防静电知识介绍.ppt

1,ESD的危害与消除 2009.10,YADION SECIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.,2,自然界的ESD现象,现象A：闪电，每一次闪光都是一次巨大的静电释放，静电从聚集的雷雨云传向地球。 现象B：洗衣机洗完衣物后，用手取出衣物时，发出噼啪声和火花。 现象C：走过地毯后触摸门的把手，会感觉电击。 据日本80年代统计,失效的半导体器件中,45%是静电造成的.,3,静电和静电放电的定义和特点,静电释放（ESD）的定义： 电荷从一个物体突然传递到另一个物体的过程。 什么是静电？ 静电是由于物质表面的正负电荷分离所造成的电位； 静电的高低与材料的特性、环境温度、湿度等密切相关。,4,对静电和静电危害的认识,静电(Electrostatic )是物体表面过剩或不足的静止电荷。是一种电能，它存留于物体表面；是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果，是通过电子或离子的转换而形成的。静电现象是电荷在产生和消失过程中产生的电现象的总称。 随着科技发展，静电现象已在静电喷涂、静电纺织、静电分选、静电成像等领域得到广泛应用。但在另一方面，静电在许多领域带来重大危害和损失。 在电子工业中,静电位达1.5-35KV,足以使元器件受损,硬击穿或软击穿,形成永久性或暂时性失效.,5,静电基础知识,静电现象（electrostatic phenomenon) 由于带电体的静电场作用而引起的静电放电、静电感应、介质极化及静电力作用等物理现象的统称。 静电的高低与材料特性、环境温度、湿度等密切相关,6,静电放电（ESD）,无任何感觉： 1000V 听到放电声音：20003000V 能够感觉到： 30004000V 能够看到： 5000V,7,静电的产生（一）,传导带电 摩擦生电 感应生电,8,静电的产生（二）,地板：尤其是塑料地板或地毯 椅子：木质、塑料或化学材质 衣服：化纤及一般布料 工作台面：磨光、油漆及上蜡 其它：塑料垫、文件夹等任何产生摩擦的地方,9,静电是否可不产生,是自然现象，没法杜绝 只能消除或减小 想法泄放,10,所能产生的电位,11,静电放电危害的几种模式,1.引发火灾和爆炸事故 2.造成人体电击 3.造成产品损害 4.造成对电子设备正常运行的干扰.,12,静电感应危害,静电感应是使物体带电的一种方式 可在器件引线、工具、包装容器上产生高的静电压，并对半成品等造成静电损害,13,环境湿度对静电的影响,在干燥的季节产生静电的几率大 在湿度较大的环境中产生静电的几率小 在工厂厂房内,增加湿度,减小静电的产生. 最好:湿度RH在45%-75%内 形成机理是介质物体表面电导率提高,14,关于电子产品静电防护,电子产品的静电防护工作，具有下述明显特点: 1/ 超细、超薄的加工工艺和产品细微结构 ,即使20V下也可能造成损害 2/ 对静电敏感的产品，如半导体分立器件、集成电路、厚薄膜电路等 3/ 静电防护工作是一项系统工程，它涉及敏感电子产品的制造、装配、处理、检查、试验、维修、包装、运输、贮存、使用等各个环节，而且是一种串联模式，任一环节上的失误，都将导致整个防护工作的失败；,15,ESD在工业领域的危害,电子产品静电放电损害的特点: 隐蔽性 失效分析的复杂性 损伤具有潜在性 损伤的随机性,16,电子元器件静电损伤的失效类型,1/ 突发性完全失效，ESD造成电子元器件铝条烧断、硅片局部融化、PN结边缘损伤等,是硬性损伤，约占总数10% 2/ 潜在性缓慢失效，静电能量低，对元器件造成轻度损伤，难以预先检测，只能在工作过程中发生，是软损伤，约占90%，危害最大。