防静电基础知识培训教材(ppt-82页)

防静电基础知识培训教材主编：公司品质部2011年度培训教材编号：ＰＸＪＣ－11００2课程安排一、ESD的定义二、静电产生的方式和途径三、静电放电特点及其危害四、ESD敏感度分级试验模型五、生产环境中主要的静电源六、本公司的静电控制和防护措施七、ESD-S20.20标准简介常见静电现象琥珀与丝绸、木头；塑胶棒与头发摩擦后，产生对小物体的吸引和排斥（人们对静电最早的观察）无线电的干扰噪声走过地毯后接触金属把手时的电击从干衣机里面拿出来的衣服互相吸附打雷时的闪电第一部分ESD的定义什么是静电？静电（ElectrostaticCharge）静止不动的电荷ElectricChargeatrest—ESDADV1.0-2003电荷：得到或者失去电子ElectricCharge：Anabsenceorexcessofelectrons—ESDADV1.0-2003静电的基本单位是库伦Coulomb(C)1C=6.24×1018个电子所带的电量静电的本质无论是静电荷或带电体，都会在空间激发出静电场。静电场才是静电荷或带电体的物理本质。因为其对外表现是通过静电场来实现的。静电场是一种物质存在，有能量，有动量，对其中的其他带电体施加力的作用。•电荷不能够被生产或消灭，只能够被转移。•电子电量=-1.6x10-19C质子电量=+1.6x10-19C•量化预测电荷量的产生是不可能的。•一块布料和一片塑胶的摩擦可以促使百万亿电荷的转移电荷特性电荷守恒定律-在任何物理过程中电荷的代数和是守恒的。同性相斥异性相吸这也是造成电子流动的基础！电荷的相互影响什么是ESDESD静电放电由于一个高电场引起的快速、自发的电荷转移Therapid,spontaneoustransferofelectrostaticchargeinducedbyahighelectrostaticfield.—ESDADV1.0-2003处于不同电位的两个物体之间，由于直接接触或静电场感应导致的电荷传输（转移）—IEC定义静电和ESD（静电放电）的区别静电与静电放电（ESD）是完全不同的物理概念或物理过程。一个是“静”，一个是“动”。伴随着静电放电，往往有电量的转移、电流的产生和电磁场辐射。第二部分静电产生的方式和途径接触分离起电（最常见摩擦起电）静电感应断裂起电（分裂起电，破碎起电）剥离起电离子溅射传导带电热电效应（冷冻起电）压电效应电解带电溅泼起电接触分离带电接触形成偶电层分离带电摩擦带电接触+‘摩擦’压力或+分离什么影响“摩擦带电”2.3静电特性摩擦产生的静电的大小取决于：互相摩擦的材料接触的紧密程度分离的速度接触面的洁净度其他物理和化学的因素，比如：表面粗糙度，环境因素静电序列Brass,Silver黄铜、银Gold,Platinum金、铂Sulfur硫磺Acetaterayon醋酸纤维Polyester聚脂Celluloid赛璐珞Orlon奥纶Polyurethane聚亚安脂Polyethylene聚乙烯Polypropylene聚丙烯PVC(vinyl)PVC（乙烯基）KELF藻Silicon硅Teflon特氟龙RabbitFur兔皮毛Glass玻璃Mica云母HumanHair头发Nylon尼龙Wool羊毛Fur皮毛Lead石墨Silk丝绸Aluminum铝Paper纸张Cotton棉花Steel钢铁Wood木材Amber琥珀SealingWax蜡HardRubber硬橡胶Nickel,Copper镍、铜正电Negative负电静电序列两物体接触分离或摩擦后，排在前面的带正电，后面的带负电；距离越远，摩擦电压越高；可以作为选择防护材料时的有用参考人类认识的不足：不同列表有所差异；循环现象；反向现象；应用时不可作为硬性标准。静电感应++++++++++++++++--------++++++++++++++++++--------+++++++++Chargedobject带电体UnchargedObject非带电导体+++++++++-------------带电体产生电场，电场中的导体因电荷转移而带电。