静電防護ESD高级培训手册.ppt

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1、1,金寶電子(中國)有限公司,ESD講習 主講人:劉暢 二00四年三月,2,内容:1.静電的概念 2.静電感應和静電量級 3.静電危害(案例 1，2等)和應用(静 電复印案例).4.静電防護簡介,第一部分 静電防護基礎（ESD BASICS）,3,1.1 静電的概念,一、静電的本質物質由分子和原子組成,原子由原子核和電子組成.原子 核帶正電,電子帶負電.自然条件下,正負電荷平衡,物体不帶電.这类物体叫電中 性物体.在某种条件下,正負電荷的平衡被打破,則物体帶電-这种 現象叫物体帶電.物体帶電分动電和静電所谓静電指对觀察者而言,電荷静 止不动或運动非常緩慢.动電則有電荷的快速運动和變化.,4,原

2、子的結構,5,二、静電起電与放電現象静電可有很多种方式產生,如物体間的摩擦,電場感應,介質极化,帶電顆粒附着等等摩擦起電:当两个物体產生摩擦时,摩擦表面的電子会从一种物体跑到另一个物体上,分离后,两个物体的正負電荷失去平衡,得到電子的帶負電,失去電子的帶正電.感應起電:当有强電場(大的帶電体)存在时,附近的物体被感應,局部或整体產生電荷,这类帶電称為感應帶電.当帶電的物体与一些導体等接触时或靠的很近时,電荷会找到一个途徑突然釋放掉,这种現象叫静電放電.静電放電的条件是:首先有静電存在,其次要有一定的途径.静電放電的原因和条件多种多样,控制静電放電是在人們生活和工作中的各个方面所追求的.,6,三

3、、静電現象静電現象舉例 1.握手或手接触时常被電擊一下,是由于人身帶了静電.接触 时突然放電所致 2.自然界中的放电例子很多,如大气中帶有很强的電荷,在 80KM处,对地電位有200KV.3.云相互摩擦而帶大量的電荷,相互放電形成能量巨大的雷 電,对地放電則可能形成雷擊.4.工業中,如印刷中,紙离開滚筒时静電電压高达20KV.5.我們生產線中,人体帶電,摩擦帶電,和感應帶電等随时存 在,不加控制,可造成危害.,7,靜電現象-雷電,8,分离,摩擦,静電產生舉例,9,分离,摩擦等起電的过程,摩擦起電的形成过程 物体接触后表面電位差,產生接触電荷轉移,形成偶電 層,物体快速分离,產生静電核,10,1

4、1,摩擦起電静電序列,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聚四氟乙烯硅橡胶,+,-,离的越近静電越輕前面的帶正電,后面的帶負電,12,人体帶電,人体帶電方式摩擦起電:1.操作中的动作和肢体運动,由衣服,鞋子与其他物体,地面摩 擦,使衣服和鞋子帶電,再通过傳導和感應,使人体各部分帶 電.人体可以看作一个導体.2.脱衣帽手套等使物体与人体間或物体与物体間剥离起電,通 过傳導和感應使人体帶電感應起電 当不帶電的人体進入帶電体的電場,静電感應而起電.傳導起電 人体直接接触帶電体,或与帶

5、電体發生静電放電人在由静電的微尘粉体和霧状液粒空間活动,使帶電微粒附着在人体及衣服上產生静電.,13,人体活动帶電圖,14,放電,静电放电,导体,可以为地,15,電荷積聚,静电积聚起来,16,静電感應和静電量級,静電的定量描述 1.物体帶電量的多少用電量来描述.帶正電荷的物体帶電量 為正,帶負電荷的帶電量為負.電量的单位為庫化,1个電 子的帶電量為e=1.6021892X10-19 庫倫.2.電荷密度:電荷聚集程度的標志:单位面積帶電量叫面電荷密度 单位体積的電荷密度,叫体電荷密度 線状体的单位長度的帶電叫線電荷密度 如:導体帶電的静電荷分布在導体表面.由大量粉尘和顆粒組成的帶電分布在每个顆粒