,17,静电对器件和产品的破坏机理,热击穿 金属导电层熔化 介质击穿 气体电弧放电 表面击穿 体击穿,18,部分元件对静电的敏感程度,19,静电对元器件的损伤程度,对P-N结造成软击穿，产品可靠性下降,20,静电对元器件的损伤程度,芯片内单晶硅金属镀膜击穿产品废品率上升,21,静电对元器件的损伤程度,芯片内引线击穿使产品废品率上升,22,静电防护的重要性,电子行业除ESD损伤外，静电还会导致 ESA (Electro-Static Attraction) EML(Electro-Magnetic Interference) 对净化间最具有威胁的是ESA导致的表面污染物,23,（ESD）静电放电所造成的损失,24,电子产品制造中的静电源,(1) 人体静电 (2)工作服 (3)工作鞋 (4)树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放入包装中运输时 (5)用PP（聚丙烯）、PE (6) 普通工作台面，磨光、油漆及上蜡； (7) 地板； (8) 电子生产设备和工具方面：,25,静电防护的有关标记和符号,标记和符号是一种无声语言, 按国际标准规定，如：静电敏感器件、接地点符号等 推荐使用黄色和黑色,静电敏感基本符号,26,静电防护原理、目的和总的原则,对可能产生静电的地方要防止静电积聚。采取措施，使静电边产生，边泄放，并将静电电压控制在安全范围内。 对已经存在的静电积聚迅速消除掉，即时释放。 静电防护的核心是“静电消除”。,27,对人体的ESD的控制,(1)管理上： 在ESD安全区域张贴标志，在ESD敏感器件上粘贴标签，并对员工进行这方面的培训。 (2)工程上： 控制空气湿度，采用离子发生器，安装可以消散静电的地板、工作台。 (3)员工： 由于人是损坏ESD器件的罪魁祸首，只有每一 位员工的参与与配合，所有这些方法才能起到 真正的作用。必须对人进行ESD控制。,28,上衣与裤子摩擦后 脱下时人体带电情况,29,具体的ESD方法,具体思路是： (1)将电荷到达器件之前，将其有控制的排除 ,进入工作区前穿戴静电保护服装器具,门禁检测等系统 (2)随时监控,消除产生的静电,采用离子风消除;用腕带或脚接地带随时泄放;接地监控; (3)还有一些其他方式将电荷安全接地。,30,工作台面的ESD控制,工作台面铺设防静电橡塑胶板，同时有效接地，随时泄放静电。 与接地监控系统连接在一起，实时监控。,31,防静电材料的特性和分类,抗静电材料的定义， IEC801-2规定为表面电阻率为105 .cm1011 .cm欧姆每方； DoDHDBK263的规定是把材料分为“静电耗散材料”（表面电阻率为105.cm109 .cm。欧姆每方）和“抗静电材料”(表面电阻率为109.cm1014.cm欧姆每方)； IECTC47(co)1330则规定“抗静电材料”属于不能按电阻率分类的材料，只能定性为“当相对摩擦或从相同的或其他类似的材料分离时，呈现最少电荷生成特性的材料”。 实际上，各个标准规定的大致范围差不太多，对于我们工厂来说，没有深究的必要，只要够用即可。,32,表面电阻率,导 电 体 表 面 电 阻 率 低 于105欧 姆 /平 方 放 电 体 表 面 电 阻 率 在 106 _ 109欧 姆 /平 方 绝 缘 体 表 面 电 阻 率 大 于109欧 姆 /平 方,33,静电防护器材和耗材,(1) 人体防静电系统包括防静电腕带、工作服、帽、手套、鞋、袜等 (2) 防静电地面包括防静电水磨石地面、防静电橡胶地面、PVC防静电塑料地板、防静电地毯、防静电活动地板等。 (3) 防静电操作系列包括防静电工作台垫、防静电包装代、防静电、物流小车、防静电烙铁及工具等(4) 防静电监控、接地、离子化系统，包括联网静电监控。,34,包装材料技术,防护包装材料是实现产品静电防护包装的基础，只有合适的材料才能胜任一般意义上的包装功能和防静电功能需要，要同时具备是不易的。 材料的防静电能力与其自身的摩擦起电特性、电导率、衰减时间有关。