静电基础知识

1、ESD入入门门相相关关培培训训制造制造Test科科BOE Copyright 2008Company Confidential第一章第一章 静电基本概念静电基本概念 1.1 1.1 静电的定义与不同类型的电静电的定义与不同类型的电 1.2 1.2 静电的产生静电的产生 1.3 1.3 静电场静电场 1.4 1.4 静电屏蔽、导静电、静电耗散、静电绝缘静电屏蔽、导静电、静电耗散、静电绝缘 材料的划分材料的划分 1.5 1.5 摩擦分离起电的极性排列与难起静电材料摩擦分离起电的极性排列与难起静电材料 1.6 1.6 静电感应与静电屏蔽静电感应与静电屏蔽第二章第二章 电子工业中的静电问题电子工业中的

2、静电问题 2.1 2.1 静电效应与静电对微电子制造业的危害静电效应与静电对微电子制造业的危害 2.2 2.2 静电放电敏感器件静电放电敏感器件 2.3 2.3 电子工业静电损害事例及统计电子工业静电损害事例及统计 2.4 2.4 电子生产、使用环境中的静电源与静电防护场所电子生产、使用环境中的静电源与静电防护场所第三章第三章 静电防护原理静电防护原理 3.1 3.1 静电耗散及泄漏静电耗散及泄漏 3.2 3.2 静电中和静电中和 3.3 3.3 静电屏蔽与接地静电屏蔽与接地 3.4 3.4 环境增湿环境增湿 3.5 3.5 电子产品电子产品ESDESD的防护设计的防护设计第四章第四章 防静电

3、工作区防静电工作区(EPA)(EPA)的构成和技术要求的构成和技术要求 4.1 EPA4.1 EPA的构成的构成 4.2 EPA4.2 EPA内的接地与防雷内的接地与防雷第五章第五章 EPAEPA的防静电工艺与质量管理的防静电工艺与质量管理 5.1 EPA5.1 EPA的防静电工艺及要求的防静电工艺及要求 5.2 EPA5.2 EPA的质量管理与企业的质量管理与企业ESDESD防护培训防护培训 第第六章六章 EPAEPA防静电系统的检验防静电系统的检验 6.1 6.1 电阻的测试与电阻率的计算电阻的测试与电阻率的计算 6.2 6.2 静电电压衰减时间的测试静电电压衰减时间的测试 6.3 6.3

4、 静电屏蔽性能的检验静电屏蔽性能的检验 6.4 6.4 摩擦起电电压与摩擦起电电压与EPAEPA系统静电电位测试系统静电电位测试 6.5 6.5 静电电量测试与计算静电电量测试与计算 6.6 6.6 各类防静电产品、工程的测试和时效检验各类防静电产品、工程的测试和时效检验第七章第七章 静电放电模型与器件、设备静电放电模型与器件、设备ESDESD敏感度测试敏感度测试 7.1 7.1 静电放电模型与静电放电模型与ESDESD敏感度测试敏感度测试 7.2 7.2 静电放电模拟简介静电放电模拟简介BOE Copyright 2008Company Confidential- 静电静电(Electros

5、tatic，static electricity) 通俗地来说，静电就是静止不动的电荷。它一般存在于通俗地来说，静电就是静止不动的电荷。它一般存在于 物体的表面。是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果。静电是通过电子或离子转移而形成的。物体的表面。是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果。静电是通过电子或离子转移而形成的。 静电可由物质的接触和分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。静电可由物质的接触和分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。 静电的定义静电的定义静电的产生与静电效应静电的产生与静电效应通常任何物体所带有的正负电荷是等量的，当与其他物体摩擦、接触，

6、并由于机械作用分分离时，因两种通常任何物体所带有的正负电荷是等量的，当与其他物体摩擦、接触，并由于机械作用分分离时，因两种物体摩擦物体摩擦起点序列不同，在一种物体上积聚正电荷，另种物体则积聚负电荷，在各物体上产生静电，并在外部形成起点序列不同，在一种物体上积聚正电荷，另种物体则积聚负电荷，在各物体上产生静电，并在外部形成静电场。静电场。起电方式：物体相互摩擦，电效应，压电效应，导体（或电介质）的静电感应。起电方式：物体相互摩擦，电效应，压电效应，导体（或电介质）的静电感应。静电荷所产生的静电场对电子工业影响最大的三种物理效应：静电荷所产生的静电场对电子工业影响最大的三种物理效应： 1）静电荷产

