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ESD防护培训 完全版 第一章 静电科学和防御意识 静电破坏防御的重要性 静电科学 静电在电子业中的破坏模式 静电破坏防御的基本要求 一些不正确的观念 静电破坏防御原理 日常生活和工作中的静电 干燥的季节 人与人之间的接触塑料尺吸引小纸片脱毛衣辟啪闪光电脑显示器沾满灰尘 不易清除塑料糖纸吸在玻璃窗上静电除尘 静电喷漆 静电分选 复印与电摄影 静电生物效应 静电起电 静电助燃等等 什么是静电 静电 静止未流动的电荷 能够长时间停留在某些物料上 静电放电 当两个带不同静电电位的物件相互接近到某程度或接触时 静电从一个物件突然流放到另一物件上的现象 静电荷的基本单位 库伦Coulomb C ESD是代表英文ElectroStaticDischarge即 静电放电 的意思 ESD以极高的强度很迅速地发生 通常将产生足够的热量熔化半导体芯片的内部电路 在电子显微镜下外表象向外吹出的小子弹孔 引起即时的和不可逆转的损坏 电荷的一些特性 电荷不能够被生产或消灭 只能够被转移 一块布料和一片塑胶的摩擦可以促使百万亿电荷的转移 电荷的相互影响 同性相斥 异性相吸 这也是造成电子流动的基础 静电发生的原理 失去电子后带 电子 得到电子后带 电子 物质A 物质B 所有物体是由带 电电子和带 电电子构成 静电发生在导体或半导体等所有物体上 静电的 产生 静电的产生有四个途径 1 接触分离 最常见的 摩擦 2 电感应 3 电容效应 电容效应只增加静电破坏的风险程度 并没有改变电荷量 4 压电效应 静电的 产生 摩擦 生电 主要来源 接触 摩擦 压力 或 分离 静电不是由摩擦产生的 许多物料的表面都不够平整或具备足够的柔性 来达 摩擦过程增加接触面 接触产生静电 片状物和粘带具备良好的接触条件 所以较容易产生 摩擦和接触生电 到接触 分离所需要产生静电的程度 静电 除了增加接触面 摩擦也同时增加分离速度 摩擦 接触面积增大 两个物体摩擦时发生热产生静电 静电由于接触的程度或表面的均匀度 接触压力 磨力 分离速度等不同而电荷量不同 要点 两个物体互相接触后分开时易发生静电 静电是我们周围常见到的现象 液体的静电 流动生电 高阻抗液体 即使是流体也能产生静电 喷射生电 任何液体 气体的静电 纯净的气体不会生静电 移动气体分子所需要的能量远低于足以产生静电所需的能量 气体的生电情况是基于气体中的杂物 经过高度过滤的气体测试显示无静电现象 如果需要防静电 使用良好过滤的气体 或电离气体 气体喷射时喷射粒子和孔之间发生摩擦而产生静电 光线与材料的表面反应留下正电荷 紫外线 太阳线 照射电子产品时间过长易产生静电 光电子带电 材料 包括材料的相对性 接触力 分离速度 环境湿度 接触面积和表面粗糙情况 静电量 决定静电量的主要因素 在干燥和快速移动活动中使用不当的材料容易产生高静电和增加静电破坏风险 空气人类的手锡面动物的毛玻璃头发晴纶羊毛毛皮铝绸子纸棉木材铁铜银金硫磺PVC 塑料 该序列是按带电量多少由正到负排序 最上是带 电子最多 依次减弱至最下为带 电子最多 要点 静电序列表 例子 注 表中距离越远者 产生的电量越大 空气中的水气增加空气的导电性 因此减少静电的产生或累积 湿度的考虑 相对湿度越高越好 60 高湿度对于一些考虑 例如腐蚀 污染 不利 折中湿度要求40 60 低于30 的湿度对于class1防御要求十分困难 干燥而带杂质的空气 在高速流动下 如清洁工艺 也容易产生静电 30 是防静电的下限要求 试验观察到 中和电流 在 30 左右出现 70 是常用的上限 基于污染冷凝等考虑 ESD控制的推荐40 60 R H 范围 美国军标MIL STD 1695推荐30 70 R H 什么湿度适合 湿度不应该作为主要的ESD控制手段 只能作为后备的 安全网 湿度的作用类似离子风机 