ESD培训材料(原理篇)1of 2

1、静电的各种危害目 录每一种物质都是由分子组成，分子是由原子组每一种物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子是由带负荷的电子和带正电荷的质子成，原子是由带负荷的电子和带正电荷的质子组成。而分层存在的电子，则是根据一定的物组成。而分层存在的电子，则是根据一定的物理规律，以固定的数量存在于不同层次的轨道理规律，以固定的数量存在于不同层次的轨道上。在正常状况下，一个原子的质子数与电子上。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。上图是钠的电子组合图例。的现象。上图是钠的电子组合图例。当一方物质中得到一个电子，则该物质的

2、带电性便会当一方物质中得到一个电子，则该物质的带电性便会呈现负极性，叫阴离子；而失去电子的物质，其分子呈现负极性，叫阴离子；而失去电子的物质，其分子的带电性则呈正极性，叫阳离子。的带电性则呈正极性，叫阳离子。当两种物质紧密接触时，不稳定物质的外层的负电子，当两种物质紧密接触时，不稳定物质的外层的负电子，会从一方的物质中游离到另一方物质的分子中。会从一方的物质中游离到另一方物质的分子中。电子移动 阳离子阴离子接触带电接触带电：二种物质只有经接触才会带电。二种物质只有经接触才会带电。摩擦带电摩擦带电: : 因摩擦而带电。因摩擦而带电。诱导带电诱导带电：因静电诱导而带电，是非接因静电诱导而带电，是非

3、接 触带电。触带电。旋转带电旋转带电: : 旋转体在另一物体上转动时产旋转体在另一物体上转动时产 生带电现象。生带电现象。剥离带电剥离带电: : 因接触面相互剥离而带电。因接触面相互剥离而带电。 剥离的越快所带电量就越大。剥离的越快所带电量就越大。喷射带电喷射带电: : 因高压气体或液体高速喷射，因高压气体或液体高速喷射， 与嘴摩擦而带电。与嘴摩擦而带电。静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流或瞬间电压。地有电位差，会产生放电电流或瞬间电压。这三种特性能对电子元件的三种影响：这三种特性能对电子元件的三种影响：1静电吸附灰尘，降低元

4、件绝缘电阻（缩静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻（缩短寿命）并且影响显示效果。短寿命）并且影响显示效果。 2静电放电静电放电破坏，使元件受损不能工作破坏，使元件受损不能工作(完全破坏完全破坏)。 3静电放电电场或电流产生的热，使元件静电放电电场或电流产生的热，使元件受伤（潜在损伤）。受伤（潜在损伤）。4静电放电产生的电静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百伏磁场幅度很大（达几百伏/米）频谱极宽米）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子产器造成干（从几十兆到几千兆），对电子产器造成干扰甚至损坏（电磁干扰）扰甚至损坏（电磁干扰）三 静电的各种危害因电流破坏的情形因电流破坏的情形带电的器件与导体相接触。带电

5、的器件与导体相接触。此时因过电流的流过，而此时因过电流的流过，而引起器件的损坏。引起器件的损坏。因过电流产生的热破坏因过电流产生的热破坏配线熔断配线熔断 硅晶电阻的破坏硅晶电阻的破坏 i02硅晶硅晶吸盘的痕迹+因流过大于允许值的电流而产生的热熔断。因电压破坏的情形因电压破坏的情形朝着器件发生静电放电，会由于在酸化膜上加有高电压而引起酸化膜的破坏。因加上高电压而引起因加上高电压而引起的酸化膜的电压破坏的酸化膜的电压破坏。 。 许多半导体上都有许多半导体上都有100nm左左右的酸化膜（绝缘层），如右的酸化膜（绝缘层），如加上加上80100V的电压，绝缘的电压，绝缘层会被破坏。层会被破坏。失去了半导

6、体的功能。失去了半导体的功能。酸化膜短路器件的耐电压器件的耐电压（ （参考值参考值） ）半导体元件耐破坏电压的水平半导体元件耐破坏电压的水平，MOS型型IC中继场效应管CMOS型ICMOS场效应管场效应管双极晶体管二极管HDD磁头磁头（ （MR GMR） ）耐电压耐电压 手机生产线上手机生产线上90%的故障据说均产生于静电的破坏。的故障据说均产生于静电的破坏。尤其是干燥的尤其是干燥的11月月3月，则是平时的月，则是平时的35倍倍。 。同时因除静电器的逆向带电而造成的破坏也常有。同时因除静电器的逆向带电而造成的破坏也常有。规定规定5V以下以下！ 随着应用电压随着应用电压的降低及高度集的降低及高度

