防静电知识讲座1

1、防靜電知識講座1日常生活中的靜電 從地毯上走過，抓住門的把手，梳頭，脫毛線衣，火花產生了。這個現象就是人們所知的靜電放電(ESD, electrostatic ischarge)。人類透過日常活動可產生高達25,000V的靜電放電。人類手的神經可感覺到低至大約3,000V的靜電放電。只需要10V的ESD就可毀壞今天IC內部的某些極小零件和跡線。其結果是，雖然ESD看不見、聽不到或感覺不到，但可重大地損傷或毀壞電子產品。23人類對靜電的認識靜電學是電學中最古老的學科據有資料記載,古希臘哲學家塔勒斯(Thales)西元前640-546年在研究天然磁石的磁性時發現用絲綢、法蘭絨摩擦琥珀（Amber）

2、之後也有類似於磁石能吸引輕小物體的性質。電這個詞起源於希臘語（琥珀）4二十世紀中後期靜電危害震驚世界美國從1960年到1975年由於靜電引起的火災爆炸事故達116起。1969年底在不到一個月的時間內荷蘭、挪威、英國三艘20萬公頓超級油輪洗艙時產生的靜電引起相繼發生爆炸以後引起了世界科學家對靜電防護的關注。我國在石化企業發生了30多起較大的靜電事故，其中損失達百萬元以上的有數起。5高科技工業生產中靜電危害的形成高工業生產的高速發展以及高分子材料的迅速推展應用，一些電阻率很高的高分子材料如塑膠，橡膠等的製品的廣泛應用以及現代生產過程的高速化，使得靜電能累積到很高的程度，另一方面，靜電敏感材料的生產

3、和使用，如輕質油品，火藥，固態電子器件等，工礦企業部門受靜電的危害也越來越突出，靜電危害造成了相當嚴重的後果和損失。6靜電放電防護意義1、減少損失（例如美國一年的損失達200多億美金，僅電子工業的損失超過100多億美金）2、提升產品性量和可靠性3、提升生產效率4、靜電防護回報達195以上7靜電放電的培養訓練人員領導管理人設計工程師現場工程師維護、修理技術人員倉儲人員質量控制和檢測人員8代表性的培養訓練內容基本知識與基本原理靜電防護操作要求防護器材測量與標準敏感度分類包裝、標誌防靜電工作區9靜電起電定義靜電起電包括使正、負電荷發生分離的一切過程，如透過固體與固體表面、固體與液體表面之間的接觸、摩

4、擦、碰撞，固體或液體表面的破裂等機械作用產生的正、負電荷分離。也包括氣體的離子化、噴射帶電以及在粉塵、雪花和暴風雨中的帶電現象。10金屬與金屬的接觸起電 兩種不同的金屬I和II相接觸時，當它們之間的距離小於2510-10m時，由於量子力學的隧道效應，兩種金屬內的電子穿過界面而互相交換。由於兩金屬的功函數不同，對電子的吸引力不同，當達到平衡時，一種金屬失去電子帶正電，另一種金屬得到電子帶負電，界面兩側出現了等量異號電荷（偶電層），兩金屬之間產生了一定的電位差（接觸電勢差）。11摩擦起電的實質接觸分離起電任何不同材質的物體接觸後再分離，即可產生靜電 12靜電是如何產生的接觸分離起電（本質）摩擦起電

5、 摩擦實質上是一種接觸分離造成正負電荷不平衡的過程工作時常接觸到的物體有 桌面、地板、椅子、衣服、紙張、卷宗、包裝材料、流動空氣。131.3靜電帶電序列（+）兔毛玻璃雲母人發尼龍羊毛毛皮鉛絲鋁棉花鋼木材琥珀封臘硬橡膠銅、鎳銀、黃銅金、白金硫磺醋酸酯纖維聚酯賽璐珞矽聚四氟乙烯 序清單中的物質離得越遠，各自所帶的電荷數量也越大。常見物質的磨擦起電序列如下表所示 14感應靜電起電物體不接觸也能起電當帶電物體A接近不帶電物體C時在導體C的a端和b端分別感應出負電和正電 A C B 靜電感應引起放電 + + + 圖115其他起電模式熱電起電壓電起電斷裂起電電解帶電亥姆霍茲層噴射起電等16人活動產生的靜電