6、上,整体 宏觀来看体内帶電.,17,静電感應和静電量級,面電荷密度:体電荷密度:級電荷密度:,18,静電感應和静電量級-電压,電荷間的作用力叫庫倫力,由庫倫定律来描述.帶電体周圍產生電場,電場是電荷間相互作用的壢体.電場的大小用電場强度表示.(E)表征帶電体在電場中的能量大小叫電势,也叫電位.電压表征電場間两点的電势差.用V表示電压单位為伏特.電压好比水压,水压使水流动,对水壁產生壓力.電压使電荷流动,電压通过電场使物资内部的粒子產生電压力.,19,静電感應和静電量級-電流与電阻,如果物体的两点間有電压,則会使物体内的電子等粒子流动.電荷的流动叫電流.用安培為单位.同样的電压,不同的物資,電流

7、不同,表征物体中電荷流动性質的一个物理量叫電阻.電阻用欧姆為单位.電压電阻和電流的關系 由欧姆定律表示.零電位指計算電位的参考点,電位規定為零.,20,1.2 静电感应和静电量级-导体,半导体和绝缘体,导体:具有可移动的电子或价电子.在外电场的作用下,电子可以在内部自由流动.导体的电阻很小,如金 属则为良导体,其中金的导电性最好.绝缘体:没有可移动的电荷存在,电阻率很大.绝缘体也 叫电介质.如玻璃,普通纸等.半导体:介于导体和绝缘体之间的一类特别物资.如硅等,21,1.2 静電感应和静電量级-電容,導体的带電量為Q,導体就產生了電位U(想象水位),表征带电 物体产生电位能力的量叫電容(用C表示

8、,单位法拉,微法-10-6法 拉,皮法-10-12法),电容把电量和电位联系起来C=Q/U.电容器是在两个相互电绝缘隔离的導体之间存储电荷能力器件(两个导体带等量的极性相反的电荷),任何两个隔离的导体(广义讲物体)均有电容C存在.导体之间有电势差-电压V.电 容的大小主要由导体间的相对位置以及绝缘材料的性质决定.与电容相关的绝缘材料的重要特性是介电常数.C=Q/V,22,典型静电电压,我们在经受3000伏的静电电压!,23,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,24,人体带电和环境的关系,25,人体电容典型值,26,人体的典型静电电压,27,

9、典型静电电压,ESD造成的代价!30V可能就把器件给”毙”了!,28,静电起电-放电描述图,带电物体如:人体充电器件,物体2如大地,接地线,工件,电子元器件等等,+,_,摩擦,+,介质如空气,起电的原因和条件如摩擦起电,不同物体间摩擦起电性质和容易程度不同.静电序列,直接连接线,+,+,+,耗散,放电,1 物体带电量用Q库仑,由产生的电量耗散的电量引导走的电量等决定2 带电体对周围物体的影响是通过电场决定的3 表征电场能量的量为电位.4 电容表征物体带电量产生多强的电位的特征物理量,电压,29,物体静电产生,电量Q,摩擦,分离,感应,离子附着,热,压,驻极体,电场-电场强度E对电荷作用力,电场

10、电荷的移动作功电势能-电位U,两点间电位差-电压V=U1-U2,电场内的物体中自由电荷受电场力作用会流动-电流 I,不同物体,在同样电压下电流不同取决于物体的电阻特性,欧姆定律I=V/R,面电阻率,体电阻率,线电阻率,不同的物体(材料,形状,环境)同样电量电位不同,极板间,物体的电容C:储存电量和电压(电位)的关系C=Q/V,储存电荷,就有能量储存,物体电荷的消亡,取决于接触的物体和周的环境:由导电导体把电荷流掉通过耗散体逐渐耗散掉通过放电等突然放掉被电荷相反的离子中和掉等等,物体分类导电性物体电耗散性物体抗静电性物体绝缘性物体,电荷产生的多少和快慢,30,人体的放电过程,器件,电容,电阻,3

