防静电基础教材

提示：请关闭您的或将您的设为振动状态防静电知识根底培训教材大纲1〕静电的根本概念与产生原理2〕静电的利益与危害3〕静电的防护与控制4〕防静电的检测及仪器的操作5〕防静电的实际运用举例静电的根本概念静电〔Electrostatic〕就是物体外表过剩和缺乏的静止电荷，静电是一种电能，它留存与物体外表；静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子和离子的转移而形成的。静电放电〔ESDElectrostaticDischarge〕：带有不同静电电势的物体或外表之间的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电。静电敏感度(ESDSElectrostaticDischargeSensitivity)静电敏感器件(ESSDElectrostaticSensitiveDevices)EPA:ESDProtectArea(ESD防护区域)ECA:ESDControlArea(ESD控制区域)---+静电的根本概念人体的充电过程剥离带电摩擦带电静电问题依附于物体〔气、液、固体〕而存在。如果物体带有过剩的电荷那么成为带电体。物体间的电荷转移过程就是起电过程。静电产生的方式很多，接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等都可以产生静电。但根本过程可归纳为：接触--?电荷转移--?偶电层的形成--?电荷别离。静电的根本概念影响静电产生和大小的因素静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度有密切的关系。在高湿度环境中由于物体外表吸附有一定数量杂质离子的水分子，形成弱导电的湿气薄层，提高了绝缘体的外表电导率，可将静电荷散逸到整个材料的外表，从而使静电势降低。所以，在相对湿度高的场合，如海洋性气候地区(如我国的东南沿海地区)或潮湿的梅雨季节，静电势较低。在相对湿度低的场合，如大陆性气候地区(如我国的北方地区)或枯燥的冬季，静电势就高。与普通场所相比，在空气纯洁的场所(如超净车间)内，因空气中的离子浓度低，所以静电更加容易产生。静电的根本概念静电的根本概念

静电具有以下特点1〕从防静电危害的角度考虑，GJB3007－97分3类:面电阻率105及以下为导静电材料105—1011为静电散逸材料1012以上为绝缘材料静电的根本概念静电的根本概念静电放电的三种方式带电人体的放电方式(HBM)由于人体会与各种物体间发生接触和磨擦，又与元器件接触，所以人体易带静电，也容易对元器件造成静电损伤。普遍认为大局部元器件静电损伤是由人体静电造成的。带电机器的放电方式〔MM〕机器因为摩擦或感应也会带电。带电机器通过电子元器件放电也会造成损伤。这类就叫做：机器放电的模型〔MachineModel〕充电器件的放电模型〔CDM〕在元器件装配、传递、试验、测试、运输和储存的过程中由于壳体与其它材料磨擦，壳体会带静电。一旦元器件引出腿接地时，壳体将通过芯体和引出腿对地放电。这种形式的放电可用所谓带电器件模型(Charged-DeviceModel，CDM)来描述。静电的根本概念静电的危害静电的危害静电的危害ESD对电子器件侵害方式ESD对电子器件侵害方式主要有三种：①静电源直接对电子器件放电；②带电器件对其他导体的静电放电；③电场感应放电。Ⅰ、静电源直接对电子器件放电ESD事件常常发生在带电导体〔包括人体〕对ESDS的放电过程中。一般的静电危害是人体或带电导体直接对ESDS放电造成。Ⅱ、带电器件对其他导体的静电放电当静电放电敏感器件在操作过程中，或者与包装材料、机器外表接触后，就会积累静电荷。当器件在包装盒移动或震动时就会发生静电放电。这种放电情况，涉及的电容和能量不同于人体对ESDS器件的放电情况。在某些情况下，CDM事件比HBN事件所造成的危害更大。Ⅲ、电场感应放电感应场可以直接或间接对地造成危害。因为任何带电体周围都存在静电场。如果ESDS器件进入静电场范围，就会因为感应而带电。如果器件在电场区域内接地，电荷转移到地的过程称为CDM事件。静电的危害人体带电电压电冲击程度备注1,000[V]