6、電壓(參考數據) 人體活動靜電電壓(KV)靜電電壓(KV)相對濕度(10-20)%相對濕度(65-90)%人在地毯上走動351.5在工作台上操作60.1從工作椅上站起181.517器件所能承受的靜電電壓器件類型靜電破壞電壓(V)VMOS301800OP-AMP190250018幾十伏到幾百伏幾千伏到幾萬伏器件人體靜電電壓 要密切注意元件在不易察覺的放電電壓下發生的損壞，這一點非常重要。人體有感覺的靜電放電電壓在3000 5000V之間，然而，元件發生損壞時的電壓僅幾百伏。19生產場所中的靜電危害源20靜電是如何產生的小 結任何兩個不同材質的物體接觸後現分離即可產生靜電。摩擦的實質是一種接觸分離

7、過程。當帶電物體接近不帶電物體時會感應靜電。大部分器件的靜電破壞電壓都在幾十至幾百伏，而在乾燥的環境中人活動所產生的靜電可達幾千伏到幾萬伏。21靜電放電造成火箭飛行失敗統計表22電子工業中靜電問題的產生 靜電是時時刻刻到處存在的，但是在二十世紀4050年代很少有靜電問題，因為那時是晶體三極管和二極體，而所產生靜電也不如現下普遍存在。在60年代，隨著對靜電非常敏感的器件的出現，靜電問題也出現了，到70年代靜電問題越來越來嚴重。8090年代，隨著積體電路的密度越來越大，一方面其二氧化矽膜的濃度越來越薄(微米納米），其承 23 承受的靜電電壓越來越低，另一方面，產生和累積靜電的材料如塑膠，橡膠等大量

8、使用，使得靜電越來越普遍存在，僅美國電子工業每年因靜電造成的損失達幾百億美圓，因此靜電防護已成為電子工業的隱形殺手。是電子工業普遍存在的硬病毒，在某個時刻內外因條件具備時就要發作。 電子工業中靜電問題的產生24靜電對電子產品損害的四種形式吸塵（縮短壽命）放電破壞（完全破壞）放電產生熱（潛在損傷）放電產生電磁場（電磁干擾）25 靜電的基本物理特性為吸引或排斥，與大地有電位差，會產生放電電流。這三種特性能對電子元件的三種影響 1靜電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻（縮短壽命）。 2靜電放電破壞，使元件受損不能工作(完全破壞)。 3靜電放電電場或電流產生的熱，使元件受傷（潛在損傷）。 4靜電放電產生的電磁

9、場幅度很大（達幾百伏/米）頻譜極寬（從幾十兆到幾千兆），對電子產器造成干擾甚至損壞（電磁干擾)。 26 如果元件全部破壞，必能在生產及品管中被察覺而排除，影響較小，如果元件輕微受損，在正常測試下不易發現，在這種情形下，常會因經過多層之加工，甚至已在使用時，才發現破壞，不但檢查不易，而且其損失亦難以預測。要耗費多少人力及財力才能清查出所有問題，而且如果在使用時才察覺故障，其損失將可能巨大。靜電對電子產品損害27靜電對電子產品損害的四個特點隱蔽性人體感知的靜電放電電壓2-3KV潛在性操作後性能沒有明顯的下降隨機性從一個元件產生以後，一直到它損壞以前的所有過程複雜性分析困難，掩蓋了失效和真正原因28

10、靜電對電子產品損害的特點1. 隱蔽性人體不能直接感知靜電除非發生靜電放電,但是發生靜電放電人體也不一定能有電擊的感覺,這是因為人體感知的靜電放電電壓為23 KV,所以靜電具有隱蔽性。2. 潛在性有些電子元器件受到靜電損傷後的性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給器件造成內傷而形成隱患。因此靜電對器件的損傷具有潛在性。29靜電對電子產品損害的特點3. 性 子元件甚么情 下 遭受 破 呢?可以 么 ， 一 元件 生以後，一直到它 以前，所有的 程都受到 的威 ，而 些 的 生也具有 性性。其 也具有 性性。4. 性 放 的失效分析工作，因 子 品的精、 、微小的架 特 而 、 事、 ，要求 高的技

11、 往往需要使用 描 等高精密 器。即使如此，有些 象也 以 其他原因造成的 加以 ，使人 把 失效 作其他失效。 在 放 害未充分 之前，常常 因於早期失效或情 不明的失效， 而不自 地掩 了失效的真正原因。所以 子器件 的分析具有 性。30靜電放電造成微電子電路損傷的模式金屬布線與擴散區（或多晶）接觸孔產生火花，使金屬和矽的歐姆接觸被破壞。使節點的溫度超過半導體矽的熔點（1415）時,使矽熔解，產生再結晶，造成器件短路。金屬化電極和布線熔解、“球化”，造成電路開路。大電流流過PN結產生焦耳熱，使結溫升高，形成“熱斑”或“熱奔”，導致器件損壞。31靜電放電引發的瞬時大電流（靜電火花）引燃引爆易

