冻等许多方面大显身手，甚至在字宙飞船上也安装有静电加料器等静电装置。静电概念——静电在工业生产的危害形式1、显现性问题2、潜伏性问题a)隐蔽性b)累积性c)随机性d)复杂性静电概念——静电的危害示例静电概念——静电的应用示例静电概念——典型的静电电压静电电荷源测得的电压（V）10%~20%RH65%~90%RH走过地毯350001500在聚烯烃类塑料地面行走12000250工作台旁操作的工人6000100手拿聚乙烯塑料袋装入器件时7000600从工作台拾起普通聚乙烯袋200001200垫有聚氨酯泡沫的工作椅180001500静电概念——部分器件的静电敏感电压值器件类型耐静电放电电压值(V)器件类型耐静电放电电压值(V)VMOS30～1800运算放大器190～2500MOSFET100～200JFET140～1000GaAsFET100～300SCL680～1000PROM100STTL300～2500CMOS250～2000STL380～7000HMOS50～500肖特基二极管300～3000E/DMOS200～1000双极性晶体管380～7000ECL300～2500石英压电晶体器件10000静电概念——电子装联生产中的静电源工作服工作鞋各种包装和容器工作台各种绝缘地面某些电子生产设备作业人员静电概念——与静电有关的一些概念之一1、静电放电接地(Electrostaticdischargeground)•点、电极、总线、金属条、或其他导体系统，形成一条从一个带静电的人或物体到地的路径。2、静电放电防护(Electrostaticdischargeprotective)•材料的特性，具有一项或多项下列能力：减少静电产生，消除静电荷，屏蔽静电放电或屏蔽静电场。3、表面电阻(Surfaceresistance)•接触材料同一面按规定配置的二个电极之间，流动电流与直流电压的比。其量度单位用欧姆表达。静电概念——与静电有关的一些概念之二4、导电材料：•一般指表面电阻小于1×105欧姆的材料。这种材料电阻小，电子在其表面及内部流动非常容易，可流向任何接触到的其它导体或大地。5、耗散材料：•一般指表面电阻大于或等于1×105而小于1×1012欧姆的材料。6、屏蔽材料：•一般指导电层每毫米厚度的表面电阻小于1×104欧姆，采用这种材料制作的法拉第保护罩可防止静电敏感器件受到静电的影响。静电概念——与静电有关的一些概念之三7、绝缘材料(InsulativeMaterials)：至少具有表面电阻1x1012欧姆的材料。8、抗静电性：通常指材料抑制磨擦起电的特性。材料的抗静电性与其电阻或电阻率没有必然的联系。如有些抗静电材料，电阻很高，属高绝缘型，但起电力很小，多次摩擦都不会产生静电积累。9、防静电材料：根据导电性能，可将其分为静电绝缘、耗散、导电和屏蔽四种，如以表面电阻划分如下：静电概念——防静电的意义防静电的意义：（1）多数电子元器件为静电敏感器件；（2）静电放电造成巨大损失；a)美国88年报道：由于ESD造成50亿/年损失；b)日本统计：不合格器件中，45%来自静电放电损伤；c)据Ti公司统计：客户失效器件中，ESD引起的失效占47%!（3）静电放电多导致潜在失效，危害极大；（4）电子器件集成度增加使其抗静电损害能力降低；（5）电子/光电子行业的大公司非常重视静电防护；静电概念——静电危害流程图流程图：静电分离电荷积累在设备上电荷积累在产品上电荷逸散电荷放电电荷放电引燃（化工）/产品品质不良（电子业）静电概念——静电防护的目的和总的原则一、静电防护目的：在电子元器件、组件、设备的制造和使用过程中，通过各种防护手段，防止因静电的力学和放电效应而产生或可能产生危害，或将这些危害限制在最小程度，以确保元器件、组件和设备的设计性能及使用性能不致因静电作用受到损害。