几乎感觉不到.微小的放电声音发生看到发光手指头放电发光.2,000[V]

用手指头接触稍微感觉到.2,500[V]

放电部分感觉被针扎到3,000[V]

感觉稍微疼，感觉到被针扎的感觉4,000[V]

感觉是手指头被针扎的比较深.5,000[V]

手心和手腕也感觉到电冲击6,000[V]

手指头及胳膊感觉到很强的电冲击。7,000[V]

手指头，手心感觉到很强的疼痛及麻痹的感觉8,000[V]

手心到手腕感到麻痹9,000[V]

手腕和胳膊感觉到疼痛和感到麻痹.10,000[V]

手全部疼痛和感觉到通电。11,000[V]

手指头感到麻痹和手受到强的电冲击12,000[V]

因受很强的冲击全身感到疼痛.静电的危害静电的危害静电的危害多数未采取保护措施的元器件静电放电敏感度都是很低，很多在几百伏的范围，如MOS单管在100-200V之间，GaAsFET在100－300V之间，而且这些单管是不能增加保护电路的；一些电路尤其是CMOSIC采取了静电保护设计，可虽然以明显的提高抗ESD水平，但大多数也只能到达2000－4000V，而在实际环境中产生的静电电压那么可能到达上万伏。因此，没有防护的元器件很容易受到静电损伤。而且随着元器件尺寸的越来减小，这种损伤就会越来越多。所以我们说，绝大多数元器件是静电敏感器件，需要在制造、运输和使用过程中采取防静电保护措施。下表列出了一些没有静电保护设计器件的静电放电敏感度。静电的危害表2.1一些器件的静电敏感度器件类型实例静电敏感度(单位kV)MOSFET3CO、3DO系列0.1-0.2JFET3CT系列0.14-1.0GaAsFET

0.1-0.3CMOSCO00、CD400系列0.25-2.0HMOS6800系列0.05-0.5E/DMOSZ80系列0.2-1.0VMOS

0.03-1.8ECL电路EOOO系列0.3-2.5SCL(可控硅)

