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静电防护技术 专题讲座,He Zhongming,ESD防护技术,第一部分 ESD基础知识,静电的基本概念：定义,静电：物体表面过剩或不足的相对静止不 动的电荷。静电是一种电能，它留 存于物体表面；静电是正电荷与负 电荷在局部范围内失去平衡的结果。静电现象：是电荷的产生和消失过程中产 生的电现象的总和。,静电的主要特点,静电材料按电阻率划分的静电导体、静电耗散体、静电绝缘体与“动”电（流动的电流）情况下按电阻率划分的导体、半导体、绝缘体完全不同。静电具有高电位、低电量、小电流以及作用时间短的特点。受环境条件，特别是湿度的影响比较大，静电测量时复现性差，瞬态现象多。,物体的起电方式,由于电子的得与失使物体失去电平衡，就产生了静电。静电产生的基本过程可归纳为：接触电荷转移偶电层的形成电荷分离。物体的起电方式主要有：1）物体间的摩擦，产生的热可使电子转 移，产生静电；2）物体间的接触与分离；3）电磁感应；4）摩擦与电磁感应综合效应。,常用物品摩擦起电序列,(-)(+),人手玻璃人的头发尼龙羊毛铝纸棉花硬橡皮铜银金聚乙烯,R1011,106R1011,R106,V(t)=Voe(-t/RC)t=0 V(0)=Vo t=V()=0,静电衰减规律,静电积累规律,人 体 静 电,人体静电：指由于自身行动或与其它的带 电物体相接触或相接近而在人 体上产生并积聚的静电。人体静电的起电方式主要有：、步行起电。、摩擦起电。、静电感应起电。、接触传导带电。,静电放电（ESD）:当带电体上的电荷所产生的电场，其电场强度超过周围介质的绝缘击穿电场强度时，带电体表面附近的介质就发生电离，引起静电电荷转移，因而使带电体上电荷趋向减少或消失，这种情况又叫静电放电。（Electrostatic discharge，缩写为ESD）,静电放电效应,静电放电效应,右图是ESD对电子元件的损害，箭头所指处为静电放电后造成的“爪型脚”，使集成电路部分损坏。（该图放大320倍）,ESD损伤的失效模式,即时失效：又称为硬击穿或突发性完全失效,它是器件的一个或多个电参数突然劣化,完全失去规定功能的一种失效。延时失效：如果带电体的静电位或存贮的静电能量较低，仅能供给短暂发生的局部击穿能量，或ESD回路有限流电阻存在，一次ESD脉冲不足以引起器件发生突发性完全失效，但它会在器件内部造成轻微的损伤，使器件的性能劣化或参数指标下降，降低了器件抗静电的能力、使用可靠性与寿命，使其运行一段时间后，出现故障而不能正常工作。,典型的ESD损伤失效机理,典型的ESD失效机理包括：1)热二次击穿、2)金属化熔融、3)体击穿、4)介质击穿、5)气弧放电、6)表面击穿。前三者的失效机理与能量有关，而后三者的失效机理与电压有关。典型ESDs器件失效分析示例表,静电敏感器件（SSD）,SSD：在日常操作、贮存、传递、测试过程中容易因静电放电而引起损伤的器件称为静电敏感器件。（Static Susceptivity Device）典型器件静电敏感度,静电放电敏感度级别,静电放电敏感度级别：是建立静电安全作业区的依据，是指电子元器件、组件和设备按照静电放电敏感度试验方法测出的其对静电放电损坏的敏感度而进行的分级。静电放电敏感(ESDS)电子元器件分类,静电放电敏感度级别,ANSISTM5.1-2001标准,Neophotonics 现行标准,静电放电敏感度级别,公司产品ESDS分级,操作者典型活动产生的静电电压,工业环境静电防护技术,第二部分 ESD防护技术,ESD防护的必要性,环境静电防护区域分级,将静电敏感度小于等于500V的产品所在操作处理区域的静电防护区划为B级，标识为B级，要求该区域的静电电位不得超过100V；将静电敏感度大于500V的产品所在操作处理区域的静电防护区划为C级,标识为C级，要求该区域的静电电位不得超过500V。