静电防护基础课件

静电防护基础（ESDBASICS）内容:1静电的概念2静电感应和静电量级3静电危害（案例1，2等）和应用（静电复印案例）4静电防护简介1.1静电的概念一静电的本质物质由分子和原子组成,原子由原子核和电子组成.原子核带正电,电子带负电.自然条件下,正负电荷平衡,物体不带电.这类物体叫电中性物体.在某种条件下,正负电荷的平衡被打破,则物体带电-这种现象叫物体带电.物体带电分动电和静电所谓静电指对观察者而言,电荷静止不动或运动非常缓慢.动电则有电荷的快速运动和变化.1.1静电的概念二静电起电与放电现象静电可有很多种方式产生,如物体间的摩擦,电场感应,介质极化,带电颗粒附着等等摩擦起电:当两个物体产生摩擦时,摩擦表面的电子会从一种物体跑到另一个物体上,分离后,两个物体的正负电荷失去平衡,得到电子的带负电,失去电子的带正电.感应起电:当有强电场(大的带电体)存在时,附近的物体被感应,局部或整体产生电荷,这类带电称为感应带电.当带电的物体与一些导体等接触时或靠的很近时,电荷会找到一个途径突然释放掉,这种现象叫静电放电.静电放电的条件是:首先有静电存在,其次要有一定的途径.静电放电的原因和条件多种多样,控制静电放电是在人们生活和工作中的各个方面所追求的.静电现象-大地与云带电大地为带大量的负电荷的带电体静电现象-雷电

分离摩擦静电产生举例分离,摩擦等起电的过程图1-1.1摩擦起电的形成过程物体接触后表面电位差,产生接触电荷转移,形成偶电层,物体快速分离,产生静电核摩擦起电静电序列人手图毛玻璃云母人头发尼龙羊毛毛皮铅丝绸铝纸棉花钢木材琥珀封蜡硬橡胶镍,铜,黄铜,银金,白金硫磺醋酸酯纤维素聚酯赛璐珞奥纶聚氨酯聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯硅聚四氟乙烯硅橡胶+-离的越近静电越轻前面的带正电,后面的带负电人体活动带电图电荷积聚静电积聚起来1.2静电感应和静电量级静电的定量描述

1物体带电量的多少用电量来描述.带正电荷的物体带电量为正,带负电荷的带电量为负.电量的单位为库仑.1个电子的带电量为e=1.6021892X10-19

库仑

2电荷密度:电荷聚集程度的标志.

单位面积带电量叫面电荷密度单位体积的电荷密度,叫体电荷密度线状体的单位长度的带电叫线电荷密度如:导体带电的静电荷分布在导体表面.

由大量粉尘和颗粒组成的带电分布在每个颗粒上,整体宏观来看体内带电.

1.2静电感应和静电量级面电荷密度:体电荷密度:线电荷密度:1.2静电感应和静电量级-电压电荷间的作用力叫库仑力,由库仑定律来描述.带电体周围产生电场,电场是电荷间相互作用的载体.电场的大小用电场强度表示.(E)表征带电体在电场中的能量大小叫电势,也叫电位.电压表征电场间两点的电势差.用V表示,电压单位为伏特.电压好比水压,水压使水流动,对水壁产生压力.电压使电荷流动,电压通过电场使物资内部的粒子产生电压力.1.2静电感应和静电量级-电流与电阻如果物体的两点间有电压,则会使物体内的电子等粒子流动.电荷的流动叫电流.用安培为单位.同样的电压,不同的物资,电流不同,表征物体中电荷流动性质的一个物理量叫电阻.电阻用欧姆为单位.电压电阻和电流的关系由欧姆定律表示.零电位指计算电位的参考点,电位规定为零.1.2静电感应和静电量级-电容导体的带电量为Q,导体就产生了电位U(想象水位),表征带电物体产生电位能力的量叫电容(用C表示,单位法拉,微法-10-6法拉,皮法-10-12法),电容把电量和电位联系起来C=Q/U.电容器是在两个相互电绝缘隔离的导体之间存储电荷能力的器件(两个导体带等量的极性相反的电荷).任何两个隔离的导体(广义讲物体)均有电容C存在.导体之间有电势差-电压V.电容的大小主要由导体间的相对位置以及绝缘材料的性质决定.与电容相关的绝缘材料的重要特性是介电常数ε.C=Q/V典型静电电压我们在经受3000伏的静电电压!!人体带电和环境的关系人体电容典型值典型静电电压ESD造成的代价!!30V可能就把器件给”毙”了!!静电起电-放电描述图带电物体如:人体充电器件

