ESD静电防护体系

ESD防护系统的建立CDPGPQA

Writer:

边建勇

Date:

2012.07.31目录一、静电及静电放电定义二、为什么要进行静电放电防护三、静电放电的主要模型四、静电放电防护方法五、如何建立静电放电防护系统六、相关仪器设备简介七、定义八、问题解答一、静电及静电放电定义二、为什么要进行ESD防护二、为什么要进行ESD防护人类日常活动可产生高达25,000V的静电。人类手的神经可感觉到低至大约3,000V的静电放电。只需要10V的静电放电就可毁坏IC内部的某些极小零件和迹线。虽然静电放电看不见、听不到或感觉不到，但可重大地损伤或毁坏电子产品。IBM公司通过对其某家电子公司经过长达5年的数据分析，对于完全失去功能的元器件，静电造成损坏约占30%。

（美国一年的损失达200多亿美金，仅电子工业的损失超过100多亿美金）人员操作产生的静电电压及各种元器件对静电的击穿电压三、静电释放的主要模型三、静电放电的主要模型1.人体带电释放模型HumanBodyModel(HBM)

：静电由人体释放到电子组件上的模型。2.设备静电释放模式MachineModel（MM）：静电由机器设备/工具上转移至电子组件上的模型。3.装置静电释放模型ChargeDeviceModel

（CDM）：静电在装置上的转移现象，主要出现在装置表面移动时由于摩擦静电所产生的带电现象。4.电场感应模型FieldInducedModel

（FIM）：主要出现在当静电敏感组件被置于静电电场附近或静电场内所发生的带电模型。四、静电控制方法四、静电控制方法1.静电泄漏与耗散通过静电耗散及静电接地将静电耗散或传导至大地。2.静电中和将额外产生的正负离子与静电源上的正负电荷中和,从而消除静电源上积累的静电（离子风扇、静电刷、抗静电剂）。3.静电屏蔽

用接地的金属线和金属网等将带电的物体包覆。目的是限制它对周围环境产生电气作用,消除因非导体带电而引起的力学现象和放电现象。但屏蔽不能将静电荷泄漏、消灭或消除。4.增湿

提高空气的湿度。在允许增湿的工作场所普遍采用这种方法消除静电的危害。它的主要作用在于降低静电绝缘体的表面电阻率,增强其表面导电性,提高泄漏的速度（如表格所示不通湿度对静电电压的影响）。五、如何建立静电防护系统静电防护系统组成设备防静电控制人体防静电控制静电泄放通道防静电工作区人员培训防静电标识静电放电控制系统包装、周转材料防静电控制环境控制1.静电泄放通道的建立接地极接地干线接地支线静电释放通道1.1接地极定义：埋入大地与大地有良好接触的导体或几个导体的组合。

重要参数：对地电阻≤4Ω（GB50174-1993）接地电阻与土壤电阻率有很大的关系，使用土壤电阻率测试设备可将土壤电阻率测出，然后根据公式计算出理论上的接地电阻。常用的两种接地电阻理论值计算公式：A：单根电极对地电阻B：多根对地电阻的计算备注：计算公式来源于（GJB/Z25-1991电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南）接地极的埋设举例把3根2.5m的角钢（45mm*45mm）沿直线打入地下离地面80cm处，每根角钢相距5m。用扁钢（30mm*3mm）将3根角钢串联焊接在一起。用镀锌扁钢（30mm*3mm）焊接有角钢的任意角作为地线引线引上墙面2m处。用25mm平方的铜芯线与地网引线通过铜线鼻接牢引入室内。接地极的测量测试设备：接地电阻测试仪测试方法：使用接地电阻测试仪测量接地极的对地电阻，要求电阻阻值应≤4Ω，否则加桩或用田字格加以解决。1.2接地干线定义：连接接地极与接地支线的接地线重要参数：a.接地干线最小接面积≧10mm2；b.宜采用裸铜线，若使用带绝缘外皮的地线，应使用黄绿双色线；c.与接地电极应采用焊接连接方式；

