ESD基础知识培训教材

前言随着我国IT业的突飞猛进，特别是国防电子信息化和微电子的迅速发展，静电对电子和相关行业的不良影响日益显著,对静电的防护必须要予以足够重视.在科技时代需要小体积，多功能，快速度的电路以成为现代电子工业的基本要求。这种元件的特性：线路面积小，线路间距短，所以能缩短路径，速度快，体积小，但同时也因为线路间距小，耐压降低，线路面积减小耐流容量减小。

静电放电的能量，在传统器件中的影响甚微，我们不意察觉;但在高密度的元件中，静电电场及静电电流却成为致命的杀手。ESD基础知识培训

目录一:国际ESD标准化组织及标准体系二:中国ESD标准化组织及标准体系三:静电的介绍四:离子的形成五:怎样产生静电六:静电的物理现象七:对静电敏感的器件八:导电性物体的静电消除方法九:静电防护要领十:主要防静电产品介绍十一:ROHS基础知识介绍

ESD（ElectroStaticDischarge）

静电释放第一章

国际ESD标准及体系

（仅涉及电子ESD防护，不包括易燃易爆行业）IEC标准化组织及ESD标准体系

国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission,简称IEC)是一个全球性的标准化组织，它由各国的国家电工技术委员会（IECNationalCommittees）组成。IEC提出并发布电气、电子及相关技术的国际标准。IEC的目标是促进电子和电工领域所有涉及标准化问题的国际合作。

IEC技术标准涉及电气技术，电子技术，专门术语，符号法则，电磁兼容（EMC）,测试，性能，安全和环境等。IEC标准是各参与国通用国际标准，并为起草国际合约提供参考。

IEC专门负责静电领域的部门是IECTC101。其工作范围是：静电学领域的标准制定。目前，TC101以3种形式发布文件，一种是以国际标准（InternationalStandard，简称IS）发布；一种以技术规范（TechnicalSpecification,简称TS）发布；一种以技术报告（资料性）形式（TechnicalReport，简称TR）发布国家标准（GB）管理最早归口国家标准总局。因体制改革现归口国家标准化管理委员会、国家质量监督检验检疫总局。由于我国电子发展相对滞后,现国家发布的电子工业的ESD标准很少。发布的标准大都是涉及石油化工、劳动保护、职业安全等领域。这些标准大部参照日本（JIS）、EN（欧洲）、ISO（国际标准化组织）、前苏联标准制定,自主技术（知识产权）内容较少，基础研究工作滞后。近年发布的标准，才开始和IEC、ANSI/ESDS20.20接轨。国家军用标准（GJB）由解放军总装备部和国防科学技术工业委员会（现划归为工业和信息化部一个局）归口管理。电子行业的军标主要由中国电子技术标准化研究所具体管理。我国ESD方面的军标基本上参照或等效采用MIL。在基础研发工作方面投入较少。电子行业（SJ）、邮电行业（YD）标准由工业和信息化部归口管理。为了推动电子行业ESD标准的制修顶工作,在2001年由信息产业部（工业和信息化部前身）科技司领导下,成立了ESD标准工作组。该组成立有力的推动了电子ESD标准化工作。目前电子行业的ESD标准较多，已形成体系,在国内电子行业有一定影响力.在2002年以前.这些标准和国际标准接轨较少。现新制定的大都和IEC和ANIS/ESD接轨。绝大部分参照或等效采用MIL、GJB、SJ标准制修定。第二章中国的ESD标准化组织及标准体系1 GB12158-2006防止静电事故通用导则2 GB12014-2009防静电工作服3 GB21146-2007个体防护装备职业鞋（GB4385－1995防静电鞋、导电鞋技术要求4 GB50174电子信息系统机房设计规范（GB50174-93电子计算机房设计规范-2008年修订版，报批。）5 GB/T15463-1995静电安全名词术语6 GB/T12703-1991纺织品静电测试方法7 GB/T2812-2006安全帽试验方法8 GB1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法9 GB/T17626.2-1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验10 GB2887-2000电子计算机场地通用规范2.1我国国家标准（GB）11 GB/T13962-92工业过程测量和控制的电磁兼容性-静电放电要求12 GB/T15662-95导电、防静电塑料体积电阻率测试方法13 GB/T18044-2000地毯静电性能评定模拟人体步行试验方法14 GB9228-88静止型放射性静电消除器15 CB-电子工业防静电设计规范（住房和城乡建设部归口，报批）16 GB-防静电工程施工与质量验收规范（住房和城乡建设部归口，制定17GB-防静电陶瓷砖（制定）18 GB50174-电子信息系统机房测试验收规范（制定）19 GB-服装防护-防静电毛针织服（制定）20 GB/T14447-93塑料薄膜静电测试方法-半衰期法21 GB-防（导）静电地面设计规范（报批）22 GB-高架活动地板通用技术规范（立项）23 GB-防静电系统技术和质量通用规范（立项）2002年以后发布的电子行业标准,大都和国际标准接轨。其中SJ/TI0694一部防静电系统检测方法的标准，其绝大部分内容等效采用了IEC61340-5-1SJ/T111591SJ/T10533-1994电子设备制造防静电技术要求2SJ/T10630-1995电子元器件制造防静电技术要求3SJ/T11277-2002防静电周转容器通用规范4YD/T754-1995通信机房静电防护通则5SJ/T10147-1991集成电路防静电包装管6SJ/T10694-2006电子产品制造与应用系统防静电检测通用规范7SJ/T11090-1996电子工业用合成纤维防静电绸性能及试验方法8SJ/T10796-2001防静电活动地板通用规范（替代GB6650－1986）9SJ/T11236-2001防静电贴面板通用规范10SJ/T11159-1998地板覆盖层和装配地板静电性能的试验方法2.2电子、邮电行业标准（SJ、YD）第三章:静电的介绍1、雷电：电压高达数亿伏；2、干燥环境下的静电电击：电压可达数千伏；3、绝大多数的静电放电是我们看不到的；人们对静电的感知人体能够感觉到静电时一般电压超过2000V。静电不易感知的原因：电量小，放电时间短See5000VHear4500VTouch3000VComponentDamage15-30V静电就是静止的电荷任何物质都是由原子组合而成，而原子的基本结构为质子、中子及电子。质子与中子因质量较高，紧密结合在一起称为原子核。电子因质量甚小，环绕于原子核外。