,35,接地材料技术,接地技术是任何电子设备与设施中的一项重要技术 接地是静电防护中最有效的最基本的技术措施 各接地系统有不同的接地电阻要求,36,人体静电防护接地系统,因为人体是一个最重要的静电源 安全限流电阻的数值选用避免人体不慎触电时，形成一个通路，原则： 流经人体电流小于5 mA;(工频线电压380V) 人体静电荷能通过该电阻较快释放，即人体皮肤静电在0.1s内衰减至100V的敏感产品静电安全阈值以下： 综合上述两因素，取为7.51051107为宜。实际常用 1M,37,工作台面 / 地板材料技术,工作台面应该铺设防静电胶板，表面是泄放层，下面是导电层，下层一定接地。 地面/地板一般都是防静电的自流平或防静电地板。,38,工作服 / 手套 / 手指套材料技术,工作服也易产生放电 工作服防静电的机理是泄放与中和 接地时,经导电纤维向大地泄放 不接地时,借助导电纤维的微弱电晕放电而消电,39,离子发生器技术,在工作台区间形成离子化环境，使得工件上、服装上等随时产生的静电荷能够被中和。,40,防静电检测的作用和意义,熟悉静电检测很重要，只有知道静电是怎么回事，具体的技术数值，才能知道怎么样针对解决它。,41,静电测量参数和测量方法,测量参数一般包括： 静电电位 电阻与电阻率 接地电阻 人体静电参数等 测量仪器都是接触式或非接触式静电电压表等 采用场强计来测量。 电阻的测量，按国标GB1410-89采用高阻计。,42,测量静电所面对的难点,对测量仪器的绝缘程度要求高 静电测量受各种环境条件影响显著 静电测量结果的复现性差,43,测量仪器的种类和原理,静电测量仪器 (1) 静电场测试仪用于测量台面、地面等表面电阻值。平面结构场合和非平面场合要选择不同规格的测量仪。 (2) 腕带测试仪测量腕带是否有效。 (3) 人体静电测试仪用于测量人体携带的静电量，人体双脚之间的阻抗，测量人体之间的静电差，腕带、接地插头、工作服等是否防护有效。还可以作为入门放电，把人体静电隔在车间之外。 (4) 兆欧表用于测量所有导电型、抗静电型及静电 泄放型表面的阻抗或电阻。,44,测量的应用例子,正常工作时随时测量静电位的数值 定期测量，包括接地电阻的测量、静电位的测量,45,如何控制ESD,防静电的基本要求: 防止静电的产生 减少和消除静电荷 减少静电的危害 严格防静电管理,46,静电的消除方式,安全对地释放（对放电体而言） 离子中和（对绝缘体而言）,47,静电控制的几个方面,防止静电菏积聚（Prevention） 建立安全的泄放通路（Grounding） 设立良好的离子中和设备 确认并有效的监测措施 控制静电的生成环境,48,静电的全面控制,如图所示,静电 的全面控制,49,静电防护方法,使用防静电材料 泄漏与接地 静电防护材料的使用方法,50,对非导体带静电的消除方法,非导体带静电的消除不能用接地的方法 对于绝缘体上的静电，由于电荷不能在绝缘体上流动，因此不能用接地的方法消除静电。可采用以下措施： (a) 使用离子风机离子风机产生正、负离子，可以中和静电 源的静电。可设置在空间和贴装机贴片头附近。 (b) 使用静电消除剂静电消除剂属于表面活性剂。可用静电 消除剂檫洗仪器和物体表面，能迅速消除物体表面的静电。 (c) 控制环境湿度增加湿度可提高非导体材料的表面电导率, 使物体表面不易积聚静电。例如北方干燥环境可采取加湿通 风措施。 (d) 采用静电屏蔽对易产生静电的设备可采用屏蔽罩 （笼），并将屏蔽罩（笼）有效接地。,51,对人体的ESD的控制,按阶段随时保证人体的接地措施的完整和正常； 在进入工作区前检测其防静电措施是否完整？到位？ 进入工作状态和区域后，实时监控其接地措施的正常工作？不会出现故障，一方面靠人的自觉；另一方面靠仪器、技术保证；,52,工作台面的ESD控制,保证工作台接地的完整和正常，包括工装设备也要有完好的接地。 