但效率较低 而且湿度控制的成本也可能十分可观 重要的观念 什么湿度适合 典型的静电量 拆除PCBA的非防静电气泡包装 Relativehumidity 10 40 55 26KV 20KV 7KV 走过毛地毯 35KV 15KV 7 5KV 工作台上的一般移动 6KV 800V 400V 从工作台上拾取塑胶袋 20KV 3KV 1 2KV 一切活动都可能产生静电 即使在高达90 湿度下 大量的静电还是可能产生 不戴静电环在作业台上作业 800 1000V 生产线上常见的静电源 工作台 漆 腊面 塑胶和乙烯树脂等 地板 表面处理木料 腊面 乙烯树脂等 椅子 玻璃纤维 塑胶 表面处理木料等 工作人员 衣物 头发 鞋子 手套等 包装 塑胶袋 气泡包装 海绵 盒子等 组装 塑胶工具 喷射式清洁剂 吸锡工具 电烙铁 刷子 热风枪 吸尘机 CRTs等 静电是否有危害 电荷如果保持在 静止 状态下是安全的 ESD则可能具巨大破坏性 闪电现象 云内部的流动造成电子的脱离 强大的电场使附近的空气离子化 异性相吸 离子流动组成导电通道 快速放电形成 放电速度 决定静电放电速度的主要因素 放电途径的导电性 放电环境的相对湿度 材料的表面湿度 静电荷的自然中和速度 静电的破坏 ESD有巨大的能量和破坏性 这是沙吗 ESD造成的破坏 半导体是最容易受到静电破坏的器件 Oxide击穿 界面过热烧损 金属熔化 常见的破坏有 以上的混合模式 OpenBondWire MeltedMetallization ESD造成的破坏 缺乏管制意识的主要原因 1 人体能感觉出静电存在的水平为2 000 4 000volts 但 敏感器件只须 100volts便能被损坏 大部分 1 000volts 2 大部分的静电破坏是潜在的 并不能够被马上识别出 3 静电破坏现象有较差的重复性 并且不容易模拟 4 找出静电破坏的证据和根源一般相当不容易 而且成本可 5 缺乏培训和对问题的重视 ESD破坏常被误判为EOS损坏 能很高 静电和人体感觉 感觉到 2000 4000volts 听到 4000 5000volts 见到 5000volts 和电子器件相比之下 我们敏感性极差 100votls的静电放电就足以损坏某些电子器件 ESD破坏 有三种途径可以对ESDS器件造成破坏 1 对ESDS器件直接放电 2 从ESDS器件对外放电 3 间接对ESDS器件放电 也被称为EMI感应破坏 绝缘体和导体 绝缘体是个问题 因为静电可以产生和累积其上 而 导体也可能是个问题 因为导体造成快速的放电 最终造成电晕放电或电感破坏现象 ESD破坏种类 严重损坏 例如 金属熔化 短路等 完全失去功能 潜在损坏 局部损坏 部分功能退化 部分功能退化 使用中继续退化 直到完全失效 看个别使用情况而定 局部损坏可能进一步变成潜在损坏 暂时失效 数据电路中的功能受到干扰或Data遗失 ESD破坏种类比例 严重损坏10 潜在损坏60 局部损坏30 应该关注潜在损坏的情况 电子业界预计 潜在损坏的特性 潜在损坏的破坏力强大 发现和证明都有一定难度 无法及时发现 很难和成因挂钩 维修和处理成本较高 较难推动成因改正工作 通过良好的掌握ESD知识来降低其破坏性 占所有损坏的主要成分 ESD破坏模式 1 人体模式HumanBodyModel HBM 3 带电器件模式ChargedDeviceModel CDM 2 机器模式MachineModel MM 对器件放电 从器件放电 3种常见的破坏模式 不同的模式需要不同的对策 有关ESD的错误观念 只有MOS类的半导体容易受损 只有未经组装的器件容易受损 只有低湿度环境会产生静电 在动ESDS器件前先触摸接地点的做法足够避免ESD破坏 PCBA测试结果能够监督评估静电防御工作 只要我们注意使用防静电腕带和对工作台接地 我们应该 可以避免ESD破坏 金属是防静电材料 因此不会产生静电 