依其电气特性，将质子定义为正电，中子因不具电气特性，称不带电,电子的电气特性与质子相反,为带负电。在正常情况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现为中性不带电。一一一一一一一一+nx一+mx原子核nx

原子结构带电（静电）的情况下接触另一种物体时，因电压的差异而放电，这时发生瞬间高压的现象。1.首要的静电防护概念静电就是不平衡分布的电子，正负电荷有异性相吸，同性相斥的力量，即库伦定律。

Q=CV，V=Q/C，Q=电量；V=电压；C=电容。因此静电的第一个现象即为：同性电荷相斥；异性电荷相吸。2.电场及放电电流因电荷的存在，在周围空间中形成电场，其强度为：

V=Q/C，V：电位Q：电荷C：电容+++++QV电位强度

因电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子A，而投入其它的原子B，A原子因缺少电子而带有正电现象，称为阳离子，B原子因有多余电子而呈带负电现象，称为阴离子造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能源（如动能、位能、热能、化学能……等），任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。第四章离子的形成一一一一一一+nxmxA+一一一一一一一一nxmxB离子的形成一(N-a)*一(N+a)*阳离子阴离子

静电与大地间因有电位存在，如果触及电路时，就会产生电流即为放电电流；这个放电电流常会将电路导体烧融。其放电电流为：I=V/RI:电流,V:电压,R：电阻。VQIR放电电流在日常生活中，可以从以下多方面感觉到静电—闪电—冬天在地垫上行走以及接触把手时的触电感—在冬天穿衣时所产生的噼啪声这些似乎对我们没有影响，但它对电子元件及电子线路板却有很大的冲击。静电强度(Volt)活动情形10%-20%相对湿度65%-95%相对湿度走过地毯走过塑胶地板在椅子上工作拿起塑料文件夹拿起塑胶带工作椅垫摩擦35,00012,0006,0007,00020,00018,0001,5002501006001,0001,500第五章怎样产生静电（1）导电金属之间的摩擦

（2）导体和绝缘体、两绝缘体之间的摩擦

5.1摩擦的带电形式5.2固体的带电形式(C)剥离起电（1）断裂带电（2）压电效应起电（3）热电效应起电（4）剥离起电(d)剥离速度与剥离带电量的关系+++轮子轴皮带+++

正（＋）

负（－）人手、人发玻璃、尼龙、羊毛、丝绸、纸棉布木板硬橡胶醋酸人造纤维聚酯明胶聚氨酯、聚乙烯硅聚四氟乙烯+-Q1Q2FFFαγQ1Q2γ2F:力量Q1Q2:电荷γ:距离第六章静电的物理现象

静电就是不平衡分布的原子，阳电离子携带正电荷，阴离子携带负电荷正负电荷有异性相吸，同性相斥的力量，大小可以由库仑定律计算得出。+++++QVQV=CV:电位Q:电荷C:电容因为电荷的存在，即在周围空间中形成电场其强度为这个电场，其强度的可以打穿目前体积电路的绝缘层，破坏绝缘QIRVVI=RI:电流V:电压R:电阻

