ESD培训教材资料课件

ESD基础知识培训Saitek品质保证部2004.12.30STM-4011

Rev#03静电的基本述语

ESD(ElectroStaticDischarge)静电放电当两个带不同静电电位的物件相互接近到某程度或接触时，静电从一个物件突然流放到另一物件上的现象。ESDS

(ElectroStaticDischargeSensitive)静电放电敏感元件

对于静电放电敏感(易被ESD破坏)的元件、组件或模块

EPA(ESDProtectiveArea)静电放电防护区域

内涵ESDSItem的大范围工作区域.所有人员进入时皆应穿戴适当的接地措施，且所有行为亦须遵守其相关规定

SSP(Static-SafePackage)静电安全包装

能够限制摩擦生电，屏蔽静电场或免除静电放电对ESDS组件产生破坏的包装

EOS(ElectricalOverStress)

过电应力

使用电源的设备的漏电流，漏电压引起的异常过大的电流或电压。原子充电模型原子是产生电荷的基本体。

静态情况下，原子核中心的质子（带正电）

与外围的电子（带负电）呈自然平衡的状态。

电子则象卫星一样围绕着原子核旋转。当质子与电子相等时，物体成平衡状态。电量不平衡的行成例如：当原子丢了一个电子后整个平衡被打破了。由于原子丢失是一个带负电的电子，所以总体上呈现正电性。当原子得到一个电子时,总体上呈现负电性当它得到一个电子，那么就可以重新平衡电子“丢失”放电当一个电性不平衡的物体靠近或接触其他物体，将可能形成一个电性的粒子流来试图获得电子达到新的平衡条件。这个过程称为放电磨擦和接触生电静电不是由磨擦产生的！磨擦过程增加接触面，接触产生静电。许多物料的表面都不够平整或具备足够的柔性，来达到接触/分离所需要产生静电的程度。片状物和粘带具备良好的接触条件，所以较容易产生静电。除了增加接触面，磨擦也同时增加分离速度。磨擦过程所产生的热能增加电荷的迁移程度。‘接触生电’较‘磨擦生电’的观念较为正确。磨擦生电摩擦压力主要来源:接触+或+分离这就是‘磨擦生电’磨擦生电我们现在有两个物体，当他们慢慢靠近…磨擦生电当两个物体密切接触，那么接触面的电子将会实现共享，并进行着再分配。磨擦生电原子核相对更有吸引力的一个物体，将会“偷”走另一个物体的电子。磨擦生电当两个物体分开时，

电子也随着物体被移走了电子

“丢失”了电子“增加”了感应生电这个足够强的电场迫使附近物体靠近它的那一个表面的同性电荷向远离一端移动或“逸出”一个电荷不平衡的物体表面产生一个电场。

感应生电如果电场附近有良好的导体接地，那么逸出的电荷将传向大地，

这样，重新实现了这一区域的电荷平衡，同时又没有影响电场的分布。人体对静电的感觉和电器件相比之下,我们的感觉性极差: 感觉到: >2000-4000V

听到: >4000-5000V

看到： >5000V<100V的静电放电就足以损坏某些电子器件！缺乏管理意识的主要原因人体能感觉出静电存在的水平为2000~4000volts，但敏感器件只须＜100volts便能被损坏（大部分＜1000volts）大部分的静电破坏是潜在的，并不能够马上识别出来。静电破坏现象有较差的重复性，并且不容易模拟。找出静电破坏的证据和根源一般相当不容易，而且成本可能很高（ESD破坏常被误判为EOS损坏）。缺乏培训和对问题的重视。ESD敏感度的分档业界有不同的标准…

MIL-STD-1686推荐

ClassⅠ：0~1999voltsClassⅡ：2000~3999voltsClassⅢ：4000~＞8000volts

AT&T内部标准Class0：0~199voltsClassⅠ：200~499voltsClassⅡ：500~1999voltsClassⅢ：＞2000voltsClassⅣ：NoESDSHewlettPackard内部标准ClassⅠ：0~1000voltsClassⅡ：1000~4000voltsClassⅢ：4000~15000voltsESD敏感度的分档较常用的ESDA标准…