静电都是由摩擦而生的 只要我们使用注明 防静电材料 的包装 我们就安全 在 防静电 包装中的PCBA是一定安全的 导电 conductive 或传电 dissipative 材料是防静电 ESD破坏只通过接触ESDS器件 只要确保不接触就能 Antistatic性能是永久性的 有关ESD的错误观念 antistatic 材料 确保ESDS器件安全 ESD控制基本要求 ESD控制原理 控制技术 控制原理 ESD控制依据 1 学习足够的静电和静电防御知识 2 设计一个详细和完整的推行 管理项目 包括技术需求 培训 推行计划等等 3 指定EPAs 根据需求选择控制方法 材料 工具 4 经常执行审计 运作与产品质量FA 5 参考审计结果进行必要改善 控制技术依据 4项基本技术依据 1 制止静电的产生 2 通过设计在产品中置入保护 3 消除产生的静电 4 控制放电的途径和速度 2 接地放电控制 3 隔离 屏蔽控制 6 电离中和控制 5 等电位控制 4 电容阻隔控制 控制技术原理 1 Anti Static无静电控制 AntiStatic无静电控制做法 1 评估同一EPA中所使用材料的 无 2 选择导电性较高的材料 3 处理绝缘物料 增加其表面 导电性 为什么使用 地 地 是良好的导体和电荷载体 地 的体积和容量巨大 任何吸收 的电荷量都不会改变其电位 方便 到处可得 接地保护 控制原理 提供放电途径 使带电物件通过放电和受保护物件达到相同电位 控制条件 接地的物件必须有足够的导电性 1012 注意事项 放电速度必须得到控制 不能太快或太慢 105 R 109 为佳 所有物件都必须连接到同一点 至少在同一EPA中必须如此 必须照顾到人体安全性 接地控制做法 1 所有导体必须接到同一 2 所有工作人员必须接地 不间断的接地 3 在处理或动ESDS器件之前 必须先做好所有接地装置 隔离 屏蔽保护做法 2 使用具有屏蔽功能的包装或 盒子来运送ESDS器件 本控制技术不单独使用 必须配合接地和离子中和方法 1 使所有静电源远离EPA或ESDS 器件工作区 1米 1英尺 操作注意事项 尽量减少手工操作和接触ESDS件 让ESDS器件保持在原包装中 直到组装或使用 在接触ESDS件之前接地放电 将所有工作范围内的物件 包括桌面 盒子 推车 工具 等进行接地 然后才开始工作 运送ESDS件时使用有足够静电保护的包装 以下的做法能够协助您减少静电破坏 在从包装中取出ESDS件前先触摸包装本身 在EPA范围内尽量清除所有静电源 将所有的电子器件以ESDS件看待 在只有设置防静电保护措施的工作台处理ESDS件 避免使ESDS件在任何表面上推动摩擦 工作中任何时候都保持人员的接地措施 如带好腕带等 如果没有使用防静电工作服 一般衣物必须有足够的距离 只以PCBA的边缘握板 操作注意事项 第二章 防静电器材 防静电材料的特性 包装材料 储存和运输材料 人体接地材料 台垫 地板 工衣 手套 手指套 工作台 运货推车 离子风机 防静电材料 3个最关心的材料特性 1 产生静电的速度 要求慢 2 放电 传电的速度 要求适中 3 屏蔽或隔离静电的能力 要求高 我们需要合成材料来同时获得这些特性 器件包装材料 ESD泡沫海绵 防静电涂剂 常用的防静电包装材料 ESD袋 包装纸 盒子 盘 PCB架 防静电泡沫海绵 以单一材料制成 有各种不同的柔软性 不同密度 提供导电等电位的保护 储存时 当和接地工作台接触时 把静电 引导向地电位 103 1010 cm 软垫和海绵包装 Conductivecardboard plastic 常用防静电工具 防静电腕带 防静电鞋 鞋跟带 地板 工作台 推车 工衣 手套 手指套 袖套 工具 刷子 离子风机 防静电帘 防静电腕带 防静电的最重要工具之一 人体有很好的导电性 可以通过 导电腕带把产生的静电释放 腕带必须持续佩戴 提供持续的 放电工作 