以下图是一些公司的防静电工作台的常用接地方法,53,工装夹具,在工作场地或流水线上的工装夹具，也要保证接地 确保接地的完好,54,设备 物料,确保设备的接地 物料运输过程中，采用防静电包装,55,设计阶段即要考虑防静电措施,为了在电子产品制造中尽量少的产生静电，控制静电荷积聚，对已经存在的静电积聚迅速消除掉，即时释放，应从厂房设计、设备安装、操作、管理制度等方面采取有效措施。,56,现场的工艺控制,生产设备必须接地良好 防静电要求设置防静电区域，并有明显的防静电警示标志 : 定期测量地面、桌面、周转箱等表面电阻值 静电安全区（点）的工作台上禁止放置非生产物品 工作人员进入防静电区域，需放电。操作人员进行操作时，必须穿防静电工作服、鞋 操作时要戴防静电腕带，每天测量腕带是否有效 测试SSD时应从包装盒、管、盘中取一块，测一块，放一块，不要堆在桌子上。经测试不合格器件应退库 加电测试时必须遵循加电和去电顺序。加电顺序：低电压高 电压信号电压的顺序进行。去电顺序与此相反。同时注意电 源极性不可颠倒，电源电压不得超过额定值 检验人员应熟悉SSD的型号、品种、测试知识，了解静电保护 的基本知识,57,防静电设备产品的分类及技术原理,在工作中，防静电设备很多，在每个环节都可用到，而且其作用范围不一，效果也不一样，使用的领域也不一样，在电子工业我们大家比较熟悉，就可按以下分许多类。 按使用阶段分：在工作前准备、预备、预防阶段 按工作原理分：采用静电正负电荷中和或接地泄放的 方法,58,ESD设备（一),基本的ESD设备（离子泄放技术） 单线路静电腕带 双线路静电腕带 放静电腕带监控系统 中级的ESD设备（离子中和技术） 交流静电消除器 高级的ESD设备（离子中和技术） 直流静电消除器（稳态直流）,59,ESD设备（二）,交流静电消除器 自感应式静电消除器 交流型静电消除器 工频高压 高频高压 直流静电消除器 稳态直流静电消除器 脉冲直流静电消除器 同位素静电消除器,60,ESD设备性能比较（一）,a-稳态直流静电消除器 b-感应式静电消除器 c-工频高压静电消除器 d-高频高压静电消除器 e-同位素静电消除器 f-脉冲直流静电消除器,61,ESD设备性能比较（二）,62,防静电接地电阻的技术要求,应该对防静电的一些基本要求或计算了解一些，接地电阻是一个很常见的题目，做工作中常遇到。 要求腕带放电速度与人体上产生静电荷的速度相同，不要因为静电积聚形成高电位。因此要求防静电腕带接地电阻必须保证操作者在任何情况下（包括移动时）人体电位都能在0.1s内降至100V以下。通过公式Ut=U0e-t/RC计算得到结论： 腕带接地电阻应在105108之间。为了获得最佳静电安全和对人体保护，腕带接地电阻取1M,63,防静电技术要求的参数计算,防静电过程中通过人体安全电流和上限和下限电阻的计算 导体上的静电可以用接地的方法使静电泄漏到大地。,64,预防静电危害的产品,目前，常用到的就是防静电门禁系统，该系统包括：身份确认、静电检测、门禁放行等过程，主要作用就是在工作人进入工作区域前，确保防静电和接地措施的完好。 防静电门禁检测系统工作原理,65,预防静电危害的产品,防静电门禁检测系统工作原理, 就是检测人体接地电阻的大小: 通常 R1M , 1 M R 10M ( OR 35M) 10M 人体放电通路检测记录器,66,预防静电危害的产品,防静电门禁检测系统工作原理, 就是检测人体接地电阻的大小: 通常 R1M , 1 M R 10M ( OR 35M) 10M 人体放电通路检测器,67,预防静电危害的产品,防静电门禁检测系统工作原理, 就是检测人体接地电阻的大小: 通常 R1M , 1 M R 10M ( OR 35M) 10M I D 键盘,68,消除静电危害的产品 IONIZTION,比较常用的就是静电消除器（离子风机）系列，在工厂的各个环节都可使用，随时消除各个工序产生的静电，特别是非导体的生产线和机壳，PCB等，例如在插件，贴片。