二、静电防护总原则：1、控制静电的产生；2、控制静电的消散；3、设计保护电路；静电概念——控制静电的措施一、控制静电的产生:静电是由于摩擦和感应产生的，控制静电的产生应从这两方面入手；a)操作静电敏感器件时，不要作无意义运动、摩擦、接触；b)工位上不要存放不必要的绝缘体，如纸片、塑料杯、塑料袋等；c)设备接地良好；d)远离强电场（2,000V)300mm以上；e)用抗静电（AntistaticorLowcharging）材料或同种材料包装；f)静电屏蔽；静电概念——控制静电的措施二、控制静电的消散静电产生难以控制，一旦产生静电就要以适当速度泄放掉。可用两种方法消散电荷：泄漏法与复合中和法。1、泄漏法:通过以下设施可将静电向大地泄放。a)地线：1ohm(AC),将静电荷导入大地；b)防静电地板/漆:109ohm(105~109),将人体或物体上静电导入地线，必须接地良好；c)防静电桌垫:109ohm(105~109)，将人体或物体上静电导入地线，必须接地良好；d)腕带:1x106~1x107ohm，将人体静电引至地线；e)脚带:1x106~1x107ohm，将人体静电引至地线；f)防静电鞋：105~108欧姆,将人体静电引至防静电地板/漆；电地板必须接地良好。静电概念——控制静电的措施g)防静电服：1x105~1x1011ohm,含钢丝,将人体静电通过腕／脚带导入地线，屏人体静电;注意：应接触皮肤，洗涤时不能柔搓；泄漏法消散静电一般只适用于导体，对于绝缘体上静电可采用复合中和法加以消散。2、复合中和法消散静电：用离子风吹绝缘体；静电概念——公司内常用防静电用品（装备）公司内常用防静电用品：1、防静电腕带；2、防静电台垫、防静电地垫；3、防静电包装袋（软塑料）；4、防静电硬塑料容器；5、防静电条、管；6、防静电毛刷；7、防静电海绵；8、离子吹风机、防静电气枪；9、静电手环、静电鞋测试仪；10、防静电服、防静电鞋、防静电帽、防静电手套；11、防静电地板；静电概念——防静电手套防静电手套：防静电手套（指套）：表面电阻值106~109级；静电概念——防静电手环的构造及测试方法一、防静电手环的结构它由①接地线按扣②松紧圈和③接地线组成。其中松紧圈可由多种导静电的复合材料制作,接地线内有串接（或材料本身具有）大小为106Ω的电阻，以保证操作者在意外情况下触及380V电压时不致发生人身伤害事故；③①②静电概念——防静电手环的构造及测试方法二、测试方法①将静电手环佩戴在手腕上，注意腕带必须贴紧皮肤；②将静电手环接地线与静电手环测试仪接地线相连；③用手按压下静电手环测试仪按纽；④当仪器PASS指示灯亮（绿灯）时，表示此静电手环正常；⑤若测试仪的红灯亮起，则表示静电手环的电阻值低于800KΩ或高于9MΩ，此静电手环不良；静电概念——防静电手环的构造及测试方法人体综合测试仪静电概念——使用静电手环的注意事项使用静电手环的注意事项：1、腕带是利用它与人体皮肤的接触而把人体静电迅速泄漏的装置，操作人员的皮肤是否与腕带接触良好是发挥泄漏静电作用的关键，所以在佩戴时必须紧贴手腕；2、静电手环使用前必须经过测试并记录，且状态良好；3、有线静电手环的接地线必须通过鳄鱼夹接在静电地线上，使用过程中注意防止鳄鱼夹松脱；静电概念——防静电服防静电服——人体防护装备系列中重要装备：*在各种织物中等间隔或均匀混入导电纤维；*减少摩擦生电和降低电荷积累；*电荷扩散与泄放；*柔软性.透气性；*防尘性.无粉尘脱落；*耐洗涤性；防静电服静电概念——防静电鞋防静电鞋——人体防护装备系列中,重要装备之一：*有效控制人体行走时与地面摩擦分离的静电；*人体静电泄放的主要途径之一(配合防静电地板)；*与脚部.袜子.鞋垫.鞋底构成静电泄放串行系统；*导静电型工作鞋鞋底材料103Ω≤R＜106Ω；*静电耗散型工作鞋