第2章静电危害及其防护

1、2011-1-121电子元器件抗ESD损伤的基础知识2 1.1静电和静电放电的 定义和特点什么是静电 ？ 静电就是静止不动的电 荷什么是静电放电呢 ？ 接触放电 、空气放电电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-123 1.1 静电和静电放电的 定义和特点对电子元器件来说 ，静电放电 C ESD ） 是广义的过电应力的一种 。广义的过电应力是指 元器件承受的电流或电压应力超过其允许的最大范围 。三种过电应力现 象的特点比较 ，见表1.10电子元器件抗ESD损伤的基础知识电子元器件抗ESD损伤的基础知识5 1.2 对静电认识的发展历史 1.3 静电的产生电中性静电感应过剩电荷 静电静电势

2、。电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-126 1.3 静电的产生静电产生的主要两种 形式 ：摩擦产生静电感应产生静电电子元器件抗ESD损伤的基础知识7 1.3.1 摩擦产生静 电。 绝缘体绝缘体A、摩擦生 电电子元器件抗ESD损伤的基础知识8 1.3.1 摩擦产生静 电化学势 费米能级 带负电 带正电影响静电大小的因素： 湿度 、摩擦的面积 、分离速度 、接触 压力 、表面洁净度电子元器件抗ESD损伤的基础知识 1.3 .2 感应产生静 电产生 ：带电物体与导体之间 ，两种物体无需直 接接触。rJ_ （ ）： 。电子元器件抗ESD损伤的基础知识10 1.3.3 静 电荷静电的实质是存

3、在剩余电荷 。电量用Q表示 ，单位是库仑C， 1库仑 （C） = l.0E+06微库（C） 。1库仑 （C） = l.0E+13纳库 （nC） 。电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1211 1.3.4 静电势静电势 V=Q/C （1.1）V=Q X d I A X （1.2）电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1212 1.3.5 影响静电产生和大小的因素静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离 子浓度。电子元器件抗ESD损伤的基础知识13 1.4 静电的来源人体、塑料制品、仪器设备，电子元器件本身 。 1.4.1 人体静电其一， 接触面广，活动范围大 ，其二，人体与大地

4、之间的电容低，其三 ，人体的电阻较低电子元器件抗ESD损伤的基础知识14 1.4.1 人体静电影响人体静电的因素：环境，活动方式湿度衣着材料体质有操作速度人体部位电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1215 1.4.2 仪器和设备的静电仪器和设备也会由于摩擦或静电感应而带上静电 。电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1216 1.4.3 器件本身有静电电子元器件的外壳 （ 主要指陶瓷、玻璃和塑料封装管壳） 与绝缘材料相互摩擦 ，也会产生静电 。电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1217 1.4.4 其它静电来源制 造、安装、传递 、运输、试验 、 储存 电子元器

5、件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1218 1.5 静电放电 的三种模式静电对电子产品 的损害有多种形式 ，其中最常见、危害最大的是静电放电对元器件造成损伤的主要是 三种模式 ， 带电人体的静电放电模式带电机器的放电模式充电器件的放电模式电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1219 1.5.1 带电人体的放电模式 （ HBM ）接触放电和电弧放电 1.5.2 带电机器的放电模式 (MM)电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1220 1.6 静电放电失效 1.6.1 失效模式突发性失效和潜在性失效。电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1221 1.6.1 失效模

6、式突发性失效: 是指元器件受到静电放电损伤后，突然完全丧失其规定的功能，主要表现为开路、短路或参数严重漂移。潜在性失效: 是指静电放电能量较低, 仅在元器件内部造成轻微损伤,放电后器件 电参数仍然合格或略有变化，但器件的抗过电应力能力己经明显削弱，或者使用寿命己明显缩短,再过一段时间工作后将进一步退化，直到彻底失效 。电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1222 1.6.2 失效机理过电压场致失效:累积的静电 电荷和高电压过电流热致失效:功率密度电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1223 1.6.2 失效机理 a.静电放电过程中释放的能量 物体带静电电 量为Q，它与地电位

7、 差为V ，带静电物体的 静电能是：E=Q V依据 C 13-1） 式得：E= Q 2 IC( 1.1)C 1.2)从 （ 1.2） 式看出带静电物体的 静电能与静电量的平方成 正比与等效电容成反比 。显然静电量越大对元器件造成 ESD损伤的危险性越大 。电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1224 1.6.2 失效机理表征放电时间的长短的 参量是放电时间常 数又称弛豫时间。在放电 回路中有：=R C。人体放电 ，c= l00pF：电 阻为1500，时间常数是150ns。显然，在静电放电电量不变时，元器件在放电回路中电阻、电容越大，功率就越小 ，静电的损伤性就越小 。电子元器件抗ES

8、D损伤的基础知识2011-1-1225 1.6.2 失效机理 c.与静电放电功率有关的因素 静电放电的峰值功率为 V2/ R或Q2/RC2 ，即静电放电功率电子元器件抗ESD损伤的基础知识2011-1-1226 1.6.2 失效机理反偏pn结常常观察到发射结的退化环境温度、时间效应 制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1227 2.1 静电防护的作用和意义防止静电对元器件损伤的途径 ：一是元器件的设计和制造上进行抗静电设计和工艺优化，提高元器件内在的抗静电能力 ：另一方面 ，就是采取静电防护措施 ，使器件在制造、运输和使用过程中尽量避免静电带来的损伤。对元器件的使用方，包括后工序厂家、电路