物体2如大地,接地线,工件,电子元器件等等++++++++++___________摩擦++++++++++介质如空气起电的原因和条件如摩擦起电,不同物体间摩擦起电性质和容易程度不同.静电序列直接连接线+++耗散放电1物体带电量用Q库仑,由产生的电量耗散的电量引导走的电量等决定2带电体对周围物体的影响是通过电场决定的3表征电场能量的量为电位.4电容表征物体带电量产生多强的电位的特征物理量电压物体静电产生,电量Q摩擦分离感应离子附着热,压,驻极体……电场-电场强度E对电荷作用力电场电荷的移动作功电势能-电位U两点间电位差-电压V=U1-U2电场内的物体中自由电荷受电场力作用会流动-电流I不同物体,在同样电压下电流不同取决于物体的电阻特性欧姆定律I=V/R面电阻率体电阻率线电阻率不同的物体(材料,形状,环境)同样电量电位不同极板间物体的电容C:储存电量和电压(电位)的关系C=Q/V储存电荷,就有能量储存物体电荷的消亡,取决于接触的物体和周的环境:由导电导体把电荷流掉通过耗散体逐渐耗散掉通过放电等突然放掉被电荷相反的离子中和掉等等物体分类导电性物体电耗散性物体抗静电性物体绝缘性物体电荷产生的多少和快慢