Class

VoltageRangeClass0＜250VClass1A250to＜500VClass1B500to＜1000VClass1C1000to＜2000VClass22000to＜4000VClass3A4000to＜8000VClass3B＞=8000VTable1.ESDSComponentsensitivityclassification-HumanbodyModel(PerESDSTM5.1-1998)ESD敏感度的分档ESDmodelESDClassVoltageRange

HBM人体带电模型ClassⅠClassⅡClassⅢ~1999V2000V~3999V4000V~15999V

MM机器带电模型ClassM1ClassM2ClassM3ClassM4ClassM5~100V101V~200V201V~400V401V~800V＞800V

CDM组件带电模型ClassC1ClassC2ClassC3ClassC4ClassC5ClassC6ClassC7~100V101V~200V201V~400V401V~800V＞800V401V~800V＞800VESD敏感度的分档模式化对比较和沟通工作十分重要即使在相同的模式中，不同的设备测试，测量结果还可能有一定的差异会出现。分档的目的：不同的敏感度需要不同的控制做法太多的管制增加成本以及操作困难我们必须在成本、可操作性和效率之间取得平衡所以知道器件的敏感度是重要的！HBM模式在业界中是最常用的，不过器件还可能在其它如MM或CDM模式下被破坏，甚至更容易遭受破坏。所以了解您的供应商的测量模式是关键的。ESD破坏

有三种途径可以对ESDS器件造成破坏：1、对ESD器件直接放电 2、从ESDS器件对外放电 3、间接对ESDS器件放电

（也被称为EMI感应破坏）ESD破坏的途径即使是相当小的静电放电也可能损坏电子器件;半导体是最容易受到静电破坏的器件,常见的破坏有:

氧化物击穿界面过热烧损金属熔化以上的混合模式ESD破坏的种类严重损坏：完全失去功能。例如：金属熔化，短路等。局部损坏：部分功能退化。潜在损坏：部分功能退化，使用中继续退化，直到完全失效。暂时失效：数据电路中的功能受到干扰或Data遗失。看个别情况而定，局部损坏可能进一步变成潜在损坏！潜在破损的特性潜在损坏的破坏力强大…占所有损坏的主要成分无法及时发现发现和证明都有一定的难度很难和成因挂钩维修和处理成本较高较难推动成因改正工作通过良好的掌握ESD知识来降低其破坏性！有关ESD的错误观念只有MOS类的半导体容易受损只有未经组装的器件容易受损只有低温度环境会产生静电在动ESDS器件前先触摸接地点的做法足够避免ESD破坏PCBA测试结果能够监督评估静电防御工作只要我们注意使用静电腕带和对工作台接地，我们应该可以避免ESD破坏（只可以防御HBM，对MM、CDM防御不了）有关ESD的错误观念只要我们使用注明“防静电材料”的包装，我们就安全（在“防静电”包装中的PCBA是一定安全的）金属是防静电材料，因此不会产生静电静电都是同磨擦而生的导电（conductive）或传电（dissipative）材料是防静电（antistatic）材料ESD破坏只通过接触ESDS器件，只要确保不接触就能确保ESDS器件安全Antistatic性能是永久性的ESD新/旧控制依据新的控制依据：学习足够的静电和静电防御知识；设计一个详细和完整的推行/管理项目；（包括技术需求，培训，推行计划等等。）指定EPAs，根据需求选择控制方法、材料、工具；经常执行审计（运作与产品质量FA）；参考审计结果进行必要改善。旧的控制依据：只在ESD工作台上处理ESDS器件；使用ESDShielding功能包装材料来运送ESDS器件；确保供应商跟随条例1和2。ESD控制原理制定控制目标和程度指定EPA制定控制需求和选择控制手段消除静电源提供全面足够的培训经常执行审计利用审计结果进行持续改善ESD控制技术原理及依据技术原理：Anti-Static无静电控制接地放电控制隔离/屏蔽控制电容阻隔控制等电位控制电离中和控制技术依据：制止静电的产生通过设计在产品中置入保护消除产生的静电控制放电的途径和速度隔离/屏蔽保持做法使所有静电源远离EPA或ESDS器件工作区（＞1米/1英尺）使用具有屏蔽功能的包装或盒子来运送ESDS器件具屏蔽功能的材料必须是：

surfaceresistance＜104/sq或

volumeresistance＜100-cm本控制技术不单独使用，必须配合接地和离子中和方法！接地电阻直接接地的电阻并不适于太低…ESD放电速度必须得到控制（此考虑决定电阻的上限）低电阻威胁人体电气安全（此考虑决定电阻的下限）由人体到“地”的点的电阻应该是：

