《静电释放防护》培训教材解析.ppt

1、欧陆通电子有限公司培训教材,ESD 防 护,培训课题：,主讲人 陈磊 2010年4月21日,提 示,请将手机设置成震动模式。,培 训 大 纲,一 什 么 是 ESD,中 文 名 称： 静 电 释 放 英 文 名 称：ElectrostaticDischarge,1 静电的概念,1.1 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. 在特定条件下,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

2、速运动和变化.,1.1 原子的结构,1.2 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

3、生活和工作中的各个方面所追求的.,1.3 静电现象 静电现象举例 1.握手或手接触时常被电击一下,是由于人身带了静电.接触 时突然放电所致 2.自然界中的放电例子很多,如大气中带有很强的电荷,在 80KM处,对地电位有200KV. 3.云相互摩擦而带大量的电荷,相互放电形成能量巨大的雷 电,对地放电则可能形成雷击. 4.工业中,如印刷中,纸离开滚筒时静电电压高达20KV. 5.我们生产线中,人体带电,摩擦带电,和感应带电等随时存 在,不加控制,可造成危害.,静电现象-雷电,ESD59%,2 静电是如何产生的,相 互 接 触、 摩 擦 或 滑 动（接触带电） 两 物 体 分 开 时（分离带电）

4、两 个 带 电 物 体 互 相 靠 近 时（感应带电）,分离,摩擦,2.1 静电产生举例,分离,摩擦等起电的过程,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,形成耦电层,物体快速分离,产生静电荷,人体电容静电模型,人体的静电并行 电容模型,充电的导体1,电介质,充电导体1,地板,脚,鞋,人体带电和环境的关系,人体电容典型值,人体的典型静电电压,2.2 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

5、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,1 ESD 的 危 害,静电电击 火灾及爆炸 绝缘设备破环 生 产 成 本 提 高 产 品 质 量 降 低 客 户 的 损 失,二 为什么要防静电,1.1 ESD 对电子元器件的 危害,静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流。这三种特性能对电子元件的三种影响：1静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻（缩短寿命）。2静电放电破坏，使元件受损不能工作(完全破坏-即 时 失 效)。 静电放电电场或电流产生的热,使元件受伤(潜在损伤-延 时 失 效)。3静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百伏/米）频谱极宽(

6、从几十兆到几千兆)，对电子产器造成干扰甚至损坏(电磁干扰) 如果组件全部破坏，必能在生产及品管中被察觉而排除，影响较小，如果组件轻微受损，在正常测试下不易发现，在这种情形下，常会因经过多层之加工，甚至已在使用时，才发现破坏，不但检查不易，而且其损失亦难以预测。要耗费多少人力及财力才能清查出所有问题，而且如果在使用时才察觉故障，其损失将可能巨大。,1.2 ESD对电子产品的危害,静电对电子产品损害的特点: (1). 隐蔽性人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉,这是因为人体感知的静电放电电压为23 KV,所以静电具有隐蔽性。(2). 潜在性有些电子元器件

7、受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。(3). 随机性电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说，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，而这些静电的产生也具有随机动性性。其损坏也具有随机动性性。(4).复杂性静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此，有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其他失效。这在对静电放电损害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不

8、明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性。,电 压 刻 度 表,1.3 ESD 的 危 害,对 静 电 防 护 来 说30 伏为 安 全 电 压 对 静 电 敏 感 元 件 来 说， 可 能十 几 伏的 电 压 就 可 将 它 击 穿,人体的放电过程,器件,电容,电 阻,典型静电电压,ESD造成 的代价! 30V可能就 把器件给” 毙”了!,1.4 静电危害和利用-案例1,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

9、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: 1. 单板升级一次,改动一个电阻 2. 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. 3. 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. 4. 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

10、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),1.4 静电危害和利用-案例2,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它厂家.该老板一下子损失每年近2000万的订单.,2 ESD防护的

11、好处,降 低 成 本 提 高 产 品 质 量 客 户 满 意 增 加 利 润,三 如何防静电,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