12、燃、易爆氣體混合物或電火工品，造成意外燃燒、爆炸事故。靜電放電使人體遭受電擊引發操作失誤造成二次事故、靜電場的庫侖力作用使紡織、印刷、塑膠包裝等自動化生產線受阻。第三類靜電危害是由於靜電放電的電磁輻射或靜電放電電磁脈波（ESD EMP）對電子設備造成的電磁干擾引發的各種事故。靜電放電造成微電子電路 損傷的模式32機理分析一般說來，靜電放電都是在微秒或鈉秒量級完成的，因此這一過程是一種絕熱過程，放電瞬間透過回路的大電流，形成局部的高溫熱源。對微電子器件而言，其靜電放電能量透過器件集中釋放，其平均功率可達幾千瓦，熱量很難從功率耗散面向外擴散，因而在器件內形成大的溫度梯度，造成局部熱損傷，電路性能變

13、壞或失效。33靜電放電造成微電子電路損傷的模式 靜電放電強電場效應強電場導致MOS聲效應器件的閘極氧化層被擊穿，使器件失效。強電聲導致微電子電路絕緣介質擊穿，或使器件性能下降。強電場使積體電路和精密的電子組件老化，降低設備壽命。34電子工業哪些過程會產生靜電危害元件從生產到使用的整體過程中都會產生靜電，依各階段的可分為1.元件製造過程在這個過程，包含製造，切割、接線、檢驗到交貨。2.印刷電路版生產過程收貨、驗收、儲存、插入、焊接、品管、包裝到出貨。3.設備製造過程電路板驗收、儲存、裝配、品管、出貨。4.設備使用過程收貨、安裝、試驗、使用及保養。35為什麼要提升靜電防護意識在本世紀70前代以前，

14、很多靜電問題都是由於人們沒有靜電意識而造成的，即使現下也有很多人懷疑靜電會對電子產品造成損壞。這是因為大多數靜電損害發生在人的感覺以下,因為人體對靜電放電的感知電壓約為3，而許多電子元件在幾百伏甚至幾十伏時就會損壞，通常電子器件被靜電損壞後沒有明顯的界限，把元件安裝在PCB上以後再檢測，結果出現很多問題，分析也相當困難。特別是潛在損壞，即使用精密儀器也很難測量出其性能有明顯的變化，所以很都電子工程師和設計人員都懷疑靜電，近年但實驗證實，這種潛在損壞在一定時間以後，電子產品的可靠性明顯下降36靜電是即古老又年輕的學科任何物質接觸分離後都會產生靜電靜電的產生與材料、接觸分離的速度、濕度等原素有關工

15、業生產中靜電危害的特點主要有隱蔽性、潛在性、隨機性、複雜性靜電也可以利用。37 高科技工業中靜電控制原理在操作等過程中控制靜電，使其不能達到危害的程度（所有從業人員）提升元器件、組件（線路板）及整機的搞靜電能力（設計人員）38人體靜電放電控制原理人體是最普遍存在的靜電危害源對於靜電來說，人體是導體。對人體採取接地的措施可以控制人體靜電。39靜電放電控制原理接地在大多數情況下，第三條導線（保護接地）交流設備接地是接地的最優先選擇。當第三條交流設備接地導線不能用到或不適用時，從業人員應該透過腕帶或其它接地系統與靜電放電 敏感物件的一個導電性組件相連接，以保證所有組件處在同樣電位。 40靜電放電控制

16、原理接地靜電導體接地人員接地（腕帶（0.81.2） 106 ；鞋對地電阻 109 設備和工具接地 1.0 環境地面、貨架、活動設備對地電阻1 109 41防靜電鞋與腕帶使用中人體安全問題僅從防靜電的角度考慮時，人體總的對地電阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人體必須具有一定值的對地電阻，以便萬一發生金屬設備或裝置與工頻電源短接的情況下該電阻能夠限制流過操作的人體上的電流。最小值不應小於105，通常腕帶的限流電阻在1，防靜電鞋的最小電阻應不應小於105，最大不超過10 9腕帶和工作台墊提供ESD到達地下的清晰的路徑，使其佩帶者接近零伏電荷。帶和墊兩者都用內置限流 1M 電阻，形成一個安全系