0.68-1.0S-TTL54S、74S系列0.3-2.5DTL7400、5400系列0.38-7.0石英及压电晶体

<10.0静电的危害电子行业如微电子、光电子的制造和使用厂商因为静电造成的损失和危害是相当严重的。据美国1988年的报道，它们的电子行业中，由于ESD的影响，每年的损失达亿美元之多；据日本统计，它们不合格的电子器件中有45％是由于静电而引起的；我国每年因静电危害造成的损失也至少有几千万。下左图是美国Ti公司对某一年对客户失效器件原因进行分析统计的结果，从中可以看到由EOS/ESD引起的失效占总数的47%下；以下图是美国半导体可靠性新闻对1993年从制造商、测试方和使用现场得到的3400例失效案例进行的统计，从中可以看到,EOS/ESD造成的失效也到达20%。静电的危害公司某一年客户失效器件原因的分析统计1993年从制造商、测试方和使用现场得到的3400例失效案例统计CC40694.0kVJF7092.0kV电路受ESD损伤后的形貌像静电的防护与控制ESD控制的根本原那么.做好ESD防护设计：器件选型、合理布线、设计保护电路等.消除和减少静电的产生：减少或消除静电产生的过程、维持过程和材料处于等电势等.使静电荷泻放与中和：使用静电导体、接地、电离器来泻放与中和静电.保护产品免遭ESD伤害：使用防静电材料包装和储运.防静电区设计原那么.抑制静电荷的积累和静电压的产生。如设备、仪器、工装不使用塑料、有机玻璃、普通塑料袋。.平安、迅速、有效地消除已产生的静电荷，使用有绳防静电腕带、防静电椅、防静电周转车、防静电周转箱。.保证静电压小于100V。静电的防护与控制防静电系统要素1.地面防静电地面〔防静电水磨石，防静电地板〕体电阻105～109Ω，敷设地线网。2.工位〔见附图〕3、接地a、防静电工作区必须有平安可靠的防静电接地装置，地电阻小于4Ω。防静电地线不得与电源零线相接，不得与防雷地线共用，使用三相五线制供电时，其地线可以作防静电地线。b、工作台面、地垫、坐椅和其它导静电的ESD保护设施均应通过限流电阻接入地线，腕带等应通过工作台顶面接地点与地线连接，工作台不可相互串联接地。c、防静电工作区接地系统，包括限流电阻和连接端子应连接可靠并具有一定载流能力，限流电阻阻值选择应保证漏泄电流不超过5mA，下限值取为1MΩ。4、温湿度20~30℃，相对湿度30~70%。5、增湿增湿器使空气潮湿，防止静电荷积累，此法不适于增湿后会产生有害影响的场地。静电的防护与控制7、人体穿防静电工作服、工作鞋，戴有绳防静电腕带、手套、指套等。8、包装静电敏感器件应采取防静电保护性包装，如防静电袋、防静电盒等。9、贮存、运输静电敏感器件必须存放在防静电容器〔箱、袋〕内，并用防静电运输工具〔箱、车〕周转。贮运中要远离静电场、电磁场或放射场，如电脑显示器顶部。静电的防护与控制静电的防护与控制静电的防护与控制静电放电会对器件造成损害，但通过采取正确和适当的静电防护和控制措施，建立静电防护系统，那么就可以消除或控制静电放电的发生，使其对元器件的损害降至最小。对静电敏感器件进行静电防护和控制的根本思想有两条：(1)对可能产生接地的地方要防止静电的聚集，及采取一定的措施，防止或减少静电放电的产生，或采取“边产生边泄漏＂的方法到达消除电荷积聚的目的，将静电荷控制在不致引起产生危害的程度。(2)

对已存在的电荷积聚，迅速可靠地消除掉。所以生产过程中静电防护的核心是“静电消除〞。为此可建立一个静电完全工作区，即通过使用各种防静电制品和器材，采用各种防静电措施，使区域内的可能产生的静电电压保持在对最敏感器件平安的阈值下静电的防护与控制静电的防护与控制绝缘材料：一般指外表电阻系数在1×1012欧姆或体电阻系数在1×1011欧姆/厘米以上的材料。绝缘材料的外表或内部根本上没有电流流动，它的电阻很大，难于接地。这种材料内的静电荷会在上面保存很长时间。导电材料：一般指外表电阻系数小于1×105欧姆或体电阻系数小于1×104欧姆/厘米的材料。这种材料电阻小，电子在其外表及内部流动非常容易，可流向任何接触到的其它导体或大地。耗散材料：一般指外表电阻系数大于或等于1×105而小于1×1012欧姆，或体电阻系数大于或等于1×104而小于1×1011欧姆/厘米的材料。屏蔽材料：一般指导电层每毫米厚度的外表电阻系数小于1×104欧姆，或体电阻系数小于1.0×103欧姆/厘米的材料，采用这种材料制作的法拉第保护罩可防止静电敏感器件受到静电的影响。抗静电性：通常指材料抑制磨擦起电的特性。材料的抗静电性与其电阻或电阻率没有必然的联系。如有些抗静电材料，电阻很高，属高绝缘型，但起电力很小，屡次摩擦都不会产生静电积累。理解并正确使用静电控制中的这些根本概念，可以使用语更加准确，这样有助于有效地实施ESD控制。注：当防静电制品发生损坏后需及时向设备科反响并进行更换。不可私自免强使用及自行修补。如防静电椅，防静电零件盒，防静电台垫的损坏！静电的防护与控制静电材料制品的种类相当繁多，但主要可以归为以下几类：防静电服装和腕带防静电服装和腕带是消除人体防静电系统的重要组成局部，可以使消除或控制人体静电的产生，从而减少制造过程中最主要的静电来源。防静电服装包括防静电的套装、大褂、鞋、帽、防静电手套、防静电指套、防静电脚束等。防静电服装是用不同色的防静电布制成。布料纱线含一定比例的导电纱，导电纱又是由一定比例的不锈钢纤维或其它导电纤维与普通纤维混纺而成。通过导电纤维的电晕放电和泄漏作用消除服装上的静电。由于不锈钢纤维属金属类纤维，所以，由它织成的防静电布料的导电性能稳定，不随服装的洗涤次数而变化。防静电腕带是操作人员在接触电子元器件时最重要的静电防护用品，通过接地通路，可以将人体所带的静电荷平安地谢放掉。它由防静电松紧带、活动按扣、弹簧软线保护电阻及插头或夹头组成。松紧带的内层用防静电纱线编织，外层用普通纱线编织。静电的防护与控制