波峰焊后都可能产生静电，为了下到工序的正常，就要把它去掉，没办法接地泄放，只有通过静电消除器（离子风机）系列来中和它。 静电消除器（离子风机）系统工作原理： 就是利用高压电离空气分子，产生正负离子，通过正负离子来中和非导体上的静电荷；但正负离子发生量的多寡 是不一样的，有多种方式来实现,69,空气电离化,将中性的空气分子电离成带正电或负电的离子 常见方法 Alpha辐射法（钸210） 高压放电法 X射线法碰撞法,70,高压放电法（一）,99.9%纯钨,71,高压放电法（二）,交流式（AC）高压尖端放电 离子重结合率高，故需强风吹送 针尖附近产生EMI 稳态直流式高压尖端放电（Steady-State DC） 离子重结合率低 易产生离子团 脉冲（pulsed DC）直流高压尖端放电 离子重结合率不高，不需强风吹送 出现周期性偏移电位，调校不易 不易自动平衡,72,交流式高压尖端放电,需高速输送离子 HVAC 极性变换： 每秒100/120次 - - - - - + - - - - - - - - - - - + -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+- 快速的极性改变造成正负离子易于再度结合,73,稳态直流式高压尖端放电,HV+ HV- HV+ HV- + - + - + - - - - + - - - - + - - - - - - - + - - - - - - - - +-+-+- - - - +-+-+-+-+- - - - - - - - -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ 直流电可产生稳定的正、负离子云,74,脉冲直流式高压尖端放电,HV+ HV- + + - - - - - - - - - - - - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 全区布满团状的正、负离子云,75,离子化系统的使用方式（一）,按使用环境不同而采用不同离子风扇 使用环境可分： 房间式离子化 工作台离子化 工作区表面离子化 特定点离子化,76,离子化系统的使用方式（二）,房间式离子化 可以混合使用各种离子化系统 须配合考虑天花板的高度与空气流向 工作台离子化 适用于控制微尘污染的工作区域 可以混合使用各种离子化系统，尤其是离子风扇 工作区表面离子化 依区域 表面大小与所需风量而决定适用离子化系统 特定点离子化 范围较小或有限定,77,离子化系统的选择（一）,选择适用的离子化系统，确定合适的规格，应考虑： 静电问题的本质 产品对静电的敏感度 使用的环境 离子化系统的使用特性 常见的选择项目 电荷中和、操作、环境考虑、成本、安装方式,78,离子化系统的选择（二）,电荷中和 中和时间、平衡度、产品敏感性、静电的解决方法 操作 维修要求、可靠性、设备检修、臭氧/EMI/微尘释放 安装考量 安规、电源分配与控制，是否须浓缩气体、扩展性、净房相容性 环境考量 气流、体积大小 成本 仪器成本、安装成本、操作与维护成本,79,离子化系统的选择（三）,实际上，离子风扇应具备的如下特点： 当正负离子不平衡超出范围时，应立刻自动发出警告 离子风扇本身应会自我监测离子不平衡度 放射针端的组成及接头材质应为低污染性 清洁和校验的步骤应简易明了 应有配合性高且专业的人员为您提供教育训练与售后服务,80,离子化系统的安装,一般考虑 须符合相关安全法规，如NEC、NFPA、UL 应先妥善设计、不可干扰现行生产活动 空气流量考虑 以充分供应所需离子为主 分区及修改的弹性 监测及回收控制 有效的监测可以降低维修次数,81,离子化系统的测试(一),可参考之工业标准:美规ESD STM3.1 或国际标准IEC15D/47/CD-1995 测量离子风扇的效能（Performance Testing） 静电消除效能：离子量够吗？