7、生的电场力）静电荷产生的电场力 2）静电放电（）静电放电（ESD） 3）静电感应）静电感应静电场静电场 (Electro-Static Field) - 不同静电电位的静电充电表面和另一个表面之间的电压变化不同静电电位的静电充电表面和另一个表面之间的电压变化。BOE Copyright 2008Company Confidential接地材料接地材料 (Grounded Material) - 像地面一样能吸收多量静电的像地面一样能吸收多量静电的System或材料。或材料。绝缘绝缘材料（材料（Insulative Materials）-是表面电阻大于是表面电阻大于1012/sq的材料。的材料。

8、 抗抗静电静电材料（材料（Anti-Static Material）- 是表面是表面电电阻阻109 R 1012/sq的材料。在物的材料。在物质质本身或本身或与与其他物其他物质质分离分离时时具有抑制微少具有抑制微少量量静电静电和和 摩擦摩擦电电子的特性。用于普通材料的子的特性。用于普通材料的Tube、样样品的包装箱、作品的包装箱、作业场业场所的塑料所的塑料帘儿帘儿。导电导电材料（材料（Conductive Materials）-是表面是表面电电阻低于阻低于106/sq的材料。的材料。导电导电材料材料并并非一定是防非一定是防静电静电材料，主要用于材料，主要用于产产品托品托盘盘、搬、搬运运BOX、

9、 保管箱等。保管箱等。除除静电静电材料（材料（Static Dissipative Materials）- 是表面是表面电电阻阻106 R 109/sq的材料。此材料用于除的材料。此材料用于除静电静电用地板用地板MAT或作或作业业台台MAT.BOE Copyright 2008Company Confidential静电感应静电感应静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生的静电场屏蔽、某些对静电极敏感电路的屏蔽，从而避免静电场静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生的静电场屏蔽、某些对静电极敏感电路的屏蔽，从而避免静电场对对ESDSESDS器件和器件和ESDSESDS组件的感应和静电放电产生的宽频带干

10、扰。组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体来实现的。屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体来实现的。只有将静电屏蔽体接地才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄漏，使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。只有将静电屏蔽体接地才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄漏，使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。静电屏蔽和接地静电屏蔽和接地BOE Copyright 2008Company Confidential静电对电子生产制造业的危害静电对电子生产制造业的危害1 1）吸附尘埃）吸附尘埃2 2）静电放电）静电放电3 3）静电感应）静电感应静电放电敏感器件静电放电敏感器件静电放电敏感器件：静

11、电放电敏感器件：ESDS器件或器件或SSD器件。器件。美国军方建立人体试验模型对电子元器件进行敏感分级。美国军方建立人体试验模型对电子元器件进行敏感分级。我国军用标准我国军用标准GJB1649-1993静电放电敏感器件分级：静电放电敏感器件分级：1级：敏感电压范围级：敏感电压范围01999V；2级：敏感电压范围级：敏感电压范围20003999V；3级：敏感电压范围：级：敏感电压范围：400015999VBOE Copyright 2008Company ConfidentialBOE Copyright 2008Company Confidential电子生产使用环境中的静电源电子生产使用环境

12、中的静电源1 1）工作服）工作服2 2）工作鞋）工作鞋3 3）树脂、浸漆封装表面）树脂、浸漆封装表面4 4）各种包装和容器）各种包装和容器5 5）终端台、工作台）终端台、工作台6 6）各种绝缘地面）各种绝缘地面7 7）温箱）温箱8 8）CO2CO2低温箱低温箱9 9）空气压缩机）空气压缩机1010）某些电子生产设备）某些电子生产设备BOE Copyright 2008Company ConfidentialBOE Copyright 2008Company Confidential 静电耗散与接地静电耗散与接地静电迅速耗散是防止静电危害行之有效的方法。静电迅速耗散是防止静电危害行之有效的方法。

13、静电耗散是通过替换电子生产过程中接触到的各类绝缘物制备的用具（包括各种工装夹具和制品）而改用静电耗散是通过替换电子生产过程中接触到的各类绝缘物制备的用具（包括各种工装夹具和制品）而改用防静电材防静电材料制备并使之接地来完成的。料制备并使之接地来完成的。目前国际和国内对静电耗散和导静电材料划分是以国际电工委员目前国际和国内对静电耗散和导静电材料划分是以国际电工委员IEC1340-4-1规定为基准：规定为基准：表面电阻、体积电阻等于或低于表面电阻、体积电阻等于或低于1106欧姆的材料为导静电材料；欧姆的材料为导静电材料；11061109欧欧姆姆的材料为静电耗散材的材料为静电耗散材料。料。 静电中和