11、1,静电的衰减和积累,实际过程中,静电一边产生一边衰减 静电的衰减符合指数规律为时间常数,表明衰减的程度,0,Q(t),t,32,导体上静电荷的衰减规律,带电导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,大地,+,+,+,+,-,-,-,-,-,R,C,U(t),电容越大,电阻越大,时间越长,衰减越慢,33,带電和放電綜合过程,带电导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,大地,+,+,+,+

12、,-,-,-,-,-,R,C,U(t),达到稳定时,Qs恒定,称稳态电量,充电速率 I,34,充电波形,t,Q(t),Q0,t=,0.732Qs,35,充放电时间常数举例,人体的对地电容为200pF,若站到绝缘电阻为1012的普通橡胶垫上,充电速率为I0时间常数为 稳定电量为Qs=I0RC=200I0若站到电阻为R=105 的导电橡胶上,时间常数为 稳定电量为Qs=I0RC=20*10-6I0,36,1.3 静电危害和利用-案例一,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

13、本,形象成 本损失巨大.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,使面板与保护地接

14、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),37,1.3 静电危害和利用-案例二,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他厂家.该老板一下子损失每年近2000万的訂单.,38,1.4 静电

15、防护简介,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,还建立了各种防静电标准,执行这些标准,是业界的基本要求.,39,各项防护措施综合表,一 防止静电的产生

16、,二 减少和消除静电,三 减少静电危害,四 严格防静电管理,主要内容,具体措施,40,一、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他 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,3.尘埃控制,此为防止附着（吸附）带电的重要 措施,4.地板,桌椅面料和工作台等应由防静电材料制成,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级和器,41,防止人体带电,1.佩戴防静电腕带,2.穿戴防静电服装、衣

17、、帼,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,一、防止静电的产生,42,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.使用静电导体材料和低电阻耗散材料,一、防止静电的产生,43,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、箱及其他 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

18、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,一、防止静电的产生,44,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、运输传送设施、装罐设备、存储设 施（设备）接地,二、减少和消除静电,45,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,什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

19、、产品、场所、设备和人体上的静电,二、减少和消除静电,46,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，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,二、减少和消除静电,47,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

20、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,三、减少静电危害,48,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,三、减少静电危害,49,确保设备,设施和作业场所的静电安全要求,1.控制易燃、易

21、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,三、减少静电危害,50,建立健全责任制和规章制度,1.建立健全各类人員（领導者、技术和管理 人員、操作人員）的静電安全防管理職責，并備有檢查制度,2.建立静電安全事故分析制度,3.編制具体詳細的防静電操作規范,4.对設備、裝置、器材、器具、工具等的防 静電

22、性能要求建立定期檢測制度,5.建立產品低電隕害机理分析制度,四、严格防静电管理,51,培訓教育,1.針对领導者、管理和技术人員、操作人 員等不同層次和不同崗位的人員，实施 有關防静電意識、知識、技术和安全要 求教育,2.針对不同崗位操作人員進行操作技能培 訓及考核,四、严格防静电管理,52,惊示,標識及符号的使用,1.應在静電敏感產品上和内外包裝件上做出 標示標記或符号,2.應当对裝置、設備中的静電敏感部件、部 位，按照標准的要求做出標記或警示符号,3.應对防静電作業場所（工作区）做出規定 的特别標記,4.对關心控制部位應標識报苦裝置，以提醒 人們及时处理,四、嚴格防静電管理,53,按標准規定規行檢验和审計,1.对有防静電性能要求的工具、器具、服裝、鞋袜、地面、桌椅和工作台整等應定期檢 測，使之保持合格状態,2.对有明确指標要求的环境参数（例如濕度、温度、濃度、静電位等）應按規定測量監 查,3.对人体和設入設備、裝置、系統的接地状 况應按規定檢,4.对產品的静電敏感度（抗扰度）應按標准 的規定進行試驗，并建立質量分析和反饋 制,四、严格防静電管理,54,ESD的防護物品,55,測試工具的使用,靜電環測試器測試靜電環是否合格表面阻抗測試器測試桌面、桌墊、地墊等表面阻抗靜電壓測試器量測靜電,