1.3接地支线定义：连接接地干线与终端设备、人员的接地线重要参数：a.接地干线最小接面积≧

2mm2；b.宜采用裸铜线，若使用带绝缘外皮的地线，应使用黄绿双色线；c.与接地电极应采用焊接连接方式；2.防静电工作区

ESDProtectedArea-EPA定义：配备各种防静电装备（用品）和设置接地系统（或等电位连接）、能限制静电电位、具有确认边界和专门标记的场所。EPA分为A、B级区域：A级：操作静电敏感度在-100V—100V之间的ESD产品区域为A级区域。B级：其他为B级区域。A级区域所用不直接接触ESDS产品的防静电用品（装备）应采用导静电用品；B级区域采用静电耗散用品。防静电工作区组成:防静电地板/地坪防静电墙壁/天花板防静电工作台防静电椅2.1防静电地坪/地垫定义：使用静电耗散/导静电材料制作并良好接地的地板/地垫。对于接触静电敏感度在-100V—100V之间的ESDS产品的EPA，地坪应使用导静电型材料。使用导静电材料（包括金属材料）时，环境电气设备设计和设置应符合人生安全。电性参数要求：对地电阻要求，静电耗散型1.0×106~1.0×109Ω对地电阻要求，导静电型＜1.0×106Ω2.2防静电地板/地垫测试点对点电阻测试参数要求：1.0×106~1.0×109Ω测试设备:兆欧表（带电极）测试方法：将样品放在绝缘的测试平台上，测试区域选择如图，区域间距300mm；将一个测试电极放于公共点上，将另一个电极放于A点，重复上述步骤分别将A点改为B、C、D点分别进行测试。地板表面对地电阻测试测试设备:兆欧表参数要求：1.0×106~1.0×109Ω测试方法：如图，测试人穿静电鞋站在接地的测试地板上，手拿其中一个电极，调整测试电压为10伏，另一个电极和公共接地点相连接。地板对地测试（安装后）测试设备：兆欧表（带电极）参数要求：1.0×106~1.0×109Ω测试方法：如图，将一个测试电极插入公共接地点上，将另一个电极放于地板上。

2.3防静电墙壁/天花板定义：使用静电耗散/导静电材料制作并良好接地的墙壁/天花板。参数要求：系统对地电阻≤1.0×1010Ω对地电阻测试（安装后）测试设备：兆欧表参数要求：≤1.0×1010Ω测试方法：如图，将一个测试电极插入公共接地点上，将另一个电极放于墙壁/天花板上。工作台图示：防静电工作台测试a.接地电阻测试测试设备：兆欧表（带电极）参数要求：系统对地电阻1.0×105~1.0×109Ω测试方法：如图，将样品放在绝缘的测试平台上,并使用70%以上酒精进行清洗两次将兆欧表的一极插入接地插孔中，另一极放在位置A，待读数稳定后读出对地电阻值，利用接地点对位置B，C，D，E进行同样的操作。防静电服款式要求（GJB3007A-2009上未做如下要求）a.防静电服的导电纤维必须织成网格状以便可以保持持续导通的静电释放路径。条状织法的导电纤维设计的防静电服是不可接受的。b.袖口必须设计成弹性的松紧束以便导电纤维通过人体的皮肤形成通路到大地。c.防静电服要用钮扣，金属件或者拉链不可接受。d.由于静电衣服在经过一定次数的洗涤后静电保护功能会有所损失,供应商需要保证防静电服在最少一年内防静电服静电防护功能依然存在。标识要求每件成品上必须有生产厂名、产品名称、商标、规格型号、等级、生产日期。网格状静电衣材料

如果设备不能通过地线接地,可以采用辅助接地,比如加防静电皮并通过防静电线给带底座的显微镜和放大镜接地等。设备无接地或接地不良时应使用额外的接地线连接设备接地点及接地支线强制接地，但需要注意的是设备接地时只能并联不可串联。