思考:如果是绝缘体呢？同性相斥，异性相吸断裂起电剥离带电+++轮子轴皮带+++同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会产生静电物质原有的电荷平衡被打破，两边带上相反的电荷通常电压较高离子溅射传导带电带电物体通过接触将电荷传导给未带电物体带电绝缘体仅能从较小面积释放电荷带电导体能释放大量电荷给另一导体其他带电方式热电现象：某些物质温度的变化，产生静电。压电：压电现象。石英、水晶、陶瓷等电解：固体与电解质溶液液体喷射特殊带电现象粉体带电：因为破裂、摩擦、分离、吸附等因素带电。电量小，但电压可能较高，可能引发爆炸危险。液体带电：因为流动、冲流、沉降、喷射等方式起电，多出现在电阻大的液体、管道、喷嘴和分散的液滴。气体带电：纯净的气体通常情况下不会起电。气体的带电一般与粉体和液体带电相关。影响带电的因素物质的性质表面特性作用力的大小、速率、频次、时间环境因素：湿度、温度物体带电历史温度对静电影响：温度升高物质活性增强摩擦电压增加；同时温度升高部分物质的导电性增强，易于消除静电第三部分静电放电特点及其危害静电放电的特点ESD是高电位,强电场,瞬时大电流的过程过去，人们认为ESD是一个高电位，强电场，小电流的过程。其实这种看法并不完全正确。的确，有些ESD过程产生的放电电流比较小。如后面将要介绍的电晕放电。但是，在大多数的情况下，静电放电过程往往会产生瞬时脉冲大电流。尤其是带电导体或手持小金属物体（如螺丝刀或钥匙）的带电人体对接地体产生火花放电时，产生的瞬时脉冲电流的强度可达到几十安培甚至上百安培。静电放电的特点ESD会产生强烈的电磁辐射，形成强电磁脉冲（EMP)近年来，随着静电测试技术、测量仪器及测试手段的不断完善和迅速发展，使人们对ESD这一瞬态过程的认识越来越清楚。在ESD过程中，确实会产生上升时间很快、持续时间很短的初始大电流脉冲，并产生强烈的电磁辐射，出现了静电放电电磁脉冲（ESDEMP）。它的电磁能量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏、翻转，或引起某些装置中的电火工品误爆，造成事故。但是，应当注意的是，ESD是一个极其复杂的过程不仅与材料、物体形状和放电回路参数有关，而且放电时往往还涉及到非常复杂的气体击穿过程。因此，ESD是一种很难重复的随机过程。静电放电的特点静电放电对电子工业的危害ESD使ESDS元器件硬击穿或失效ESD使元器件软击穿（结果可能更严重)静电吸附（影响元器件或整机质量）ESD电磁辐射引起电磁干扰危害涉及的环节上述危害可能发生在预处理、各生产工艺流程、测试、总装、调试、包装、储存、发送、维修、运输硬击穿或突发性失效在TEM（瞬变电磁技术）仪器下看到的PMOS上拉晶体管的硅损伤情况MOS器件栅极损伤示意图软击穿投诉来自美国电话公司。在PWB生产线，双向混合集成电路中，由于ESD软击穿，双极型结型晶体管显示出泄漏电流过大，导致系统崩溃。这是一张器件场效应失效的照片。发现PN结的损伤。这种感应场效应ESD失效与用HBM模型测试的ESD损坏，其结果几乎完全相同。器件损坏的起始电压为700v。静电吸附影响降低洁净度降低耐压等级结果成品合格率降低电磁辐射引起电磁干扰影响逻辑电路程序混乱温升硬击穿软击穿第四部分常见的ESD敏感度分级试验模型人体带电模型—HBM机器模型—MM带电器件模型—CDM场感应模型—FICDM人体带电模型人体是产生静电危害的最主要的静电源之一。当带电的人体触摸或靠近ESDS元器件时，该元器件有可能被直接的静电放电或强静电场所损坏。人体ESD能够以标准中给出的人体模型试验电路来合理地模拟。这种试验电路已被广泛应用于工业ESD测试中。