500K＜R＜35M操作注意事项以下做法能够协助您减少静电破坏…尽量减少手工操作和接触ESDS件让ESDS器件保持在原包装中，直到组装或作用在接触ESDS件之前接地放电将所有工作范围内的物件，包括桌面、盒子、推车、工具等进行接地，然后才开始工作在从包装中取出ESDS件前触摸包装本身在EPA范围内尽量清除所有静电源将所有的电子器件以ESDS件看待在只有设置防静电保护措施的工作台处理ESDS件避免使ESDS件在任何表面上推动磨擦工作中任何时候都保持人员的接地措施（如戴好腕带等）如果没有使用防静电工作服，一般衣物必须有足够的距离只在PCBA的边缘握板。静电量决定静电量的主要因素：材料（包括材料的相对性）接触面积和表面粗糙情况接触力分离速度环境湿度在干燥和快速移动活动中使用不当的材料容易产生高静电和增加静电破坏风险！ESD的风险绝缘体和导体：绝缘体是个问题，因为静电可以产生和累积其上。最终造成电晕放电或电感破坏现象。导体也可能是个问题。因为导体可造成快速的放电！我们的工作环境存在大量的静电源：许多产品都使用塑胶材料(因为其制造和价格低廉)电子产品中要采用许多绝缘体材料在移动和摩擦下，即使如金属一般的导体也会产生静电设备和人体所需要的温湿度对环境有一定的干燥要求干燥的环境助长静电产生湿度的考虑

空气中的水气增加空气的导电性，因此减少静电的产生或积累相对的湿度越高对静电越好控制（>60%）高湿度的对于生产的不利（如腐蚀、污染）折中的湿度要求（40%~60%）低于30%的湿度对于CLASS1防御要求十分困难干燥而带杂质的空气在高速流动下（如清洁工艺）也容易产生静电湿度不应该作为主要的ESD控制手段，只能作为后备的‘安全网’三个最关心的材料特性：产生静电的速度---要求慢放电/传电的速度---要求适中屏蔽或隔离静电能力---要求高评估同一EPA中所使用材料的“无静电”特性，避免采用易产生静电物料选择导电性较高的材料处理绝缘物料，增加其表面导电性我们需要合成材料来同时获得这些特性材料的考虑静电序列表（例子）玻璃尼龙Nylon铅铝纸聚氨脂镍，铜，银硬橡胶聚酯Polyester聚丙烯Acrylic聚氯乙烯PVC聚四氟乙烯Teflon硅橡胶带正电+带负电-注：表中距离越远者产生的电量越大防静电器材防静电材料的特性/包装材料/储存和运输材料/人体接地材料/台垫、地板/工衣、手套、手指套/工作台、运货拖车/离子风机材料特性和参数考虑：