静电与大地间因有电位存在就会产生放电电流这个放电电流会将电路导体烧融。其放电电流为：静电的基本物理特性：1.吸引或排斥的力量2.与大地间有电位差3.会产生放电电流1、元件吸附灰尘改变线路之间的阻抗，影响元件的功能和寿命2、因为场或电流破坏元件之绝缘或导体，使元件不能工作（完全不能工作）3、因瞬间电场或电流产生的热使元件受伤，仍能工作但寿命受损晶片种类静电破坏电压VMOSMOSFETGaaSFETEPROMJFETSAWOP-AMPCMOS30-1,800100-200100-300100-140-7,200150-500190-2,500250-3,000七:对静电敏感的器件完全失去功能器件不能操作约占受静电破坏元件的百分之十间歇性失去功能器件可以操作但性能不稳定，维修次数因而增加约占受静电破坏元件的百分之九十在电子生产上进行静电防护：增加成本减低质量引致客户不满而影响公司信誉7.1电子元件的损坏的形式ESD电子器件的破坏即使是相当小的静电放电也可能损坏电子器件！ESDdamageFieldfailureHBMsimulationfailureBipolarICESDS有多敏感?人体30v的静电就会损坏一些敏感器件一些器件自身10v静电放电就可能损坏ESD造成的破坏半导体是最容易受到静电破坏的器件...

氧化层击穿

界面过热烧损

金属熔化常见的破坏有

:

以上的混合模式MetallizationburnoutESD造成的破坏

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威胁。这一过程包括：

元件制造：包含制造、切割、接线、检验到交货。印刷电路板：收货、验收、储存、插入、焊接、品管、包装到出货。设备制造：电路板验收、储存、装配、品管、出货。设备使用：收货、安装、试验、使用及保养。其中最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程。7.2电子原件静电破坏过程60~75%EOS/ESD其他30~50%EOS/ESDESD对电子业造成的损失8~33%ESDalone损失是巨大的！欧洲调查数据其他其他美国ESD协会调查数据日本调查数据

在物理特性上，所谓导电性物体，即在于物体中的电子可以自由移动，物体中的电位会迅速恢复平衡，达到每点电位平等。

基于电子可以自由移动的特性，我们可以简单的加以接地，给予这些不平衡的电子一个简单的通路，释放到大地，即可消除物体所携带的静电。八:导电性物体的静电消除方法1、

以工作人员的习惯，假设工作人员到达工作场所及接触零件时间为1秒，(也就是说,在1秒中需将人体之静电釋放至安全情形)则:υ(t)=υoe

υo=1500Volt(at65-90%R.H)υ(t)=100VOLTSC=200PF∴R=ln15/200×10=1.39×10Ωυ=带电体电压(VOLTS)υ=t秒后之电压t=接地后时间(设为1SEC)R=接地电阻(ohm)C=帶电体电容量(F)-tRC

由此式可知,接地电阻R=10Ω以下时，释放时间会小于1秒钟,当然R越小,时间t越短,但为人员安全起见,我們建议串联1MΩ限流电阻。2、

绝缘性物体的特性就是电子在该类物体中遭受束缚,不易移动,所以利用接地的方法不能消除这类物体的静电。针对这个状况,只能使用离子中和的方法,目前离子产生方法有:1.辐射离子化空气法:使用辐射能撞击空气,将空气分裂为等量的正、

负离子。

2.电量离子化空气法:使用交流高压,在空气周围形成极高电场,分 裂空气。

在电子工作场所，因电晕法，本身即存在一个强烈的交流电场，而且空气中易产生臭氧，对电子零件影响很大，所以很少采用。在其他场所采用的比较多（如，造纸、纺织。。。）。也常因高压交流电极易产生危险,所以辐射法是目前比较被接受的一种。

1、设置静电安全区域

一个安全的工作的区域，包含所有导电性与绝缘性物体，不得存在有足够破坏元件的电荷,所以整个工作区域须备有：

a.完整的导电及接地系统b.适当的离子化空气产生器区域管理很重要的！！九:静电防护要领2、警示所有可能接触元件的人

静电敏感元件种类凡多,所有操作人员、使用人员、搬运工人等并不容易识別,所以警示标志在整个静电防护工作中是非常重要的,它不但可防止不必要的破坏,而且可使您的产品获得适当的保护,增加贵公司的信誉。一个完整的靜电防护工作应具备下列几点：

完整的静电安全工作区域

适当的静电遮蔽容器

工作人员具备有完全的防护观念

警示客戶(包含元件裝配业、设备使用人员、维护人员),使客戶不致因不知道而造成破坏。

3、静电防护守则原则一：在静电安全区域使用或安装静电敏感元件原则二：用静电屏蔽容器运送及存放静电敏感元件或电路板原则三：定期检测所安装的静电防护系统是否操作正常原则四：确保供应商明白及遵从以上三大原则静电安全工作区

