ESD静电防护知识

1、ESD静电防护知识2013年7月8日序言序言ESD的最基本的概念ESD(静电释放Electro-Static Discharge):指两个具有不同静电电压的物体之间瞬间放电的过程.静电是如何产生的?(最基本的描述)两种材料、流动的液体、固体或气体,在接触后再分开即可产生静电. 在制造业,静电通常的来源包括: 操作者、塑胶材料、工作台以及工装设备/仪器/工具等. 电脑制造业的很多静电敏感的零部件会因为与静电源直接接触或静电场的感应而造成损坏. 静电释放会造成直接的, 潜在的和无法解释的损坏. 潜在的损坏源于早期制造过程中的不完全静电击穿, 在之后的使用过程中因机器老化而导致完全的静电击穿; 无法

2、解释的失败是指由于静电释放导致的系统报错或测试死机, 通常需要重新启动系统.目录目录1、静电产生的原因_+ +_+_原子结构示意图 阳离子 阴离子不同的绝缘材料接触后再分开既能产生静电_静电: 静止的电荷.任何物质都是由原子组成的, 而原子的基本结构为质子,中子和电子(如图1所示).质子和中子因质量较高, 相互之间结合力强, 很难分离, 紧密地结合在一起形成原子核. 电子质量很小(质子或中子的千分之一), 围绕原子核周围. 质子带正电, 中子不带电, 电子带负电. 在正常情况下, 一个原子的质子数和电子数相同, 正负平衡, 所以对外表现为中性不带电. 但是电子环绕于原子核周围, 在外力的作用下

3、(得到能量), 脱离轨道, 离开原来的原子, 而投入其它的原子. 失去电子的原子带正电, 成为阳离子; 得到电子的原子带负电, 成为阴离子, 如上图所示.造成不平衡电子分布的原因是电子在物体之间的相对运动过程中得到能量, 从而脱离原来的轨道, 这种能量包括动能, 位能, 热能, 化学能等. 任何两种不同材质的绝缘材料相互接触后再分离, 即可产生静电(如上图). 静电的特点是高电压、低电量、小电流和作用时间短的特点。 1、静电产生的原因从下边的表格中可以了解到人在日常活动中所能产生的静电电压: 人体运动方式 静电 电压(V)相对湿度10%-20%相对湿度65%-90% 在地毯上行走35,0001

4、,500 在乙烯地板上行走12,000250 在工作台上工作6,000100 乙烯基包装产品7,000600 从工作台上检起聚乙烯20,0001,200 坐在带有垫子的操作台上18,0001,500从上面的表格可以看出: 在不同的相对湿度下, 相同的运动方式产生的静电电压相差一个数量级.请大家思考一下为什么相对湿度对静电的影响那么大？2、静电引起的破坏及损失 机器, 设备的制造, 运输, 接收及运行过程中都会产生静电, 既产生一定的静电压, 而静电在释放的过程中会产生一个的脉冲电流. 尽管这种电流很小, 但对于集成电路芯片来讲, 足以造成IC的电路击穿现象, 尤其是芯片内部的电容. 这些损坏通

5、常肉眼是看不见的只有在严重的时候才马上发生, 有时可能过了几个星期, 几个月甚至几年才发生. 静电引起的损坏会影响产品的质量和可靠性, 从而影响公司的声誉和利益. 因此, 国际上知名的大公司都花费大量的人力, 物力, 财力等用于培训和防止静电引起的破坏. 一片价值几千元的CPU, 有可能由于操作者没有执行公司的静电防护要求而毁于一旦. 一家大的公司会因为其产品质量的稳定性而失去订单, 失去信誉. 而静电的危害有可能成为质量不稳定的罪魁祸首. 所以说, 静电的危害是非常严重的. PC厂商花费大量资金用于防止静电引起的破坏. 我们根据本公司的产品特点, 主要采用了两种防护措施: 接地法和屏蔽法.上