Anti-static特性/表面、体积电阻率/各层材料配合/ESD屏蔽功能/性能的永久性/对湿度的依赖性/寿命和重复使用性/污染和腐蚀性EPA使用的所有物件都不应该产生大量的静电…防静电器材防静电袋的种类Anti-static袋，常被称为“粉红塑胶袋”，聚乙烯填入控制材料或涂层，加入粉红色素以方便和非防静电材料进行区分，有无静电和散电功能，但没有屏蔽功能，通常用于包装非敏感器件StaticDissipative包装袋，导电性在Disspative范围内，通常多兼具Antistatic功能，适用于不太敏感器件（如ClassⅢ器件）Conductive包装袋，能通过快速放电而使袋的各部位处于同一电位上，不受环境湿度影响，有良好的重复使用性，完全不透光或透光性很差，成本较多层式式屏蔽袋低许多另外还有许多种防静电包装袋，如：静电屏蔽袋、法拉弟屏蔽笼、导电网屏蔽袋、防潮袋（也称MVB袋，可同时对静电及潮湿起到防御作用）防静电箱/盒/盘/架子等防静电箱：一般由单一的材料制成，需要接地，或放在静电皮及导电的地板上PCB架：采用单一材料制成，使用中必须确保和“接地”点的接触，anti-static性能也是个要求防静电泡沫海绵：提供导电等电位的保护（储存时），当和接地工作台接触时，把静电引导向地电位，以单一材料制成，有各种有同的柔软性（不同密度）导电条/保护条：和泡沫海绵同一保护原理，使用在PCBA的边缘接口部位。良好的导电性，未必具Anti-static性能，接触压力和磨擦是个使用弱点，所以必须要求良好的Anti-static性能。器件包装它分为：PCBA包装盒/带式器件包装/IC盘/IC管式包装ComponentPackaging金属保护盒：理想的保护能力通过外壳迅速放电由于电阻非常低，盒子上没有电压降（等电位）没有电感问题成本较高、不透明是弱点器件包装ComponentPackaging绝缘保护盒：对接触放电有很好的保护能力无电晕放电、无电场、无电感问题可能和内部的PCBA产生磨擦生电而无法散掉静电，制造后期的CDM破坏风险会累积静电，在取出PCBA时有电感风险Dissipative保护盒：能有控制的对人体或盒子累积静电对地放电屏蔽能力不如金属盒，但可能通过电容耦合降低伟到PCBA

上的静电在HBM与CDM两者间的保护有很好的平衡器件包装ComponentPackaging带式器件包装：要求电阻低以足够应付快速的自动化组装IC盘：采用单一材料制成Conductive或Dissipative通常和屏蔽袋或MVB袋一起使用IC管式包装：多层材料设计/耐磨损材料导电性强的金属/透光性好绝缘强度高其它防静电工具润肤露：106~108/□（协助降低皮肤电阻）使皮肤湿润（加强防静电腕带的功能）同时减少手套或手指套引起的皮肤不适必须对常用的电子材料不起污染或腐蚀作用要求不影响可焊性防静电剂：一般电阻范围1010~1011/□（有低至107/□）喷或涂在对象表面/可立刻消除已有静电防止静电的产生/累积在奉命期，需要重复喷涂（一般数周到数月，看使用情况而定）必须注意污染和腐蚀影响的问题防静电工具防静电腕带：防静电的最重要工具之一人体有很好的导电性，可以通过导电腕带把产生的静电释放腕带必须持续佩戴，提供持续的放电工作腕带必须和人体皮肤接触，不能佩戴在手套或衣服袖子上！静电腕带选择考虑和要求：人体电气安全性不限制工作中所需的移动有控制性的放电耐用可靠佩戴舒适防静电工具防静电鞋带：使用于需要经常走动的情况提供人体和地板间的导电途径必须和导电地板同时使用双脚都应该佩戴常用电阻值1M，2M防静电鞋子：市场上有大范围的电阻特性供选择：103~108-cmNote：当使用小于105-cm时注意安全和鞋带比较有较大较好的接触面同样必须注意袜子导电性没有断带和接触不良的风险成本较高防静电工具防静电鞋套：一般是dissipative或antistatic用于接待访客或短时间使用用来包盖绝缘鞋子效果不如防静电鞋或鞋带（和人体接触差）应该和腕带、地板配合使用防静电地面：采用固有导电性的材料，寿命较长电阻率的选择必须考虑安全和放电速度要求保养成本较低安装的质量很重要防静电工衣防静电工衣的使用要点：必须做为外套，完全覆盖原有衣物必须接地间接通过人体和腕带或鞋子工衣的接地设置跟随供应商建议的清洗和保养方法经常检查其性能防静电纺织结构：导电丝线：较好的导电性能/有屏蔽功能（线距离最好是5mm）/Anti-static，dissipative或conductive无丝线：成本较低/寿命长（固有导电材料）/Anti-static或

dissipative防静电工衣需要一个完整的层：ESD工衣是一个连续的导电层。工衣周围形成了一个法拉第笼子。电场是在工衣的内部电荷不平衡而形成的电场是无法穿透这一层工衣形成的屏蔽。——除非这一层已不完全/不连续