VIR

静电的衰减和积累实际过程中,静电一边产生一边衰减静电的衰减符合指数规律τ为时间常数,表明衰减的程度0Q(t)t导体上静电荷的衰减规律带电导体++++++++++++-----------------------大地++++-----RCU(t)电容越大,电阻越大,时间越长,衰减越慢带电和放电综合过程带电导体++++++++++++-----------------------大地++++-----RCU(t)达到稳定时,Qs恒定,称稳态电量充电速率I充电波形tQ(t)Q0t=τ0.732Qs充放电时间常数举例人体的对地电容为200pF,若站到绝缘电阻为1012Ώ的普通橡胶垫上,充电速率为I0时间常数为稳定电量为Qs=I0RC=200I0若站到电阻为R=105Ώ的导电橡胶上,时间常数为稳定电量为Qs=I0RC=20*10-6I01.3静电危害和利用-案例一某大电信公司单板损害案维修部门发现某批次以后生产的交换机用户板,在打雷时特别容易损坏,但以前生产的同类用户板抗雷能力要强的多.大量的用户板返修,维护成本,赔偿成本,形象成本损失巨大.电信局长直接找老板问罪.老板下达必须尽快查找原因.并暂停该单板的生产.分析从设计到生产过程的可能原因单板升级一次,改动一个电阻110种物料20种换过一个批次,其中包含一个CMOS专用集成电路.生产过程基本未变,但换过一个测试针床,增加一个测试单元.单板的前面板在新升级板上,增加了一个测试口.经过从设计到生产,包装运输入库,各个环境的努力,近一个月的攻关,大量的分析,终于发现:是上述CMOS电路软损伤造成.原因:新板单板的升级时,设计人员为减少成本,物料选用把抗ESD指标降格,同时设计时增加的测试口,刚好占用了以前的保护地的一小点,使面板与保护地接触不良,致使,塑料面板上的静电荷不能与板地电位持平.测试时增加的针床,刚好造成一种约800V的放电,使器件造成软损伤.这次静电损害使公司损失近5000万.(为此每个开发人员,减少1万元奖金)1.3静电危害和利用-案例二某公司生产的可切换逆变电源,因是老板高价聘请的某大电信公司的设计人员设计,样机整机性能指标均上佳.老板攻关有一套,设计人员准备采用.请物料认证部门进行考擦,发现其生产不规范,工人无ESD基本知识,也无相应的ESD防范程序,而其产品必须达到电信标准,可靠性受到怀疑.物料经理不敢批准.因此设计部门只能选其他厂家.该老板一下子损失每年近2000万的定单.1.4静电防护简介静电是有产生原因的----消除静电产生的根源静电产生无处不在,静电产生防不胜防---减少静电的强度,采用静电衰减.减少静电的积累静电产生,但要发生危害,必须是一定条件的放电才能产生危害,对要保护的器件进行抗静电设计.并设计抗静电生产过程.静电的危害产生多由物体的不规则运动产生,必须对各个环节的运动进行规范和控制.对于人这个高度能动性的动物的活动,必须从人的主观和意识上进行静电防止,为此要建立完整的ESD培训和控制程序.由于静电危害贯穿到产品从生产到维护的各个时期,为了企业间的生产协调和一致性,还建立了各种防静电标准,执行这些标准,是业界的基本要求.各项防护措施综合表一防止静电的产生二减少和消除静电三减少静电危害四严格防静电管理主要内容具体措施一防止静电的产生控制静电的生成环境防止人体带电材料选用要求工艺控制措施1湿度控制。在不导致器材或产品腐蚀生锈或其他危害前提下，尽量加大湿度2温度控制。在可能条件下尽量降低温度，包括环境温度和物体接触温度3尘埃控制。此为防止附着（吸附）带电的重要措施4地板、桌椅面料和工作台等应由防静电材料制成，并正确接地5静电敏感产品的运送传递和存储及包装与拆包装应采取静电防护措施6喷射、流动、运送、缠绕和分离速度应予控制，在液体、扭体等材料的输送管道中使用级和器一防止静电的产生控制静电的生成环境防止人体带电材料选用要求工艺控制措施1佩戴防静电腕带2穿戴防静电服装、衣、帼3穿武防静电鞋袜、脚链4佩戴防静电手套、指套5严格禁止与工作无关的人体活动（例如做操、打闹、梳头发、吃东西等）6进行离子风浴一防止静电的产生控制静电的生成环境防止人体带电材料选用要求工艺控制措施1凡必须或有可能发生接触分离的材料应考虑使其在静电序列表上的位次尽量靠近2应使材料的表面光滑、平整、洁净无污3使用静电导体材料和低电阻耗散材料一防止静电的产生控制静电的生成环境防止人体带电材料选用要求工艺控制措施1制定并实施防静电操作程序2使用防静电周转、运输盘、盒、箱及其他容器、小车3使用防静电工具（烙铁、吸银器等）4采用防静电包装5对有静电燃烧、爆炸可能性的液体材料设置必要的静止时间6尽量减少物体间的接触压力、时间、面积（例如布匹、纸张、线材、薄膜材料胶带等的运送、传递辊简、卷筒、线轴和产品之间）并限制运行速度不可过快二减少和消除静电接地增湿中和掺杂1地板和工作桌、椅、台面、台垫正确接地2人体接地3工具（烙铁、吸银器、台架、运输小车等）接地4设备、仪器接地5管路、运输传送设施、装罐设备、存储设施（设备）接地二减少和消除静电接地增湿中和掺杂1使用各种适宜的加湿器、喷雾装置2采用湿拖布拖擦地面或通过洒水等方法以提高带电体附近或环境的湿度3在允许的情况下尽量选用吸湿性材料二减少和消除静电接地增湿中和掺杂什对场所和带电物体的形状、特点，选用适宜类型的静电消除器，以消除具、器材、产品、场所、设备和人体上的静电二减少和消除静电接地增湿中和掺杂1在非导体材料、器具的表面通过喷、涂、镀、敷、印、贴等方式附加上一层物质以增加表面电导率，加速电荷的泄漏与释放2在塑料、橡胶、防腐涂料等非导电材料中村加金同粉末、导电纤维、炭黑粉等物质，以增加其体电导3在布匹、地毯等织物中，混人导电性合成纤维或金属丝，以改善织物的抗静电性能4在易于产生静电的液体（如汽油、航空煤油等）中加人化学药品作为抗静电添加剂，以改善液体材料的电导率三减少静电危害控制静电的生成提高产品自身抗静电能力采用静电屏蔽和接地设计确保设备,设施和作业场所的静电安全要求1对CMOS等静电敏感染集成电路采用输入、输出保护电路设计2对于静电敏感电子组件和电子设备，采用抗静电防护设计（设置输出、输入保护电路和网络，使用隔离电阻器，设置边界保护环，尽量选用非敏感元器件等）3对敏感元器件进行静电防护设计（设置串联限流电阻器、设置钳位放电间隙、降低瞬态能量密度、避免引线交迭和寄生MOS电容的形成等三减少静电危害控制静电的生成提高产品自身抗静电能力采用静电屏蔽和接地设计确保设备,设施和作业场所的静电安全要求1对敏感部位和敏感元器件采用加防护盖、罩、片等静电屏蔽措，以减少电的力学、感应和放电危害2应尽量避免孤立导体的存在3在液体储油罐等设施中设立具有屏蔽作用的检测井，以保证采样和检测三减少静电危害控制静电的生成提高产品自身抗静电能力采用静电屏蔽和接地设计确保设备,设施和作业场所的静电安全要求1控制易燃、易出的液体或粉体使爆炸性化合物浓度在燃烧、爆炸的极限度之下2保持作业场所各种接地设施和系统（雷电保护、故障保护、信号参考、大地电极、防静电操作等）正确和有效接地3控制作业区内各点静电电位在标准允许的范围之内4安装局部放电器、放电刷等，以通过电晕放电不断释放低电能量使其积聚的能量在安全范围之内5严格静电安全作业操作规范四严格防静电管理建立健全责任制和规章制度培训教育