6、图是ESD对电子元件的损害，箭头所指处为静电放电后造成的“爪型脚”，使集成电路部分损坏。（该图放大320倍）2、静电引起的破坏及损失即时失效：又称为硬击穿或突发性完全失效, 它是器件的一个或多个电参数突然劣化, 完全失去规定功能的一种失效。 延时失效：如果带电体的静电位或存贮的静电能量较低，仅能供给短暂发生的局部击穿能量，或ESD回路有限流电阻存在，一次ESD脉冲不足以引起器件发生突发性完全失效，但它会在器件内部造成轻微的损伤，使器件的性能劣化或参数指标下降，降低了器件抗静电的能力、使用可靠性与寿命，使其运行一段时间后，出现故障而不能正常工作。 静电损伤失效模式比较2、静电引起的破坏及损失 静

7、电学主要研究静电应用技术，如静电除尘、静电复印、静电生物效应等。 更主要的是静电防护技术，如电子工业、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及兴航与军事领域的静电危害， 一方面，一些电阻率很高的高分子材料如塑料,橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化, 使得静电能积累到很高的程度. 另一方面，静电敏感材料的生产和使用, 如轻质油品, 火药, 固态电子器件等, 工矿企业部门受静电的危害也越来越突出,静电危害造成了相当严重的后果和损失。 它可以在不经意间将昂贵的电子器件击穿，造成电子工业年损失达上百亿美元。在兴航工业，静电放电造成火箭和卫星发射失败，干扰航空飞行器的运行 。举例：1967

8、年7月29日，美国Forrestal（福莱斯特号）航空母舰上发生严重事故，一架A4飞机上的导弹突然点火，造成了7200万美元的损失，并损伤了134人，调查结果是导弹屏蔽接头不合格，静电引起了点火。1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸。 3、静电防护及其意义3.1. 防护措施 3.1.1. 消除工作区域的静电. 3.1.2. 使元件和流水线免于静电场的干扰.3.2. 方法 3.2.1. 接地法: 用以保证操作员, 设备和零部件接地的方式来消除静电. 接地可以防止静电的积累和形成静电电压. 3.2.2. 将要传输的产品装入特殊的防静电

9、容器中防止静电破坏.3.3. 防静电设施 3.3.1. 个人接地: 防静电手腕带和脚腕带要与裸露的皮肤接触, 并用导线与地相连. 其目的是泄放操作员身上的静电. 3.3.2. 防静电地板和台垫: 二者是与地相连的, 用来泄放人体接触工作台时的静电. 3.3.3. 防静电袋: 用于静电敏感元件的运输和储存, 如装CPU的袋子, 装主板的袋. 3.3.4. 防静电箱: 制造过程中用来移动元件. 如网卡周转箱等. 3.3.5. 工作环境控制: 保持湿度40-60%. 3、静电防护及其意义3.4. 意义消除静电引起的破坏, 具有下列优点:A.提高产品的合格率. B.减少总成本(减少重复劳动/维修和库存

10、). C.减少现场失效. D.提高产品质量和可靠性. E.容易区分其它失效. F.巩固产品名牌的形象. E.提高客户满意度.下图是典型的工作台接地方法, 图中, 防静电腕带必须通过限流电阻接地, 以便保护操作员免受可能的高压伤害. 3、静电防护及其意义离子风机离子风机防静电防静电桌桌 垫垫防静电防静电工作台工作台屏蔽袋屏蔽袋防静电防静电地地 板板警示标志警示标志防静电工作椅防静电工作椅接地线接地线手腕带手腕带防护工具3、静电防护及其意义3、静电防护及其意义3、静电防护及其意义3、静电防护及其意义3、静电防护及其意义3、静电防护及其意义3、静电防护及其意义4、注意事项4.1.单独的防静电措施并不能完全地防止静电, 必须和容器或静电屏蔽袋一起使用.4.2.防静电台垫/地垫和腕带必须通过限流电阻接地, 以防止高压对人体的伤害.4.3.静电腕带必须每天检查一次, 保证它没有损坏及正常运行.4.4.电子元件及其容器不可靠近电磁场.4.5.不要将装有微电子器件的电路板堆放在一起, 如CPU,主板,网卡等; 应将它们分离后放入防静电的容器中. 如果堆积会由于摩擦而产生高压静电并快速放电.4.6.定期测量和控制工作区域的静电电流.5、常见的静电敏感元器件1.微机结构中的板卡类均为静电敏感元件; 如主板