(例如：扣子没扣上或袖口反卷等)。这个内部电场的成因：由于手臂进行着大量的移动，导致袖子也携带了大量的强电场。这些电场也是随时变化着的。这些电场可能因为法拉第笼子的不连续(如：反卷的袖口)而进入工作区。防静电工衣工衣的耗损：磨损过度或者脏污的工衣也会因为产生高电阻而起不到应有的作用同时也要注意及时有效地移除工衣上面积累的电荷。对工衣要求为：静电电压仪(Filedmeter)测表面表电电压<100V>，万用表(Multimeter)测两袖口间电阻：0.1M~1000MΩ间。防静电桌垫/地垫单一材料种类：寿命长（几乎永久性）/不受环境湿度影响/能耐磨、耐热和抗常用化学剂/性能不会因磨损而降低/对地的电阻随垫上的位置而变/体积电阻在108~1010-cm（<109优选）。多层材料种类：顶层：控制放电速度/避免PCBA工件短路/提供耐磨性/提供所需的硬度/颜色选择/抗腐蚀性/耐热。高导电性中间层：提供较快速度放电/使垫上各点对地电阻差距小。底部绝缘体：避免上下短路/防止滑动/提供软垫作用。防静电手套/指套/推车防静电手套/指套：手套和手指套的首要作用是避免工件污染,不是防静电!Anti-static性能(相对于工件)应该进行评估!有些手套提供接地设置.防静电推车：运送ESDS部件或半制成品.金属材料居多,也有Dissipative.应该提供人体或其他物件的接地方便.通过导电车轮或拖链和导电地板接触放电,需经常清洗.拖链与地面接触要较多,至少4~5节,放车的中间两条.所有可能和ESDS器件接触的工具都必须导电和接电…ESD五项基本原则一、把静电保护设计到元件和产品内二、消除产生静电的材料与过程三、驱散或中和静电放电四、提供对静电放电的物理保护五、检测你的过程与环境ESD五项基本原则（一）把静电保护设计到元件和产品内：设计元件、产品和装配，使其更合理的避免静电放电(ESD)。可能的话，使用对静电不敏感的元件，或者对你使用的那些ESDS(ESD-sensitive，静电放电敏感的)元件提供适当的输入保护。这里相互矛盾的是：先进的生产技术意味着更小型化和更复杂的几何形状，通常对ESD更为敏感。ESD五项基本原则（二）消除产生静电的材料与过程

：产品设计不是完整的答案。不可以逃避ESD元件和产品，但是可以减少或消除静电放电的产生与积累。首先要从工作环境中尽可能地减少或消除许多静电产生的工序或材料(如普通塑料)。因为ESD不会发生在保持相同电势或零电势的材料之间，所以工作环境中的工序或材料应该保持在相同的静电电势。通常，这些导电或消散材料应该连接到相同的公共地，如电气地线。另外，提供地线给静电手环带、地板或工作台表面，安全地减少放电产生与积累。ESD五项基本原则（三）驱散或中和静电放电

：因为静电的产生是不可能完全消除的，所以安全地驱散或中和那些要发生的静电放电是必要的。适当的接地和导电性或驱散性的材料起主要作用。例如，带静电进入工作环境的人员可以通过戴静电手环或穿静电工鞋踏过ESD地板垫来消除自己身上的静电。静电传到地线或静电地板，而不是对敏感元件放电。如我们用的离子风机：离子作用过程产生正/负离子，推动到放电物体表面，因此有效地中和静电放电。ESD五项基本原则（四）提供对静电放电的物理保护

：防止要发生的静电放电接触到敏感元件和装配。一个方法是，对元件和装配提供适当的接地或分流，使任何放电从产品分散开。第二个方法是，在适当的包装材料中包装和运输敏感元件。这些材料可有效地将产品屏蔽开静电，减少由于包装内任何产品移动而产生的静电。