腕带必须和人体皮肤接触 不能佩戴在手套或衣服袖子上 人体安全指标 0 5mA 内置1M 电阻 120V应用下的最大电流 0 12mA 240V应用下的最大电流 0 24mA 不适用于高压工作 外部绝缘性较高 注意同时使用防静电鞋会降低安全工作电压的极限 1M 35M 提供足够的空间来应付可能因腕带接触不良或系统接地电阻变高等问题 防静电腕带 防静电腕带的种类 金属腕带 可调织网式 Velcro腕带 伸缩性织网式 使用于需要经常走动的情况 提供人体和地板间的导电途径 必须和导电地板同时使用 双脚都应该佩戴 常用电阻值1M 2M 防静电鞋带 防静电鞋子 市场上有大范围的电阻特性供选择 103 108 cm 没有断带和接触不良的风险 和鞋带比较有较大较好的接触面 成本较高 Note 当使用小于105 cm时注意安全 同样必须注意袜子导电性 防静电地板 防静电地面 防静电地面涂层 防静电地毯 防静电地砖 Garment 防静电工衣 防静电工衣 这工作台的措施足够吗 您还应该处理可能存在衣服上的静电 防静电工衣的主要特性 放电时间 丝线和接口设计 耐用性 耐清洗 容易清洗 清洗的方法 允许重复清洗次数 清洗剂要求 放电或电阻分布均匀 Anti static性能 清洗要求的例子 必须经常清洗以保持导电性能 液态清洁剂较固体清洁剂安全 只能用冷或稍温的水清洗 自然风干或吹干 不能烫 避免使用大型工业洗衣机 绝对不能漂白 只能用无离子清洁剂 能适应 75次的清洗 向您的供应商仔细了解实际需求 Table FloorMats 桌垫 地垫 防静电桌垫 地毯 通过放电协助保持EPA中各点在同一电位上 基本要求 导电性能 单一共同点的接地装置 覆盖足够的面积 所有和 ESDS件以及其包装有机会 接触的地方都应该覆盖 双层材料种类 防静电桌垫 地毯 防静电垫的接地 所有防静电垫都必须接地 可接地点 垫的部分 接地电线 接EPA中的 共同地 点 人体或其他接地的需求 防静电垫的保养 经常勤清洗 污染会降低垫的防静电能力 专用的清洁剂 使用较中性或供应商推荐的清洁剂 Glove FingerCotsetc 手套 手指套 手套 单一材料或织导电丝线 手指套 单一材料 103 1010 sq 103 1011 sq 有些提供接地设置 防静电手套和手指套 防静电工作台 全采用导电材料制成 不需要桌垫 除非需要软垫 层压式 3种常见 单一材料 环氧树脂涂层 防静电推车 运送ESDS部件或半制成品 金属材料居多 也有Dissipative 应该提供人体或其他物件的接地方便 通过导电车轮或 拖链和导电地板接触放电 第三章 静电测试和测试仪器 常用的测量仪器 测量应用例子 常用的测量工具 万用电表 腕带测试表 鞋子 鞋带测试表 综合测试表 人体接地电阻监控系统 表面电阻表 RTG表 M 表 接地回路表GroundCircuitTester 静电场强表 实时静电监测系统 ChargePlateMonitor ESD模拟机 静电枪 FaradayCup Nano coulomb表 人体静电表 ESD分析仪 其他专用仪器 e g IC管测试器 防静电椅测试器等 温湿度计 常用的测量工具 万用电表 许多防静电测试都涉及两点间电阻的测量 例如接地电阻 材料电阻等 万用表对R 107 导体 范围电阻的测量十分方便经济 使用例子 某点的接地情况测量 导体 材料电阻特性认证 接线电阻测量 确认 漏电电压 电流测量 防静电腕带测试器 WristStrapChecker LED 蜂鸣器警报方便操作 测量腕带的电阻或腕带连人体的综合 系统电阻 腕带在测试时应该有轻拉动 等动作 以测出不良接触等不明显问题 综合腕带 鞋子测试器 把整体人体接地系统电阻 包括腕带 鞋子或鞋带 人体 综合起来测试 生产工序测试管理项目 NG卷袖 指套 GOOD 公司静电防护用品 防静电周转盒 防静电布鞋 防静电腕带 防静电袋 公司静电防护用品