防静电包装和运输制品等。防静电包装制品非常多，如防静电屏蔽袋、防静电包装袋、防静电海绵、防静电IC包装管、防静电元件盒(箱)、防静电气泡膜和防静电运输车等。这些包装制品除静电屏蔽用静电导体外，多数是用静电耗散材料制成的，也有些是用抗静电材料制作。目的都是对装入的电路或器件及印刷电路起静电保护作用。以下图是一些常用的静电包装制品。静电的防护与控制防静电地板和台垫防静电地坪和台垫也是静电防护工程中不可或缺的。防静电地坪的也有多种，按时效性分，有永久性的和临时性的；按材料分有导电橡胶、PVC、导电陶瓷等；按铺设方式分，有地面直接铺设的和架空的活动地板。可根据实际需要和本钱决定。如需要在地面走多种电缆、渠道的环境如计算机防选择架空铺设的活动地板比较好下左图是一些防静电地板。防静电台垫主要是防静电复合胶板，主要用于捕垫桌面、流水线工作台面、货架及制做地垫等。材料面层分为草绿色，导电物质是抗静电剂；底层为黑色，导电物质是碳黑。静电的防护与控制上述三大类制品外，还有其他一些防静电制品，如防静电电烙铁、防静电座椅、椅套、防静电维修包等。其中防静电烙铁在后工序和维修中很常用。一般的电烙铁在焊接静电敏感元器件时需要拔掉电源，而防静电烙铁采用直流温压电源，发热元件多项选择用具有恒温特性、静电电电容小的材料，可极大地降低各种干扰杂信号。另外，烙铁还可作静电接地，可进一步消除烙铁头上的各种信号。所以，焊接时无需拔掉电源头。另外还有：离子风机：构成：直流高压电源〔或放射源〕＋电晕放电器＋送风系统；特点：离子风机是一种可以提供平衡离子气流的，宽范围集中区域的桌上型离子消除器，可消除或中和宽范围集中目标或不易接触区域的静电荷。是精密电子产品，电子组装线，医药制程组装线，印刷，包装和细小产品成型的理想静电消除器，风量可以在45CFM-110CFM之间连续调节，离子平衡电压0V〔+/-10V〕。同维公司使用SL-001台式离子风机所产生的离子风速覆盖目标范围，风速覆盖范围在40*60CM，风速中和静电时间由多种因素决定，是决定离子风机的距离和风速。工作区域要离子风机覆范围内，离子风机需调至最大风速。静电的检测及