14、静电中和静电中和是消除静电的重要措施之一。在某些场合，当不便使用静电中和是消除静电的重要措施之一。在某些场合，当不便使用ESD防护材料时，或必须将某些高绝缘易防护材料时，或必须将某些高绝缘易产生静电产生静电用品存放在工作台或工艺线上时，为了保证产品质量就必须对操作环境采取静电中和措施。用品存放在工作台或工艺线上时，为了保证产品质量就必须对操作环境采取静电中和措施。主要借助离子消除器或感应式静电刷来实现的。主要借助离子消除器或感应式静电刷来实现的。静电中和原理：将正负离子与静电源上的正负电荷中和，从而消除静电源上积累的静电。静电中和原理：将正负离子与静电源上的正负电荷中和，从而消除静电源上积累的

15、静电。 静电屏蔽和接地静电屏蔽和接地静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生的静电场屏蔽、某些对静电极敏感电路的屏蔽，从而避免静电场静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生的静电场屏蔽、某些对静电极敏感电路的屏蔽，从而避免静电场对对ESDS器器件和件和ESDS组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体来实现的。屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体来实现的。只有将静电屏蔽体接地才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄漏，使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。只有将静电屏蔽体接地才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄漏，使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。

16、BOE Copyright 2008Company Confidential 增湿增湿湿度增加则非导体材料的表面电阻率降低，使物体积蓄的静电荷可以更快泄漏。湿度增加则非导体材料的表面电阻率降低，使物体积蓄的静电荷可以更快泄漏。- - 对于表面容易形成水膜的绝缘体如橡胶等，增湿是有效的；对于表面容易形成水膜的绝缘体如橡胶等，增湿是有效的；- - 对于表面不能形成水膜的材料如聚四氟乙烯等，增湿对消除静电是无效的；对于表面不能形成水膜的材料如聚四氟乙烯等，增湿对消除静电是无效的；- - 对于孤立（没有静电泄漏途径）的带静电绝缘体，增湿也是无效的。对于孤立（没有静电泄漏途径）的带静电绝缘体，增湿也是无

17、效的。为对静电达到最佳的控制，必须是湿度保持在为对静电达到最佳的控制，必须是湿度保持在60%70%60%70%以上。以上。 ESDS ESDS器件保护网络的设置器件保护网络的设置BOE Copyright 2008Company Confidential 防静电构成的基本要求防静电构成的基本要求1 1）硬件部分：人体静电防护用品、防静电物流传递用品、防静电地坪、防静电操作系统、防静电接地、）硬件部分：人体静电防护用品、防静电物流传递用品、防静电地坪、防静电操作系统、防静电接地、 环境控制系统、专用生产装联设备、特殊防静电用品、静电测量系统环境控制系统、专用生产装联设备、特殊防静电用品、静电测量

18、系统2 2）软件部分：培训大纲与人员培训、防静电工艺和设计文件、有关防静电专业标准、规章制度和操作规）软件部分：培训大纲与人员培训、防静电工艺和设计文件、有关防静电专业标准、规章制度和操作规 程、完整质量保证体系、各种防静电警示标志、贮存和运输要求程、完整质量保证体系、各种防静电警示标志、贮存和运输要求 防静电装备（产品）与防静电工作区防静电装备（产品）与防静电工作区1）防静电工作区（）防静电工作区（EPA）定义：配备各种防静电设备和器材、能限制静电电位，具有确定边界和专门标）定义：配备各种防静电设备和器材、能限制静电电位，具有确定边界和专门标记记 适于从适于从 事静电防护工作的场所。事静电防

19、护工作的场所。同时在工作区内任一指定空间所允许的对大地（接地）的静电电位值不超过同时在工作区内任一指定空间所允许的对大地（接地）的静电电位值不超过100V（A级），或者不超过级），或者不超过1000V（B级）级）2）防静电装备（用品）防静电装备（用品）防静电工作服/ 防静电鞋（导电鞋）/ 防静电腕带和脚带 / 防护指套 / 防静电袜子 / 工作帽 / 防静电包装（袋，周转箱，托盘，盒，泡沫填充物，发泡材料）/ 运转车，存放柜，传送带 / 防静电地坪 / 工作台，工作椅 / 防静电接地 / 环境控制系统 / 专用生产装联设备 / 电离静电消除器（电离器）/ 防静电剂3）防静电工作区（）防静电工作