9、板、组件制造商以及整机厂商来说，主要甚至只能采取后一种方法来防止或减少静电对元器件的损害。制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1228 2.1 .1多数电子元器件是静电敏感器件 2.1 .2静电对电子行业造成的损失很大 2.1 .3国内外企业的状况制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1229 2.2 静电对电子产品的损害 2.2 .1 静电损害的形式物理特性 ：吸引或排斥 ，与大地有电位差 ， 会产生放电 电流。对元器件的影响：（a）降低绝缘电阻 (b)静电放电造成电子元器件的损害 ；(c) 静电放电产生电磁于扰制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1230 2.2 .2 静电损害的

10、特点相对于其它应力 ，静电对电子产损害存在以下 一些特点：1、隐蔽性2、潜在性和累积性3、随机性4、复杂性制造过程的防静电 损伤技术 2.2 .2 可能产生静电损害的制造过程1、制造过程 ：在这个过程 ，包含制造 、切割、接线、检验到交货 。2、PCB生产过程 ：收货、验收、储存 、插入、焊接、3、设备制造过程 ：电路板验收、储存、装配 、品管、出货。4、设备使用过程 ：收货、安装、试验、使用及保养5、设备维修过程制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1232 2.3.1 静电防护的目的和总的原则 目的：防止因静电和放电效应而产生的危害 ，或将这些危害限制在最小程度 ，确保元器件、组件和设备

11、的性能不受损害 。原则： 静电防护：静电的产生和控制静电的消散工艺过 程、材料的选择 ； 静电泄放和中和 ；制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1233 2.3.2 技术途径1、工艺控制法2、泄漏法3、静电屏蔽法4、复合中和法5、整净措施制造过程的防静电 损伤技术2011-1-12SS 2.4.1与静电防护材料有关的基本概念 2.4 静电防护材料制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1235 2.4.1 与静电防护材料有关的基本概念7、绝缘材料 ： 一般指表面电阻系数在 11012欧姆或体电阻系数小于 11011欧姆厘米以上的材料。绝缘材料 的表面或内部基本没有电流流动 ，它的电阻很大，

12、难于接地 。这 种材料内的静电荷会在上面保留很长时间 。制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1236 2.4.1 与静电防护材料有关的基本概念 8、导电材料 ：一般指表面电阻系数小于 1105欧姆或体电阻系数小 于1104欧姆 厘米的材料 。这种材料电阻小，电子在 其表面及内部流动非常容易，可流 向任何接触到的其 它导体或大地 。制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1237 2.4.1 与静电防护材料有关的基本概念9、耗散材料 ： 一般指表面电阻系数大于或等于 1105而小于1102 欧姆 ，或体电阻系数大于 或等于 1104而小于 11011 欧姆厘米的材料 。制造过程的防静电 损伤

13、技术2011-1-1238 2.4.1与静电防护材料有关的基本概念10、屏蔽材料 ：一般指导电层每毫米厚度的表面电阻系数小于 1104 欧姆 ，或体电阻系数小于 1.0 103欧姆 厘米的材料 。制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1239 2.4.1与静电防护材料有关的基本概念11、抗静电性 ：制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1240 2.4.2 静电防护材料的主要参数1、表征起电能力的参数 ：表面静电位u，带电量Q或 电荷面密度。2、表征衰减能力的参数 ：表面电 阻Rs，泄漏电阻R（ 对制品 ） ； 表面电阻率Ps 、体电阻率Pv （ 对材料 ； 时间常数t或静电半衰其t112

14、 ：对介质t p，对导体 t=RC( 1/e);t11 2=0.69t制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1241 2.4.3 静电防护材料的分类104105静电屏蔽101 2静电导体静电耗散材料静电绝缘材料制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1270 2.5 静电防护器材2.5.1防静电材料的制品 2.5.1.1 防静电服装和腕带 2.5.1.2 防静电包装和运输制品等 2.5.1.3 防静电地板和台垫制造过程的防静电 损伤技术 2.5.2 静电消除器 （ 消电器、电中和器和离子平衡器）静电消电器的主要类型有 ：感应式消电器 高压消电器 放射性同位素消电器 离子风消电器2011-1-

15、1243制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1244 2.6 静电防护的具体措施制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1245 2.6.1建立静电安全工作 区静电安全工作区的建立主要包括：1、设置防静电接地系统：接地电阻lOQ ；多设置接地端 ： 一般要与电器地分置等 。2、铺设防静电地板和台垫 ：地板： ( 1） 架空活动式 ： ( 2） 地毯式 （ 3） 地板块铺设（ 永久型）台垫：双层复合橡胶制品制造过程的防静电 损伤技术制造过程的防静电 损伤技术 2.6.2 包装、运送和存储工程的 防静电措施2011-1-1247主要目的是防止静电的产生 ：如采用防静电包装、器件引脚等电位 、避

16、免摩擦、即时接地消电等 。防静电包装的作用：1、防止静电的产生和积累 ：2、使器件的所有管脚短路 ，等电位：3、对外电场屏蔽。制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1248 2.6.3 静电检测1、常用的静电检测仪表 ：静电电位计 、兆欧表 （ 高阻表） 腕带检测仪 、连接监测仪等；2、静电检测分类 ： 按时间分：经常性 、定期性和临时性 按测试精度分 ：定量和定性 按场所分：现场测试和试验室测试制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1249 2.6.4 静 电防护的管理工作1、建立完整 、严格的防静电控制 程序 ，贯彻到设计 采购 、生产工艺 、质量保证 、包装 、存储和运输等各 环节和部 门。2、张贴醒目的静电敏感器件标志 。3、静电防护的培训 。制造过程的防静电 损伤技术2011-1-1250 2.7 小结1、在没有良好接地的情况 下，永远不要接触敏感器件或组件。2、如果IC不在