12、了各种防静电标准,执行这些标准,是 业界的基本要求.,1 ESD产生的 原因,ESD增加的原因 低 湿 度， 高温度 人体 的 活 动 快 速 运 动 所 接 触 的 材 料 的 类 型,典 型 的 静 电 源 地 板 服 装 和 人 员 座 椅 包 装 和 操 作 材 料 组 装 工 具 和 材 料,2 ESD各项防护措施,1 防止静电的产生,2 减少和消除静电,3 减少静电危害,4 严格防静电管理,2.11 防止静电的产生,控制静 电的生 成环境,1.湿度控制,在不导致器材或产品腐蚀生锈或其它 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,

13、3.尘埃控制,此为防止附着（吸附）带电的重要 措施,4. 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中和剂,防止人 体带电,1.佩戴防静电腕带,2.穿戴防静电服装、衣、帽,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,2.12 防止静电的产生,材料选 用要求,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

14、用静电导体材料和低电阻耗散材料,2.13 防止静电的产生,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、箱及其它 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,2.14 防止静电的产生,接地,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

15、设施、装罐设备、存储设 施（设备）接地,2.21 减少和消除静电,增湿,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,中和,针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,2.22 减少和消除静电,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

16、，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,2.23 减少和消除静电,控制静电的 生成提高 产品自身 抗静电能力,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CMOS 电容的形成等,2.31 减少静

17、电危害,采用静电 屏蔽和接 地设计,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,2.32 减少静电危害,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

18、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,2.33 减少静电危害,建立健全 责任制和 规章制度,1.建立健全各类人员（领导者、技术和管理 人员、操作人员）的静电安全防管理职责， 并备有检查制度,2.建立静电安全事故分析制度,3.编制具体详细的防静电操作规范,4.对设备、装置、器材、器具、工具等的防 静电性能要求建立定期检测制度,5.建立产品低电损害机理分析制度,2.41 严格防静电管理,培训教育,1.针对领导者、管理和技术人员、操作人 员等不同层次和不同岗位的人员，实施 有关防静电意识、知识、技术和安全要 求教育,2.针对不同岗位操作人员进行操作技能培 训及考核,2.4

19、2 严格防静电管理,标示,标识 及符号 的使用,1.应在静电敏感产品上和内外包装件上做出 标示标记或符号,2.应当对装置、设备中的静电敏感部件、部 位，按照标准的要求做出标记或警示符号,3.应对防静电作业场所（工作区）做出规定 的特别标记,4.对关心控制部位应标识报苦装置，以提醒 人们及时处理,2.43 严格防静电管理,按标准规 定规行检 验和审计,1.对有防静电性能要求的工具、器具、服装、 鞋袜、地面、桌椅和工作台整等应定期检 测，使之保持合格状态,2.对有明确指标要求的环境参数（例如湿度、 温度、浓度、静电位等）应按规定测量监 查,3.对人体和设备、装置、系统的接地状况应 按规定检查,4.

20、对产品的静电敏感度（抗扰度）应按标准 的规定进行试验，并建立质量分析和反馈 制,2.44 严格防静电管理,3 常用的ESD的防护物品,常用的防静电产品,（1）防静电手套：它用防静电布或防静电针织物制成。用于需带手套操作的防静电环境。 参考数据: 防静电织物和服装的防静电性能指标是:织物的面电荷电密度7c/(m*m)；服装的摩擦起电电量0.6c/件；洗涤次数：A级100次；B级50次。,防静电手套,（2） 防静电手环（又称腕带），用以泄放人体的静电荷。 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。 参考数据: 主要指标是：弹簧软线最大长度250cm；保护电阻1M；腕带泄漏电阻5M。,常用的防静电产品,防静电手环,（3）防静电地毯: 在纯羊毛中加入适量的导电纱并做接地处理后制成。 参考数据: 主要指标是： 步行起电电压：A级品500V；B级品2000V 系统电阻：10KM,常用的防静电产品,防静电地毯,人体静电防护产品举例,防静电脚腕带,无绳