PCBA生产部全部的静电防护区域均属C级静电防护区,ESD防护的必要性,由于器件集成度的不断提高，电路密集度更高，致使其耐击穿电压愈来愈低。静电在电子工业中被称为“看不见的敌人，无处不在的杀手”。一般情况下，几百伏的静电电压不易被人体感知，人体能感觉到静电电击时的静电电压一般在3KV4KV以上，在5KV以上静电电压才能看到静电放电火花，然而一般器件可能早已损坏。对静电的防护主要应致力于防患于未然，对ESD进行综合防护。,人体带电电位与静电电击程度的关系,静电防护的目的,SMT组装过程中静电防护的根本目的是：在元器件、组件的制造和使用过程中，通过各种防护手段，防止因静电的放电效应而产生或可能产生的损害，或将这些损害限制在最小的程度，以确保元器件、组件和设备的设计性能及使用性能不致因静电作用受到损害。,“防”防止静电场，有效抑制或减少静电荷的产生，严格控制静电源。“泄”迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷，避免静电荷的积聚。“控”对所有防静电措施的有效性进行实时监控，定期检测、维护和检验。,静电防护的基本原则,静电的基本防护途径,.工艺控制法.泄漏法.静电屏蔽法.复合中和法.整静措施,在每个即使细小的环节，利用一些必要的、有效的静电防护手段，选用优质的防护技术产品；制定完善的静电防护管理规程，并切实有效地贯彻执行。,全面、综合、配套的静电防护内容,防静电工作区（EPA）,EPA（ESD Protected Area）是一配备各种防静电设备和器材、能限制静电电位、具有确定边界和专门标记的适于从事静电防护操作的场所。在该场地经培训的工作人员可以在具有最小的静电放电或静电场损害的情况下操作ESD敏感产品。,防静电工作区标记,根据GJB3007-97国家军标规定：A级防静电工作区允许的对地静电电位不超过100V；B级防静电工作区是指允许的对地静电电位不超过1000V。,ESD防护过程控制要求,1)静电防护是一个系统工程，渗透到生产的全过程，每个环节都必须同样重视，万不可厚此薄彼。2)防静电工程涉及的部门众多，需要相互协调、共同努力，各司其职，ESD才能得到有效控制。3)静电防护在很大程度上是提高静电防护意识问题，提高所有接触静电敏感器件人员的静电防护意识，定期进行静电防护安全操作与静电防护技术培训是非常重要的。4)制定完善的静电防护管理规程，实行有效的管理和监控，最大限度地减少或避免静电的危害。,静电防护系统的组成,完备的静电防护硬件系统包括：人体静电防护、环境静电防护、操作系统静电防护、静电保护接地、离子风机静电消除器、静电检测及监控仪表、防护措施的日常维护。,环境静电防护,防静电工作区的地面、墙壁、天花板，按国家标准要求因选用防静电材料，地面是一个静电产生的主要来源，因此必须重视工作区地面的静电防护。地面的处理方法有：1：防静电地板漆、2：防静电PVC贴面地板、3：防静电橡胶地板 4：防静电环氧自流坪 5：防静电高架地板,防静电操作系统的组成,防静电安全工作台及防静电桌垫防静电地垫防静电区域警示标志防静电元件盒（袋）防静电周转车、周转箱接地工具和设备其它保护设备,防静电工作台组成,防静电接地,接地是将电气连接到能供给或接受大量电荷的物体上，地线是指能够接受或提供大量电荷的物质（如大地、舰船或运载工具、设备外壳等）。通常说的接地有硬接地和软接地之分：硬接地是指直接或通过一个低阻抗同地线相连；软接地是指通过足够高的阻抗接地，将电流限制在人身安全电流（通常为5mA）之下。