各设备、工夹具接地时要求用并联方式，切不可用串联方式，非用电工夹具无法接地时，需要保证夹具材料为静电耗散性或抗静电材料。表面电阻率测试摩擦起电测试6.环境控制6.1温度EPA内应装设有温度调节装置，以维持其室温在16℃-28℃，温度变化率小于5℃/h，并不得结露。在EPA内采用温度准确度优于1℃的温度计进行温度监控。6.2湿度EPA内应装设有湿度调节装置，保持其室内相对湿度45%-75%范围内。在EPA内采用湿度准确度优于3%的湿度计进行湿度监控。6.2洁净度EPA内每升空气中大于或等于0.5μm的尘粒数应少于18,000粒。测试设备：空气洁净度检测仪7.防静电标识7.1静电敏感符号呈三角形,里面画有一双被拉一道痕的手,用来表示该物体对ESD引起的伤害十分敏感,其标示以识别该物体为ESD敏感物。在敏感组件(如IC,电晶体,二极体,晶振等)包装上或放置区标示。7.2静电敏感防护符号呈三角形,在三角形周边有一个弧圈,在三角形内手上的一道痕没有了,用来表示该物体经过专门设计具有静电防护能力。其标示经识别该物体为ESD防护物;此符号广泛用于标识ESD席、ESD座椅、ESD手链以及其它ESD包装材料等;同时该标志也应用于工具,工作台以及其它ESD提供防护的设备等物品。7.3黄色警戒标志50mm宽，用于标识EPA区域的界限。7.4防静电工作区标识最小尺寸300mm*150mm，颜色为黄底黑字，用于防静电区进口等区域宣传。7.5接地连接点符号样式如图，大小应在普通光照条件下肉眼清除辨别，标记采用黄底黑字，EPA内的接地连接点，都应贴有接地连接符号。7.培训所有在EPA工作之新进人员必须经静电防护知识训练合格后才可上岗,所有可能接触到ESDS组件和产品之人员必须定期进行ESD培训,培训有效期为1年,在培训有效期内若有发现有严重违背ESD防护要求之情况,则需对其重新培训。静电防护知识至少包括静电原理与危害,ESDS组件和产品的基本特性,工作场所ESD防护的知识等，保留记录表，培训考试合格发放有效识别卡片。六、相关仪器设备简介1.静电场测试仪静电场测试仪分接触式及非接触式静电场测试仪。外壳为防静电材质，并有接地扣，确保测量结果可靠。主要用于实验室条件下测定纺织原料和制成品（含纤维、纱线、织物、地毯、装饰织物）的静电性能，也可用来测定其它片、板状材料如纸张、橡胶、塑料、复合板材等的静电性能。仪器主机由电晕放电装置、探头和检测系统组成。利用给定的高压电场，对被测试样定时放电，使试样感应静电，从而进行静电电量大小、静电压半衰期、静电残留量的检测，以确定被测试样的静电性能。测定范围0--±200KV测定距离20mm±0.5（从被测物体的距离、带电电位测定时）应答速度1秒以内取样调查速度5回/秒测定精度±10%（指示值）可操作环境10℃～40℃、60%RH以下材质导电性ABS树脂2.重锤测试仪（兆欧表）

重锤测试仪型兆欧表用于测量所有导电型、抗静电型及静电泄放型表面的阻抗或电阻。该仪表还可测量影响电性能的相对湿度和温度。“湿度和温度会影响阻抗，所以必须测量”测量表面阻抗103-1012欧姆/平方米，测量电阻103-1012欧姆。

使用环境：相对湿度10％-90％RH；温度0℃-37.8℃)包含2个5磅重电极，可测量桌垫、地板涂料层、漆面、腕带、工作服、鞋(鞋套)、袋子和容器。检测条件及结果人体静电电压:18KV