17、統，為裝配或製造工人防止來自偶然的110VAC的電擊。42使靜電從腳導到大地 使用防靜電地面（防靜電地墊、地毯等）防靜電鞋防靜電襪防靜電鞋墊注意鞋、地面、襪、鞋墊等必須全是防靜電的，才能保證靜電從腳導向大地無防靜電地面或防靜電地墊，單獨使用防靜電鞋、防靜電服防靜電作用不大，因為靜電不能泄放到大地。43使靜電從腳導到大地佩戴防靜電腕帶並接地用手觸摸接地金屬體如球能暫時釋放人體靜電，但手離開接地金屬體後又會產生靜電腕帶對地電阻(0.81.2) 106 無線腕帶不能起到好的防靜電作用44防靜電腕帶的使用問題使用腕帶操作時不允許斷開，否則會失去接地作用。夾在衣服等不導靜電物體上的接地裝置，不能釋放人體

18、靜電45防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問題使用腕帶操作時不允許斷開，否則會失去接地作用 。各種腕帶使用的主要問題是開路，有時是臨時性的，有時是長時間斷開，使失去接地作用。有的人因此使用腕帶檢測器測量其通斷狀態，有的用監測儀器測量腕帶的開路及電阻變大。腕帶扣得不緊造成人體皮膚與腕帶的接觸電阻變大有些腕帶的電阻就是帶子本身的，當帶觸及地時使其電阻大大減小，有可能因此造成對人體電擊的危險。46防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問題?防靜電鞋在穿用時應有防靜電襪/鞋墊，並在防靜電地面上工作才能使人體所帶的靜電導到大地，任何一部分電阻過大或斷開都會使人體帶上危害的靜電。所以在重要的部門應有人體電阻測試儀

19、隨時檢測人體所穿的鞋/襪/鞋墊及與人體的總電阻是否能起到洩漏靜電的要求。腕帶應用專門的帶插座的接地線與地連結，不能夾在桌面或桌邊的金屬體上，因為這些金屬體對地的電阻可能很大。要經常檢查腕帶的電阻.47防靜電包裝袋/容器材料普通運載材料/物品包括防靜電(antistatic)。這種類型包括道統的粉紅色特殊配方的塑膠袋和不透明IC裝運管。當零件在內面移動時，這些具有事實上不產生任何新靜電的特性。但是重要的是注意，它們不是屏蔽容器，不能阻擋強電場(例如，在高度放電的泡沫托盤內的IC裝運管會把零件暴露給ESD)。48防靜電包裝袋/容器材料屏蔽(shielding)。這一類型包括道統的金屬化裝運袋和碳質

20、線紙板盒。金屬化袋開始是聚酯薄膜(Mylar)，然後噴涂連續的鋁層。這種袋為其包裝的內容形成法拉第筒(faraday cage)，可有效地阻擋電場。鋁涂層袋對任何距離的裝運都很好，但必須完全關閉才起作用。它應該用拉鏈合上(如果提供)、或摺疊和膠帶封住。不要用訂書釘來密封袋，因為致命的電場會透過訂書釘從外面傳到內面。不要讓袋子開著口，因為袋內的物品會暴露在強電場下。不要將PCA用空袋子包裹來攜帶。不要把PCA放在空袋子上。49防靜電包裝袋/容器材料碳質線紙板盒開始是內面完全涂層的紙板，外面是導電性的碳涂層。這種盒子對裝運很好，只有當蓋子完全關閉才起作用。因為PCA在盒子內到處移動，所以通常不提供

21、接地通路。如果蓋子部分掉開，物品暴露，則可能受到強電場的損壞。導電性塑膠如托盤和零件箱(由特殊配方的塑膠製造)。將PCA或元件放在耗散性腳墊的紙上是可以的，只要引腳連續地接觸腳墊，人穿上腳帶拿住托盤，只走在特殊涂層的ESD耗散性上過蠟的地板上。50防靜電包裝袋/容器材料零件箱也是由特殊配方的塑膠製成，使其具有導電性和屏蔽性。這些可用於本地或長距離的運輸，蓋子必須完全閉合和拴住。金屬籠。這種籠子是工廠內部運輸的有效工具，如果有耗散性腳墊在頂部(防止快速放電)，並用鏈條接地到上過靜電耗散性蠟的地板上51服裝/手套/指套/帽子服裝/手套/指套/帽子不鏽鋼纖維或導電纖維與普通纖維混紡而成。透過導電纖維