防静电系统的接地线不得接在电源零线上，也不得与防雷地线共用，必须有独立可靠的接地装置，接地电阻一般应小于10。使用三相五线制供电，其大地线可以作为防静电地线（但零线、地线不得混接）。,离子风机静电消除器,离子中和法的原理是：绝缘体表面所产生的静电荷以正、负电荷对称产生，离子中和法是使空气先发生局部电离而产生含有正、负离子的空气气流，然后用风机将气流吹向静电荷积聚区，气流中的正、负离子将遵循同性相斥、异性相吸的原理与绝缘体表面所积聚的静电荷进行中和，从而达到消除静电的目的。,EPA有效性检查要求,EPA有效性检查,EPA 检 查 表(PI640003静电敏感产品操作管理规范,常见静电防护系统所需的产品,静电防护系统,静电消除器 当EPA中的产生静电的物体不可避免或静电电压水平超过ESDS器件的静电敏感程度时，在EPA的适当部位，应装设静电消除器，以消除未打开的包装件上的静电荷和在操作过程中因人体、工具及其它物品相互摩擦在工件上所产生的静电荷。静电消除器应能消除任何一种极性的电荷，并在其有效防护区域内使静电位保持在规定值以内，中和能力应优于250V/s，在使用时静电消除器（如去离子风机）应让出风对着ESDS产品操作区域，距离不远于80CM，风速不小于3M/S，即要求风速旋钮开关打到最大值的60以上,静电防护系统,防静电接地系统 ESD系统地应是一个相对独立地，不得与防雷地共用。EPA的防静电接地系统包括人体防静电接地、地坪（或地板）防静电接地和操作装置、仪器的防静电接地等。除个别指明需采用硬接地者外，一般采用软接地方式，其接地电阻可由外接电阻、材料内固有电阻或它们的组合构成。各种防静电接地的接地电阻要求。操作员工每天须对自己工位上的铜柱、螺钉目识检查，看是否松动或脱落，如有报拉长找有关人员处理，拉长应每日巡查。,静电防护的监控与管理,循环使用ESD物品使用过程中的监控管理组织架构图,循环使用ESD物品使用过程的控制管理1 各部门主任、文员各生产线主管、组长、物料员ESD控制工程师各生产线员工,静电防护的监控与管理,对重复使用的防静电物料，实行编号管理。在生产或投入使用前进行编号，在以后的使用过程中以该编号进行追溯管理。对于无编号循环使用的防静电物品在以后的研发、中试、生产过程中进行停用并隔离。循环使用的防静电物料，在使用过程中以物品上的编号为依据进行跟踪管理。各生产线对所在区域的循环使用的防静电物品进行跟踪管理。注塑周转盒的编号应包含该物料的生产日期（或开始使用日期）和物品本身的序号（批量中的编号）两部分。例如：防静电周转盒的一个编号为60122003，其中前面的“60122”表示该周转盒的生产日期是06年1月22日，后面的“003”表示这一批中的第三个。对于这部分编号工作，原则上由供应商在生产时完成。即采购在下定单时，负责采购人员通知供应商在生产时在适当位置加上编号。对于部分物料供应商不能编号的，我们在投入使用前按上述编号方法编号。注塑类的周转盒、盘，元件盒等，在使用过程中以编号进行管理，按第二部分防静电工作区规划和维护作业指导中的要求，进行周期性的抽样检测。吸塑类周转盒、盘，小的元件盒等物品，在生产时要求供应商加上批号标识，该批好标识为盒子的生产年月，例如2006-03。在使用过程中以批号近行跟踪管理，按防静电工作区规划和维护作业指导的6.6部分要求进行周期的按批号抽测，以淘汰不良批次。在使用过程中出现破损，脏污严重的立即报废。对于循环使用的吸塑包装盒，采取同样的方法进行管理。,静电防护的监控与管理,用于装流程卡的防静电屏蔽袋，应与产品包装用的防静电袋区分。即在袋子上增加到期日期，在供应商生产时加上到期日期。