20、区（EPA）构成注意事项）构成注意事项电子试验设备和工具的接地注意：EPA区域和工作台的设计和构造应该保证电子试验设备和电动工具内的所有外部、表面和屏蔽，在工作的全部时间内，都处于一公共地电位。工作台和其他防护用品的接地：工作台表面应该用ESD防护材料覆盖和接地。BOE Copyright 2008Company Confidential 防静电接地及与其他几种接地的关系防静电接地及与其他几种接地的关系1 1）保护接地）保护接地就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。加装保护接地装置 并且降低它的接地电阻是避免触电危险的有效措施。2 2）工作接地）工作接地将电离系统中的某一

21、点（通常是中性点）直接或经特殊设备（如消弧线圈、阻抗、电阻等）与大地作金属连接。工作接地主要是中性点接地，是系统运行的需要；降低人体的接触电阻；迅速切断故障设备；降低电气设备和电力线路的设计绝缘水平。3 3）重复接地）重复接地在有重复接地的抵押供电系统中，当发生接地短路时，能降低零线的对地电阻；当零线发生断路时，能使故障程度减轻。4 4）中性点、零点和中性线、零线）中性点、零点和中性线、零线5 5）防雷接地）防雷接地为把雷电流迅速导入大地以防止雷害为目的的接地叫做防雷接地。6 6）静电接地）静电接地将带静电物体或有可能产生静电的物体（非绝缘体）通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫静电接地。静

22、电接地电阻一般要求不大于10欧姆。BOE Copyright 2008Company ConfidentialEPAEPA的质量管理和防静电工艺的制定与执行，具有重要意义。在实际工作中重视不够或者予以忽略，的质量管理和防静电工艺的制定与执行，具有重要意义。在实际工作中重视不够或者予以忽略，同样会使静电防护工作效果不明显，甚至起不到作用。同样会使静电防护工作效果不明显，甚至起不到作用。 EPAEPA的防静电工艺及要求的防静电工艺及要求针对不同要求的岗位应选取不同的静电防护方法，实施不同的工艺要求。针对不同要求的岗位应选取不同的静电防护方法，实施不同的工艺要求。1 1）在固定生产作业线的区域内要装

23、统一的接地母线。）在固定生产作业线的区域内要装统一的接地母线。2 2）在整个作业线岗位铺设防静电地坪，并延伸至本区域入口处。）在整个作业线岗位铺设防静电地坪，并延伸至本区域入口处。3 3）有条件时，）有条件时，EPAEPA接地要设置接地监视器。接地要设置接地监视器。4 4）对于具有自动传送带式的流水作业线，传输线应统一接地，并使系统任何一点与接地线之间的静电）对于具有自动传送带式的流水作业线，传输线应统一接地，并使系统任何一点与接地线之间的静电 泄漏电阻小于泄漏电阻小于1010欧姆欧姆5 5）传输线上按作业岗位需要，设置统一的接地点，以便操作者随时连接腕带）传输线上按作业岗位需要，设置统一的接

24、地点，以便操作者随时连接腕带6 6）传输线上的工装板应为静电耗散型并与传输体接地，实现静电泄漏。）传输线上的工装板应为静电耗散型并与传输体接地，实现静电泄漏。7 7）EPAEPA的操作台是静电防护的核心部位之一，它除了包括防静电工作台和腕带、防静电椅、防静电工具外，的操作台是静电防护的核心部位之一，它除了包括防静电工作台和腕带、防静电椅、防静电工具外， 还应配有接地监视器，以使操作者随时了解接地系统的好坏，同时还应配置离子静电消除器。还应配有接地监视器，以使操作者随时了解接地系统的好坏，同时还应配置离子静电消除器。BOE Copyright 2008Company Confidential E

25、PAEPA的质量管理与企业的质量管理与企业ESDESD防护培训防护培训EPAEPA的质量管理主要内容和质保体系如下所述。的质量管理主要内容和质保体系如下所述。1 1）静电分析：）静电分析：静电分析是制订企业静电防护计划和进行静电防护工程设计的重要依据，静电分析包括 对产品进行的分析和对企业环境静电场的分析2 2）SSDSSD的静电防护性能设计：的静电防护性能设计：SSD防静电性能是整个产品性能的重要组成部分。产品设计过程中，凡涉及 到静电防护设计的技术文件、管理文件都要做出专门标记，规定技术要求，提出技术规范3 3）EPAEPA的管理要求：的管理要求： 工艺文件 标准化4 4）防静电工程设计和