防静电仪器的操作静电环日点检方法:静电手环佩戴在手腕处且紧贴皮肤，手带松紧适中将静电手环的接地引线接到静电手环测试器的接地处，佩戴静电手环的那只手按压静电环测试器之金属圆盘，当绿灯〔“GOOD〞指示灯)亮起并且蜂鸣器鸣叫为合格;其它指示灯(“LOW,HIGH‘灯〕亮起均判为不良〔可能手带过松或接触不良等〕检测合格者必须在?静电环日检登记表?上之相应人员名字处签名每天早上上班之前〔8：00之前〕必须将防静电环检测完毕〔上晚班者必须在上班前检测完毕，每天至少检测一次静电手环佩戴在手腕处且紧贴皮肤，手带松紧适中，锁扣应扣到位，不能有接触不良现象〔发现有接触不良的，必须马上更换)判定:1、检测时＂GOOD＂绿色显示灯亮,表示该静电环符合规格,可正常使用. 2、检测时＂HIGH＂红色显示灯亮,表示该静电环超出规格,禁止使用. 3、检测时＂LOW＂红色显示灯亮,表示该静电环超出规格,禁止使用静电的检测及

防静电仪器的操作静电场测试仪特点：

FMX-002可测范围在+/-20kV，置有2LED灯确保测量距离在标准25mm处。

外壳为防静电材质，并有接地扣，确保测量结果正确可靠，显示有数字和图形，清晰明确.并可附有离子平衡测量板，测量离子产生器的剩余电压，可测范围+/-200V。

电场测量范围+/-20kV

2LED确定25mm工作距离

可配离子平衡测量板〔+/-200V〕

单按归零重置

单按显示锁定

闲置自动关机

电池效能显示输入电压：9V，6F22manganesebatterykV)〔自动显示调整〕标准测距：25mm+/-1mm离子平衡可测：+/-(0-200V)

测量距离根据ESD－STM3.1-2000lonization标准反响时间：1秒LCD显示更新：每秒5次精确度：+/-10%工作温湿度：10-40degC/RH:0-60%R图形显示：正：红色/负：蓝色数据显示：静电场〔1〕：+X.XX(0.00kV~1.49kV)

静电场〔2〕：+/-X.XX(1.00kV~20.0kV)

离子平衡：+/-X.XX(0~200V)声响报警：开机/闲置自动关机/超出可测范围自动关机：闲置约5分钟测量模式切换：静电场：单按Power掣，有一beep声;离子平衡：〔请先安装离子平衡测量板〕同时按Zero和Power,有二beeps声，并有押？每秒闪动。重量/体积：0.13kg/11.5cm*6.5cm*2.5cm〔连电池〕静电的检测及

防静电仪器的操作外表电阻测试仪测试量程为103~1012Ω，适用于测试平面材料，通过测试结果可以分辨被测材料为导体类、静电耗散类和绝缘类。。简易外表电阻测试仪配有一根专用接地线，把接地线的香蕉插头插入仪器外表的接地孔，另一度端的鳄鱼夹夹在接地母线上，把外表电阻测试仪平压在防静电台垫上，可以测试台垫的接地电阻。简易外表电阻测试仪的两测试极间距依据标准固定不变，测试时把被测材料放置在绝缘的平面上，外表电阻测试仪平置在材料外表，手指施加适当压力〔2~4千克力〕压触测试按钮，使测试电极和材料外表接触良好，指示灯发亮档即为测试读数。使用简易外表电阻测试仪测试外表粗糙不平的软性材料时，如泡沫板、气珠袋等，需要加大测试压力，可以施加到4~6千克力的压力，以保证测试电极和材料外表接触良好，测试准确。静电的检测及

防静电仪器的操作静电鞋/手腕带测试器使用方法：1.测量静电鞋/脚筋带;将选择开关拨到左边“FOOTWEAR〞，穿上静电鞋后站到测试板上，按住“PRESSTOTEST〞键，此时，左边〔LEFT〕指示即为左脚穿上鞋后的对地电阻，右边〔RIGHT〕指示为右脚穿上鞋后的对地电阻。2.测量手腕带;将选择开关拨至“WRISTSTRAP〞档，戴上手腕带，将插头或鱼夹接入插座〔鱼夹柱〕，按住“PRESSTOTEST〞键，右边指示即手腕带的电阻。名称范围LED显示静电鞋测试FOOTWEAR手腕带测试WRISTSTRAP报警声HIR>100MΩR>10MΩ有PASSR≥750KΩR≤100MΩR≥750KΩR≤10MΩ无LOWR<750KΩR<750Ω有LOWBATT电压小于7V，请更换电池静电的检测及