ESD五项基本原则（五）检测你的过程与环境

：不要去问一个过程是否会产生ESD危害，继而猜测答案，检测一下就可以。例如，利用静电电压仪(Fieldmeter)检测是否有可能产生ESD危害的静电场的存在。测量是最稳妥的方法。你确认和量化那些真正需要静电保护的区域，允许你集中在那些最为关注的区域。另外，你可以确认那些不会产生ESD危害的区域，节省你作那些不必要保护的花费。十个ESD操作规范EPA（防静电保护区）中ESD防护着装规范ESD防护静电带（环）佩带规范测试ESD防护静电带（环）操作规范接触ESD敏感原器件操作规范运输或传送ESD敏感原器件操作规范包装ESD敏感原器件操作规范存储ESD敏感原器件规范EPA（防静电保护区）中静电源的处理操作规范EPA（防静电保护区）中的设备，仪器，工具处理操作规范整体EPA（防静电保护区）配置操作规范一、EPA（防静电保护区）中ESD防护着装规范确保着有静电防护工鞋，工衣，工帽。着装要求能够屏蔽头部（包括所有头发），身体大部分区域，足部；且衣服袖口必须与皮肤接触良好。确保良好佩带有效静电防护带（环）。

要点：二、ESD防护静电带（环）佩带操作规范确保静电带（环）的金属接触面与手皮肤接触良好，不能松动；确保静电带（环）地线的连接端与有效地线接触良好，不能有松动或夹在绝缘皮上；

要点：不能松动！松动三、测试ESD防护静电带（环）操作规范测试前确保静电带（环）的金属接触面与手皮肤接触良好，不能松动；测试前确保静电带（环）另一连接端与测试仪连接端接触良好，不能松动；用未佩带静电带（环）的手接触良好测试仪的金属接触面，并且同时用佩带静电带（环）的手做摇摆约30CM的动作4次。良好指示灯INT闪动或不亮均表示静电带（环）失效；

要点：须摇摆4次！！指示灯不能INT！！四、接触ESD敏感原器件操作规范确保良好佩带有效静电带（环）；确保戴有静电防护手套或手指套；确保操作时只接触器件边缘，并尽量不碰及原器件或金属端；

要点：接触边缘，不碰及到金属端！五、运输或传送ESD敏感原器件操作规范确保使用具有ESD防护功能的传送工具（小车等）；确保人体是处于ESD防护模式下操作或运输ESD敏感原器件ESD着装，佩带静电环等）；确保运输动作，速度不可剧烈。避免ESD敏感原器件有碰撞或摩擦动作；要点：不能碰撞，摩擦！人体是处于ESD防护模式下！！六、包装ESD敏感原器件操作规范包装时，操作人员须处于ESD防护模式下；使用具有ESD防护功能的包装材料，盛装工具；应考虑对ESD敏感原器件的屏蔽包装；要点：对ESD敏感原器件的屏蔽包装！！ESD防护功能的包装材料，盛装工具未屏蔽NG七、存储ESD敏感原器件规范存储前确保ESD敏感原器件具有ESD防护包装且屏蔽良好；考虑湿度在40%-70%的要求；确保存放区域的各项设施有严格ESD防护功能，如设施接地等措施。要点：具有ESD防护包装且屏蔽良好八、EPA（防静电保护区）中静电源的处理操作规范所有的静电易产生材料不能暴露出现在EPA中，在操作过程中易产生静电源，如PVC，亚加力等；生产时EPA中必须出现的静电源应及时隔离或屏蔽，中和处理，如包装材料，测试机架。要点：隔离或屏蔽处理！不能暴露出现在EPA中！！PVC易产生静电九、EPA（防静电保护区）中的设备，仪器，工具处理操作规范确保所有EPA中的设备，仪器，工具的各个部位有良好接地处理；对有辐射源产生的设备还必须考虑屏蔽或中和处理，如显示器等要点：各个部位有良好接地处理十、ESD防护工作区配置操作规范要点：采用