到期日期为生产日期加三个月时间。在后继使用中，以袋子上的日期进行报废处理。对于使用不到三个月，存在破损、严重皱褶的进行报废。装作业指导书的防静电文件袋，在生产时要求供应商加上批号标识，该批好标识为盒子的生产年月，例如070321。在使用时，有标识的一面应放在外面，以方便查看。在使用过程中以批号近行跟踪管理，按防静电工作区规划和维护作业指导的6.6部分要求进行周期的按批号抽测，以淘汰不良批次。周转使用的黑色防静电海绵，在来料时检验。因其为永久性防静电材料，划为小块使用后，在使用过程中出现不能固定器件产品得，则需淘汰掉。对于防静电工衣工帽工鞋，要求供应商生产时在物品上的适当位置加上生产日期编号。使用过程中按第二部分防静电工作区规划和维护作业指导中的要求进行周期检测，以报废不良品。使用防静电电木板制作的夹具，测试台等实行编号管理，严禁私自改动编号。并以该编号记录测试结果，其检测方法和频率参见第二部分防静电工作区规划和维护作业指导。,静电防护的监控与管理,防静电工具，如剪钳、酒精瓶、镊子等。以所使用的工位号为准，建立检测跟踪记录表，此表单由使用部门设备管理员进行保管。制造工程部负责检测并保留测试数据 防静电手腕带使用者进行自检，发现不良立即停止使用，严禁未经检测使用和使用不良品，测试方法参见第二部分防静电工作区规划和维护作业指导。为 便于追溯，在每个腕带上标注一个生产批号，如“070325”表示该腕带为07年3月25日生产。防静电工作台、工作椅在使用中以工位编号进行编号管理、并进行周期性进行检测，及时检出不良品，将不良品做出停用标识且隔离，测试方法和周期参考防静电工作区规划和维护作业指导中的6.6部分.物流小车、货架等在来料检验合格后，进行编号。编号完成后才能投入使用，使用中以编号进行管理和周期行的检测。在使用过程中不能撕毁编号标识及拆卸。在调整使用位置时，应注意将标识放置在显亮位置。防静电手套（含半指手套）使用两周后进行报废更换。防静电地板的周期检测，以图示为主，参考防静电工作区规划和维护作业指导部份。去离子风机按要求进行周期性的维护和检测。所有测试完成后。将相应的测试记录作记录并保存。,静电防护的监控与管理,新飞通(中国)公司防静电材料清单,静电放电(ESD)防护材料,静电放电防护材料:是指具有下述一种或多种特性的材料：限制静 电荷的发生、耗散静电荷或对静电场提供屏蔽。静电材料按电阻率划分为：静电导体：凡表面电阻率s1012/sq或体积电阻率v1011.cm 的材料，因具有很高的电阻率，所以其上能积累足够 多的静电而引起各种损害，称静电绝缘材料。,ESD防护材料的性能参数,性能参数:主要包括衰减时间、体积电阻率、表面电阻率以 及摩擦起电性能等。静电衰减时间：是指带电体上的电压降到其起始值的给定百 分数所需的时间。电阻率：是对于通过材料的电流（既包括体积电流，也包括 表面电流）的电阻的一种量度，表示物质的导电能 力。分为表面电阻率（s）和体积电阻率（V）电阻：表示不同形状(面积和长度)和电阻率的材料对电流的 阻碍作用，它同时表明材料的表面或表面与地之间 的电路连通性以及物体的放电能力，单位是欧姆。包括表面电阻和体积电阻。电阻和电阻率它们是静电控制技术中最关键的两个概念，它们经常混淆。,静电防护的误区,1没有证据显示静电会损伤器件。2生产的产品是低档次，并不需要静电防护措施。3工厂内所测出的静电很低，无需做防静电措施。4所用的电路有静电保护设计，无需做防护措施。5所使用的芯片的静电耐压值约为1000V，应不需 要静电防护措施。6静电防护措施带手腕带。不需要防静电工作 服、工作鞋，或可以用工作服代替。7：静电防护措施接地。8采用电阻率极低的金属作为防静电材料。,谢谢大家!,