防静电仪器的操作测试仪器：接地电阻测量仪测试方法，下见图。

将被测试地极用导线接于仪器端子E；

在相同直线方向20m、40m潮湿土地处，分别插入电位探测针及电流探测针，各接于仪器端子P、C；

设置“倍率盘＂倍数；

自缓至快摇动仪器手柄，到达约120r/min，调整“测量标度盘＂，指针指于零位时，读数乘以倍率标度，即为接地电阻值；

反复测试3~5次，取平均值。静电的检测及

防静电仪器的操作

防静电台垫、地垫的防静电性能测试防静电台垫和地垫的测试方法相同，主要测试外表电阻和接地系统电阻。随机选定测试点，每个工作台垫/地垫的每个测试工程不得少于3个测试点，取平均值。测试方法：按照外表电阻测试方法测试台垫、地垫外表电阻；按图a所示，用兆欧表测试工作台面对腕带插孔电阻；按图b所示，用兆欧表测试工作台面对地系统电阻/接地电阻。静电的检测及

防静电仪器的操作防静电工作椅的防静电性能测试工作椅主要测试外表电阻、系统电阻和摩擦电压。随机选定测试点，每把工作椅每个测试工程不得少于5点，取平均值。测试方法：按左图所示，用兆欧表测试椅面对脚轮的系统电阻，需要导电性能良好的辅助金属平板；按右图所示，用兆欧表测试椅面与靠背之间电阻。静电的检测及

防静电仪器的操作工衣、工帽、手套的测试方法工衣、工帽、手套主要测试外表电阻和摩擦电压。随机选定测试点，每个样品每个测试工程不得少于5点，取平均值。工衣、工帽、手套的外表电阻测试方法相同，在绝缘平面上进行测试。工衣需要测试袖对袖、片对片、同一片上两点之间的外表电阻。静电的检测及

防静电仪器的操作工鞋、鞋跟的测试方法工鞋主要测试体积电阻和人体穿着时的系统电阻。按以下图所示，用兆欧表测试鞋底体积电阻〔内电极由总重量为4KG，直径为5MM的钢球组成〕。其余参照GB4385-1995进行检验。由于工鞋底面过窄或不平，电极重量有限，压力缺乏，电极和工鞋底面不能良好接触导致测试误差较大。因此工鞋的测试可以按照人体穿着工鞋的实际情况测试人体和工鞋的系统电阻。防静电鞋跟需要测试鞋跟的体积电阻和鞋跟带到鞋跟底部的系统电阻。静电的检测及

防静电仪器的操作周转箱、托盘、器件盒的测试周转箱、托盘、器件盒主要测试外表电阻、体积电阻和摩擦电压。随机选定测试点，每个样品每个测试工程不得少于3点，取平均值。按照左图，用兆欧表测试器具的外表电阻和体积电阻。周转车的测试周转车主要测试其对地系统电阻。随机选定测试点，不得少于5点，取平均值。按照右图，用兆欧表测试物流车台面对地的系统电阻。防静电小工具的防静电性能测试防静电小工具主要有毛刷、镊子、吸笔、吸锡器、IC起拔器、防静电粘胶纸等，它们的测试工程主要有外表电阻和摩擦电压防静电的标示标准周转箱，物料车，防静电提示贴电子零件盒，防静电提示贴斑马线区域防静电提示贴车间楼层，过道，防静电提示贴防静电地板，墙面，防静电提示贴工作台面静电皮防静电提示贴各种防静电提示防静电的标示标准防静电区域地板警示标签防静电区域地板警示标签仅用于粘贴在防静电区域〔EPA〕的斑马线上，也不允许在墙壁、立柱上张贴。在防静电区域斑马线上粘贴标签时，