7、集成化，耐电压的成化，耐电压的能力也出现越来能力也出现越来越低的倾向。越低的倾向。 品品管部门亦要求在管部门亦要求在50V以下。以下。电子元件的静电对策摘录1. 隐蔽性隐蔽性 人体不能直接感知静电，除非人体不能直接感知静电，除非发生静电放电发生静电放电,但是发生静电放电人但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉体也不一定能有电击的感觉,这是因这是因为人体感知的静电放电电压为为人体感知的静电放电电压为23 KV以上以上,所以静电具有隐蔽性。所以静电具有隐蔽性。2. 潜在性潜在性有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件有明显的下

8、降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患。因此静电对器件的造成内伤而形成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。损伤具有潜在性。3. 随机性随机性电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说，从一个元件产生以后，一直可以这么说，从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电的到它损坏以前，所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机动性威胁，而这些静电的产生也具有随机动性性。其损坏也具有随机动性性。性。其损坏也具有随机动性性。4.复杂性复杂性 静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、微小的

9、结构特点而费时、费事、的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高的技术并往往需要使用扫描费钱，要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此，有些静电损电镜等高精密仪器。即使如此，有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其他失效。别，使人误把静电损伤失效当作其他失效。这在对静电放电损害未充分认识之前，常常这在对静电放电损害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不明的失效，从而不归因于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静电对自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静电对电子器件

10、损害极其复杂电子器件损害极其复杂。ESD是代表英文是代表英文ElectroStatic Discharge即即“静电放电静电放电”的意思。的意思。是本世纪中期以来形成的以研是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热（火花）效应静电放电效应如电流热（火花）效应（如静电引起的着火与爆炸）及和电（如静电引起的着火与爆炸）及和电磁效应（如电磁干扰）等的学科。磁效应（如电磁干扰）等的学科。主要以人和设备为控制的着眼点。主要以人和设备为控制的着眼点。上和周围就带有很高的静电电压，上和周围就带有很高的静电电压，几百伏、几千伏甚至几万伏。

11、特别是几百伏、几千伏甚至几万伏。特别是在干燥的季节当你脱衣服或用手去触在干燥的季节当你脱衣服或用手去触摸金属体时会产生电击感，此时你带摸金属体时会产生电击感，此时你带静电达几千伏至几万伏以上。静电达几千伏至几万伏以上。 在干燥的季节若穿上化纤衣服和绝缘在干燥的季节若穿上化纤衣服和绝缘鞋在绝缘的地面行走等活动，人体身鞋在绝缘的地面行走等活动，人体身上的静电可达几千伏甚至几万伏。上的静电可达几千伏甚至几万伏。接触接触面积面积压力压力湿度湿度温度温度摩擦摩擦面积越大产生的静电量就会越大。压力越高产生的静电量就会越大。摩擦越大产生的静电量就会越大。没有较大的变化，温度越高物体的电阻值就越小（绝缘体）湿

12、度越大产生静电量就会越小。一般的对策一般的对策对材料加湿。对材料加湿。表面涂防静电剂（表面活性剂表面涂防静电剂（表面活性剂） ）。 。利用高电压除静电。利用高电压除静电。除静电刷除静电刷利用离子中和利用离子中和。 。除静电器除静电器防防 止止除除 去去选择材料及接地选择材料及接地。 。控控 制制对易带静电的物体加湿。对易带静电的物体加湿。吸湿性能好的物体难以产生静电吸湿性能好的物体难以产生静电。 。利用此特点，利用此特点，增加物体表面的湿度，将有效的防止静电增加物体表面的湿度，将有效的防止静电。 。（ （湿度湿度60%以上以上） ）特特 点点由于在物体表面增加湿度，会导致物体由于在物体表面增加

13、湿度，会导致物体或附近的设备生锈，通常不受现场操作或附近的设备生锈，通常不受现场操作人员的欢迎人员的欢迎。（。（现在通常将湿度设定在现在通常将湿度设定在55）表面涂防静电剂表面涂防静电剂在绝缘体表面涂抹的防静电剂可以吸收在绝缘体表面涂抹的防静电剂可以吸收空气中的湿气，使表面形成导电层，从空气中的湿气，使表面形成导电层，从而防止带电而防止带电。 。特特 点点耐久性不稳定，一般在数小时到几天之耐久性不稳定，一般在数小时到几天之间，而且受环境影响也比较大间，而且受环境影响也比较大。 。 以高电压中和静电电荷以高电压中和静电电荷在放电针上施以高电压，使放电针向带在放电针上施以高电压，使放电针向带静电的

14、物体释放出大量的正负电荷，从静电的物体释放出大量的正负电荷，从而达到中和静电的目的。而达到中和静电的目的。特特 点点高电压中和静电的方式通常有两种：高电压中和静电的方式通常有两种：一是用直流电方式、另一种采用的是用一是用直流电方式、另一种采用的是用交流电方式交流电方式。 。交流电方式需要接地交流电方式需要接地。 。人体是最普遍存在的静电危害源。对人体是最普遍存在的静电危害源。对于静电来说，人体是导体，所以可以于静电来说，人体是导体，所以可以对人体采取接地的措施。对人体采取接地的措施。 1.使用防静电地面使用防静电地面/ 防静电服装防静电服装（静电从脚导到大地）通过防静（静电从脚导到大地）通过防