环境温度:20℃五指释放时间+0.091s残余电压-10V五指释放时间-0.090s残余电压-10V手掌释放时间+0.084s残余电压-9V手掌释放时间-0.082s残余电压-9V人体静电消除器4.绝缘电阻测试仪通常被称为兆欧表或高阻计，广泛用于测量发电机、马达、电源变压器、配线、电器和其它电气装置的绝缘电阻，以保证这些设备、电器和线路工作在正常状态，避免发生触电伤亡及设备损坏等事故。兆欧表大多采用手摇发电机供电，故又称摇表。它的刻度是以兆欧(MΩ)为单位的。工作原理兆欧表通过用一个电压激励被测装置或网络，然后测量激励所产生的电流，利用欧姆定律测量出电阻。兆欧表采用的电压范围通常从50V到高达5kV；而典型数字多用表的电压一般小于10V。对于绝缘测试来说，需要测量的电阻值范围很大，其上限可达到10TΩ，所需的电压更高。兆欧表选用规定兆欧表的电压等级应高于被测物的绝缘电压等级。所以测量额定电压在500V以下的设备或线路的绝缘电阻时，可选用500V或1000V兆欧表；测量额定电压在500V以上的设备或线路的绝缘电阻时，应选用1000~2500V兆欧表；测量绝缘子时，应选用2500~5000V兆欧表。一般情况下，测量低压电气设备绝缘电阻时可选用0~200MΩ量程的兆欧表。5.静电环测试仪用于测试静电环的对地电阻测试方法a.将静电环戴在手上，并把接地按纽扣在手腕上。

b.将接地线另一端之鳄鱼夹夹在上方的金属柱上，连接完成后，以一手按测试开关。

c.此时LED亮绿灯，并听到哗哗声，即表示接地线良好。

d.如LED亮黄灯或红灯，则必须检查更换静电环。6.人体静电综合测试仪器可检测防静电鞋/脚筋带、手腕带的对地电阻，工作原理欧姆定律7.接地电阻测试仪工作原理由机内DC/AC变换器将直流变为交流的低频恒流，经过辅助接地极C和被测物E组成回路，被测物上产生交流压降，经辅助接地极P送入交流放大器放大，再经过检测送入表头显示。借助倍率开关可得到三个不同的量限：0～2Ω、0～20Ω、0～200Ω。测试方法仪器8.法拉第筒用途：在试验条件下评定织物以摩擦形式带电荷后的静电特性，需要和滚筒摩擦机及静电电位计配套使用。使用方法：用规定的摩擦材料摩擦样品后投入法拉第筒测试其带电量七、定义1.静电泄漏electrostaticleakage带电体上的电荷通过带电体自身或其饱物体等途径，向大地传导而使电荷部分或全部消失的现象。2.接地物体通过导电、防静电材料或防静电制品与大地在电气上作可靠连接，使静电导体与大地的电位接近，给静电驻导体提供泄漏电荷的避道。3.直接静电接地通过金属导体使物体接地的一种接地方式．4.间接静电接地通过非金属导电材料线、防静电材料以及防静电制品使物体接地的一种接地方式。5.硬接地通过金属导体直接与大地相连的接地方式6.软接地通过在硬接地回路间增加一电阻，以达成控制泄漏电流的接地方式。7.表面电阻施加于材料表面上的两个电极之间的直流电压与该两电极之间电流的比值。8.电阻率表征材料导电性能的物理量，其倒数为电导率。注：电阻率单位为欧•米(Ω•m)9.表面电阻率表征材料导表面电性能的物理量。它是正方形材料量两对边间的电阻值，与物体厚度及正方形大小无关。注：表面电阻率单位为欧•米(Ω•m)。10.电极对地电阻从大地电极连接点到大地很远的点的电阻。11.土壤电阻率单位体积土壤的电阻，1立方体均质材料，当跨接在相对的2个面进行测量时，其值正比于电阻率，反比于该立方体1边的长度R=pl/S=pl/l2=p/l（p为材料的电阻率Ω.cm或Ω.m，S为面积，l为边长）12.ESDS静电放电敏感的electrostaticdischarge

sensitive八、问题解答1.材料与静电的关系分类？a.抗静电材料(低带电性材料)能抑制摩擦生电的材料;摩擦电压在200V以下的材料;抗静电材料没有表面电阻率或体积电阻率的要求。b.静电耗散性材料具备一定的导电率以便使静电荷被耗散掉，但导电率不可大到产生危害性电冲击的程度;表面电阻率处于10^5欧姆/平方到10^12欧姆/平方之间或体积率电阻处于10^4欧姆·厘米到10^11欧姆·厘米之间。c.