能够平衡吗？ 静电消除时间合格吗? 现场测试 使用充电板监视器或选适当的工具与方法 确认制造过程有否改善？是否消除或减少静电问题？ 收集并分析统计资料 检查产品良率、粉尘数或当机时间,82,离子化系统的测试（二）,合格与验收测试(Qualification&Acceptance) 建立一组测试内容 标准化的测试仪器 定期性的验证测试(Verification) 测试周期依需要而异，除排订维修时程外也须每季、每半年或每年重新验证一次 离子平衡与静电消除时间 详细记录测试条件、位置与结果,83,离子化系统的测试（三）,台式离子风扇中和时间及离子平衡标准测试法：俯视图,84,离子化系统的测试（四）,台式离子风扇中和时间和离子平衡标准测试法,85,离子化系统的维护与清洁(一),须建立合适的(routine)维护规程 高压尖端放电式 针尖须定期清洁或更换 定期检查离子平衡度及离子消除时间 校验,86,离子化系统的维护与清洁（二）,核子式 测试有无辐射泄露 定期检查离子平衡度及离子消除时间 核料回收及更新 X光式 X光管换新 定期检查离子平衡度及离子消除时间,87,其他重要的考虑因素,温度、湿度、防静电液或化学喷剂（污染） 氧化/腐蚀、易燃、易爆环境 安全性考虑 避免接触高压针尖 针尖须装限流电阻 核子及X光式离子系统须遵守相关安全管制规定 EMI、臭氧及微尘释放的顾虑 OSHA规定安全臭氧量：8小时内0.1ppm,88,工作过程中防止静电危害的产品 MONITOR,工作过程中，除了产品、生产线上的静电外，还有工作人本身和工作台上的静电了，我们知道在人的动作过程中随时会产生静电，那么怎么来保证进门之前的防静电措施的完好可靠呢，只有随时监控接地系统了，它能实时监控工作人、台面、夹具接地的完好。 防静电接地监控系列工作原理: 通过电路来监测人体与接地间的电阻、电容、电压等物理量的变化，以此来判断工作人接地是否正常？一旦出现变化，CPU会自动判断，并发出报警；同时通讯传给计算机,在终端上有所显示,89,连续实时监控设备 MONITOR,连续的 接 地 电 阻 闭 环 监 测 技 术 高、 低 阻 全 缺 陷 检 测 可 同 时 监 控 二 个 手 腕 带 和 二 个 工 作 台 面 安 装 快 捷 方 便。,90,连续实时监控设备的分类 MONITOR,ESD腕带监测器 ESD脚带监测器,Connected Devices,实时数据采集,单回路 双回路,91,连续实时监控设备的分类 MONITOR,Capacitive Monitor(电容式) 测量通过人体到地的电流,Advantages (优点) 采用单回路, 便宜,Problems (问题) 1. 测量不准确, 腕带套在袖子外,仍显示对地接通 2. 系统需要校准, 因每个使用者的电容值的差异,92,连续实时监控设备的分类 MONITOR,Voltage Monitor(电压) 采用双回路, 一路将使用者接地, 另一路用于检测使用者所带电压,Advantages(优点) 使用者自身电压值超过设定值, 系统会报警,Problems 如果使用者带电值低于设定电压, 而接地线断开, 系统不报警. 问题, 报警发生在接地通路断开后.,93,连续实时监控设备的分类 MONITOR,Resistive Monitor(电阻回路式) 采用双回路,将使用者用双回路接地, 同时连续监测对地电阻,Advantages(优点) 1. 任何对地回路开路, 系统报警, 因 此同时双回路对地开路的机会很小,即便 系统报警, 使用者仍然有对地的连接通路 2. 如人体对地电阻低于2M, 高于10 或 35M,系统报警,Problems(问题) 无,94,简单介绍元器件防静电