人们对人体静电及其放电过程研究得比较早，也较深入，HBM也较其它模型建立得更早。现有文献资料中大部分静电感度数据都是以HBM为基础得到的。人体模型测试参照ESDSTM5.1人体带电模型人体带电模型示意图人体带电后接触元器件产生放电人体带电模型人体带电模型示意图人体带电后接触元器件产生放电ClassVoltageRange0250V1A250to500V1B500to1000V1C1000to2000V22000to4000V3A4000to8000V3B8000V人体带电模型HBMESDStressLevel机器模型主要模拟机械臂、机械手等金属部件带电后对电子元器件的破坏与影响。其放电电阻要比人体模型小许多，因此破坏性更大。机器带电模型的测试参见ESDSTM5.2流水线即相当于人体带电，与元器件发生放电现象机器模型ClassVoltageRangeM1100VM2100to200VM3200to400VM4≥400VMM敏感度级别表带电器件模型器件接触带电体或感应而带电后，遇地放电从而造成损伤带电器件测试参照ESDSTM5.3.1带电器件模型ClassVoltageRangeC1125VC2125to250VC3250to500VC4500to1000VC51000to1500VC61500to2000VC7000V带电器件模型敏感度等级场感应模型电场感应模型模拟了器件在静电场中时与地接触，从而引起了高幅度短持续时间的ESD瞬变。右图以双列直插式外壳器件来说明这种概念。首先，不带电器件放入静电场中，按照静电感应原理，导致电荷分离。然后，如果该器件与地（或有足够大电容的任何导体）接触，产生的电荷重新分布导致ESD。另外，器件现在有静电荷，如果它从静电场中移出，它对于带电器件放电类型的损坏是敏感的。此例中同时假定放电的对地电阻为零。常见元器件的敏感度级别部品种类ESD电压范围（V）VMOS30-1800VMOSFET100-200VGAASFET100-300VEPROM100VJFET140-7000VSAW150-500VOP-AMP190-2500VCMOS（INPUTPROTECTED）250-3000VSCHOTTKYDIODES300-2500VFILMRESISTORS300-3000VBIPOLARTR380-7000VECL（P.C.BLEVEL）500VSCR680-1000V第五部分电子生产环境中主要的静电源生产环境中主要的静电源物体或过程材料或活动工作台面打蜡，涂层或油漆面/普通乙烯类或塑胶地面密闭混凝土打蜡，抛光木板普通乙烯类胶片衣服普通净化工作服普通纤维工作服非静电鞋未处理棉花（适度低于30%）座椅抛光木板乙烯基材料玻璃纤维包装及搬运普通塑胶-袋，包裹，信封普通气泡袋，发泡袋普通塑胶箱，手提箱，小瓶，塑胶件箱柜生产环境中主要的静电源装配，清洁，测试及维修区域喷气清洁容器普通塑胶焊锡吸管烙铁头未接地刷子（骆驼/猪毛和人造纤维）用流体流动或蒸发清洁或干燥烘箱*低温喷涂*加热抢和吹风机*真空吸尘器*喷砂复印设备CRTs*独立项目不是静电源。它们包含颗粒的空气流动产生静电。摩擦起电作业过程中的静电源静电感应作业过程中的静电源破坏了防静电胶皮的功能作业过程中的静电源作业过程中的静电源传导放电TheBiggestESDResourceisYOU人是最大的静电源第六部分本公司的静电控制和防护措施本公司ESD控制与防护综述ESD控制的文件例：ESD管理体系文件、ESD控制技术要求、相关作业指导书如仪器操作规程、接地线检测规程、人体防静电服装鞋类管理规定、防静电服装检测规程、防静电胶皮、工作台检测规程等。本公司所采用的静电防护的基本技术手段等电位连接接地静电中和静电屏蔽增湿材料控制人体静电控制设计ESD保护等电位连接原理：让可能接触敏感器件的表面处于等电势，避免静电放电发生做法：所有可能接触器件的物体使用并联连接（共同连接点）等电位连接示意图接地原理：将产生的静电通过接地线泄放到大地