静电安全工作区

静电屏蔽容器

静电防护方法3、常见概念及应用

表面电阻率

简单地说表面电阻率就是同一表面上两电极之间所测得的电阻值，

将电极形状和电阻值结合在一起通过计算可得到单位面积的电阻值。现在市面上可以买得到读数为单位面积电阻值的测量仪体电阻率

体电阻率是通过材料厚度的电阻值，单位是Ω·cm导电材料

导电材料指表面电阻率和体电阻率分别小于106Ω和106Ω·cm的材料。耗散材料

耗散材料指表面电阻率和体电阻率分别小于1012Ω或1012Ω·cm的材料

防静电材料

“防静电”指的是能够抑制电荷累积，可以在材料制造过程中添加或者局部加入某种物质得到这种特性。

防静电材料无需用表面或体电阻率表示。导电添加剂如果由于成本或者其他设计上的原因只能使用塑料材料或复合材料时，

薄膜可以使用添加剂改善静电特性，将添加剂混入塑料材料中，

根据添加剂和树脂百分比不同可获得所需的导电性或耗散性导向装置和导轨

导向装置和导轨用来提供通道或者使器件放于一个固定的位置

或保持一定的方向性，采用的材料应能使电荷耗散掉并且防止器件摩擦生电。

表面电阻率为106Ω的材料具有良好耗散性而且不会损伤器件，如果送入的器件处于无静电状态，也可以使用导电性材料(表面电阻率低于106Ω)传送带

传送带用来输送元件、PCB和其他器件，材料一般为塑料、纤维制品或橡胶。如果传送带要接收从机器其他部分传来的器件，那么它应该采用耗散性材料。当传动带表面电阻率为1～106Ω时，它会使带电器件放电速度太快，对器件造成损害；当表面电阻在106～109Ω时，只要传送带通过转轮滑轮和机架良好接地，传送带上就不会带电。另一个要考虑的问题是传送带速度。如果传送带运动速度太快，器件放到传送带上时就可能会滑动(或者器件保持不动而传送带继续在动)，这时就会形成摩擦生电，传送带如果接地能使电荷耗散掉，但是器件或PC板仍带有电荷而会造成危害。

4、人员接地

项目标准手－腕带接地电阻采取人－鞋－地板ANSI/ESDS20.20-2007（测试方法TR53）,IEC61340-5-1-2007＜3.5×107Ω对地电阻RD＜1×109Ω和起电电压＜100V（利用接触式静电电压表测试）穿戴电阻＜3.5×107Ω(利用接触式综合电阻测试仪测试)GJB3007（修订版）和SJ/T106947.5×105Ω～1×107ΩGJB3007和SJ/T10694规定：1×105Ω～1×109Ω5、防静电工作服

标准项目ANSI/ESDS20.20－2007（测试方法TR53）IEC61340-5-1-2007规定表面点对点电阻RS＜1×1011ΩRS＜1×1012Ω对地电阻RD＜1×109Ω(带接地端子)RD＜1×109Ω(带接地端子)（人－服装接地连接线)穿戴系统电阻RD＜3.5×107ΩRD＜3.5×107Ω6、腕带

标准项目IEC61340-5-1-2007ANSI/ESDS20.20-2007（测试方法TR53）GJB3007、SJ/T10694规定腕带线两端点电阻＜5×106Ω＜0.8×106Ω～1.2×106Ω7.5×105Ω～1×107Ω腕带内面对腕扣≤1×105Ω≤1×105Ω≤1×105Ω腕带外面＞1×107Ω＞1×107Ω穿戴时电阻＜3.5×107Ω＜3.5×107、疲劳弯曲实验16000次，电阻值符合要求7.5×105Ω～1×107Ω7、有关EPA内静电场

在EPA内，距静电敏感器件的距离12英寸范围内（30cm）静电源的静电场强静电源的对地电位电子机房绝缘体静电电位ANSI/ESDS20.20-2007不大于±2000V/英寸EIA625-99不大于±1000V/英寸JGB3007不大于±100VGB50174不大于±1000V8、工作表面（台面）

项目标准表面电阻表面起电电压对地电阻ANSI/ESDS20.20-2007RS＜1×109Ω＜200VRD＜1×109ΩIEC61340-5-1-2007RS＜1×109ΩRD＜1×109ΩSJ/T10694-2006RS：1×105Ω～1×109Ω＜100VGJB3007（修订版）1×105Ω～1×109Ω9、

运转车、货架项目标准对地电阻表面点对点电阻运转车表面起电电压ANSI/ESDS20.20-2007、IEC61340-5-1-2007、GJB300