15、静电性地面、地垫、地毯，人员穿上防电性地面、地垫、地毯，人员穿上防静电服装，形成组合接地。注意服装静电服装，形成组合接地。注意服装使用年限及使用方法。使用年限及使用方法。 2.佩戴防静电手镯佩戴防静电手镯 通过手镯用以泄放人体的静电。它由防通过手镯用以泄放人体的静电。它由防静电松紧带、活动按扣、弹簧软线、保静电松紧带、活动按扣、弹簧软线、保护电阻及插头或夹头组成。松紧带的内护电阻及插头或夹头组成。松紧带的内层用防静电纱线编织，外层用普通纱线层用防静电纱线编织，外层用普通纱线编织。编织。 主要指标是：泄漏电阻主要指标是：泄漏电阻106107 (保护电阻保护电阻106）。静电电位衰减到）。静电电位

16、衰减到100以下的时间小于以下的时间小于0.1s。3 3 手镯使用注意事项：手镯使用注意事项：A A 使用手镯操作时不允许断开，否则使用手镯操作时不允许断开，否则 会失去接地作用会失去接地作用 ；B B 手镯扣得不紧造成人体皮肤与腕带手镯扣得不紧造成人体皮肤与腕带 的接触电阻变大，所以手镯贴着皮的接触电阻变大，所以手镯贴着皮 肤用，减少间隙紧紧带；肤用，减少间隙紧紧带；C C 手镯常用易损坏，每次用前必检测；手镯常用易损坏，每次用前必检测；D D 左手带上防电镯，右手拿头去检测；左手带上防电镯，右手拿头去检测；E E 检测用手要裸露，带镯检测手不同；检测用手要裸露，带镯检测手不同； 3 手镯使

17、用注意事项：手镯使用注意事项：F 手镯小扣要向上，手镯小扣要向上， 以免无意把屏刮；以免无意把屏刮；G 轻拿轻放好保存，轻拿轻放好保存， 检测设备要保护。检测设备要保护。是将电离的空是将电离的空气输送到较远的地方去消除静电气输送到较远的地方去消除静电的一种静电消电器。其主要由电的一种静电消电器。其主要由电晕放电器、高压电源和送风系统晕放电器、高压电源和送风系统组成。它是根据尖端放电和正负组成。它是根据尖端放电和正负电电“中和中和”原理设计制造的。它原理设计制造的。它可消除绝缘材料及物品上的静电。可消除绝缘材料及物品上的静电。按仪器释放出的离子极性分双极按仪器释放出的离子极性分双极性和单极性离子

18、消电器。双极性性和单极性离子消电器。双极性离子消电器对正负电荷均有消电离子消电器对正负电荷均有消电作用。离子风静电消除器的有效作用。离子风静电消除器的有效使用距离较大使用距离较大。正常的分子正常的分子离子离子离子离子高电压放电高电压放电正电荷正电荷负电荷负电荷参考参考水族电荷水族电荷H （ （H O） ）2 n排斥吸引逃逸电子（）集中电场高电压（）放电针 正电荷（）在集中电场内，空气分子外层上的电子被夺走。在集中电场内，空气分子外层上的电子被夺走。正电荷主要由水族电荷产生。正电荷主要由水族电荷产生。摘自摘自静电学会杂志静电学会杂志正放电针旁产生电荷的模型排斥 正电荷（）吸引逃逸电子（）集中电场

19、高电压（）放电针负电荷（）CO O NO 3 2 2 逃逸电子被其它空气分子捕获，形成负电荷。负的空气电菏中，含有碳酸离子、氧离子以及二氧化碳离子等各种成分。摘自摘自静电学会杂志静电学会杂志负放电针旁产生电荷的模型除静电器长期使用的话，空气中漂浮的灰尘在高压电除静电器长期使用的话，空气中漂浮的灰尘在高压电场中，就会吸附到放电针上。这些吸附的灰尘中的有场中，就会吸附到放电针上。这些吸附的灰尘中的有机物，会因为高压放电而分解为热和臭氧，变成碳的机物，会因为高压放电而分解为热和臭氧，变成碳的微粒附着在放电针上微粒附着在放电针上。 。放电针放电针碳碳放电针表面的电阻下降，放电针表面的电阻下降，而向地极的漏电增加而向地极的漏电增加除静电能力下降除静电能力下降 要将放电针定期清扫。有关放电针的维护有关放电针的维护空气的清洁空气的清洁用压缩