22、的電暈放電和洩漏作用消除的靜電。耐洗滌，但一般本身不能導靜電。防靜電服裝/手套/指套/帽子單獨使用時防靜電作用不大52靜電消除使用靜電消除器使用靜電消電液濕度控制降低運動速度53濕度控制用加濕機，使相對濕度在50-70%以內可以增快靜電洩漏 人體活動靜電電壓(KV)相對濕度(10-20)%相對濕度(65-90)% 在地毯上走動351.5從工作椅上站起181.554靜電防護設施的定期檢查人員接地35 106 或100伏, 腕帶:(0.81.2) 106 腕帶 0.8 106 至1.2 106 EPA環境工作台面,鞋類，地面，貨架,活動設備 1 109 200伏設備工具接地 1.0 55電子工業哪

23、些過程會產生靜電危害在這整個過程中，每一個階段中的每一個小步驟，元件都可能遭受靜電的影響，而實際上，最主要而又容易疏忽的一點卻是在元件的傳送與運輸的過程。在這整個過程中，不但包裝因移動容易產生靜電外，而且整個包裝容易暴露在外界電場(如經過高壓設備附近，工人移動頻繁、車輛迅速移動等)而受到破壞，所以傳送與運輸過程需要特別注意以減少損失，避免無謂之糾紛。所以，從元件的製造，使用到維修的任一環節都有可能發生靜電損害。56如何控制靜電從前面的分析可知靜電是由於物體接觸分離，甚至沒有接觸的感應等模式產生的，就連我們周遭的空氣也是由原子組成的，當這些空氣流動時也會產生靜電，可以說在任何時間、任何地點都可能

24、產生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能的，但可以採取一些措施控制靜電在不危害的程度之內。57如何控制人體靜電人 是最普遍存在的 危害源。 於 ，人 是 ，所以可以 人 取接地的措施 1.使用防 地面/ 防 鞋/ （ 到大地）透 穿防 性地面、地 、地毯，人 穿上防 鞋 ，形成 合接地。2.佩戴防 腕 接地（ 手 到大地）透 手用以泄放人 的 。它由防 、活 按扣、 簧 ，保 阻及插 或 成。 的 用防 ，外 用普通 。上述 措施都是 用而有效的， 不同的 合 使用.58工廠防靜電基本要求一、靜電防護的基本原則 a、抑制靜電荷的積聚； b、迅速、安全、有效地消除已經產生的靜電荷。59二、防靜電工作區

25、場地 、地面材料 a、禁止直接使用木質地板或鋪設毛、麻、化纖地毯及普通地板革。 b、應該選用由靜電導體材料構成的地面，如防靜電活動地板或在普通地面上鋪設防靜電地墊，並有效接地。 c、允許使用經特殊處理過的水磨石地面，如事先敷設地線網、滲碳或在地面噴涂抗靜電劑等。 60、接地a、防靜電系統必須有獨立可靠的接地裝置，接地電阻一般應小於10，埋設與檢測方法應符合GBJ 97的要求。b、防靜電地線不得接在電源零線上，不得與防雷地線共用。c、使用三相五線製供電，其大地線可以作為防靜電地線（但零線、地線不得混接）。61、接地 d、接地主幹線截面積應不小於100mm2；支幹線截面積應不小於6mm2；設備和工

26、作台的接地線應採用截面積不小於1.25mm2的多股敷塑導線，接地線顏色以黃綠色線為宜。e、接地主幹線的連接模式應採用 焊。f、防靜電設備連接端子應確保接觸可靠，易裝拆，允許使用各種夾式連接器，如鍔魚夾、插頭座等。 62、天花板材料天花板材料應選用抗靜電型材料製品，一般情況下允許使用石膏板製品，禁止使用普通塑膠製品。、牆壁面料牆壁面料應使用抗靜電型牆紙，一般情況下允許使用石膏涂料或鍛石涂料牆面，禁止使用普通牆紙及塑膠牆紙。63、濕度控制a、防靜電工作區的環境相對濕度以不低於50%為宜。隨著濕度上升(空氣中許多潮氣)，ESD的危險沒有了。這個說法是錯誤的。危險性降低是真的，但沒有脫離。 b、在不對產品造成有害影響前提下，允許使用增濕設備噴洒製劑或水，以增加環境濕度。c、計算機房的濕度應符合GB 2887中的有關規定，類似的機房也應符合此規定。64、區域界限防靜電工作區應標明區