26、管理：）防静电工程设计和管理： 通常根据生产环境分析资料和SSD的要求提出工程设计和验收方案 依据设计及标准要求，购买防静电工程材料，并分别列出分类清单和器材管理方案，并推荐和审核生产方案 工程按设计要求进行施工 工程的验收要带到规定要求5 5）企业职工对）企业职工对ESDESD的培训与考核的培训与考核 考核对象考核对象: : 新进厂工作的职工。 第一次接触与操作SSD的工序人员。 与SSD的有关采购、设计、 操作及管理人员。 可能进入EPA的仪器、设备、维修人员及其他人员凡参加培训的人员，凡参加培训的人员，都必须经考核，合格方可上岗。静电防护的培训内容，根据培训对象的不同而有所区别。都必须经

27、考核，合格方可上岗。静电防护的培训内容，根据培训对象的不同而有所区别。BOE Copyright 2008Company Confidential摩擦起电电压测试摩擦起电电压测试使用摩擦起电机摩擦起电，并利用非接触式静电电压测试摩擦起电电压。使用摩擦起电机摩擦起电，并利用非接触式静电电压测试摩擦起电电压。测试时，开动摩擦起电机使摩擦电机与被测物体摩擦，单向摩擦测试时，开动摩擦起电机使摩擦电机与被测物体摩擦，单向摩擦2020次（时间次（时间20s20s）电阻测试与计算电阻测试与计算1 1）点对点电阻和系统电阻测试）点对点电阻和系统电阻测试测试点对点电阻时，应将产品（材料）放置在绝缘台面上或以实际

28、使用状态放置。台面表面电阻、体积电测试点对点电阻时，应将产品（材料）放置在绝缘台面上或以实际使用状态放置。台面表面电阻、体积电阻分别大于阻分别大于101010101313 ，其几何尺寸大于被测材料，其几何尺寸大于被测材料10cm10cm。有关标准没提出时，电极之间距离。有关标准没提出时，电极之间距离300mm300mm。地。地面测试时，电极之间距离面测试时，电极之间距离900900至至1000mm1000mm。BOE Copyright 2008Company Confidential2）防静电接地电阻的测量3）表面电阻（率）和体积电阻（率）的测量和计算 体积电阻率的计算： 表面电阻率的计算：

29、静电电压衰减时间的测试静电电压衰减时间的测试静电电压衰减时间是指把样品放置在静电衰减测试仪充电极板上，并充于初始电压U，减少到较低电压水平U2时的时间。其测试范围在100V1000V （或5000V500V）之间。BOE Copyright 2008Company Confidential静电屏蔽性能的检测静电屏蔽性能的检测1）检测仪器：由一个放电器和一组电极构成2）样品（袋）的尺寸要求：不小于200*250mm3）测试要求：至少6个测样品在相对湿度123%（或503%）的环境中48小时，然后将电极放入袋中居中。静电电量测试与计算静电电量测试与计算1）测试设备：法拉第桶、滚筒摩擦机、静电电量表

30、（接触式静电电压表、电容器）。2）测试方法：3）静电电量计算： （1）绝缘体电量计算：Q=（C1+C2）U （2）静电面电和密度计算： （3）静电体电荷密度计算：BOE Copyright 2008Company Confidential各类防静电产品（材料）的测试各类防静电产品（材料）的测试1）腕带测试方法2）人体综合电阻测试3）防静电鞋电阻的测试方法BOE Copyright 2008Company Confidential4）手套、指套、帽、袜、鞋束和工具（刷）的测量方法5）防静电服装的测试方法BOE Copyright 2008Company Confidential6）集成电路防静电

31、包装管束测试方法7）柔韧性包装类（包括发泡垫、海绵类）的测试方法8）周转容器、盒的测试9）窗帘的测试10）防静电存放架测试方法11）工位与物流传送器具测试方法12）墙面13）防静电剂（液、蜡、胶）的测试方法14）座椅、工作台、运转车的测试方法BOE Copyright 2008Company Confidential15）地面、地垫16）离子静电消除器的测试方法BOE Copyright 2008Company Confidential测试技术指标测试技术指标BOE Copyright 2008Company ConfidentialBOE Copyright 2008Company ConfidentialBOE Copyright 2008Company Confidential机器因为摩擦或感应也会带电。带电机器通过电子元器件放电也会造成损伤。机器放电的模型（Machine Model）如图1.6所示。与人体模式相比，机器没有电阻，电容则相对要大。BOE Copyright 2008Company Confidential机器因为摩擦或感应也会带电。带电机器通过电