《ESD防护基础》课件.ppt

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1、ESD 知識講義,静电基础知识静电控制的基本原理及措施三.静电防护设施器材、设备仪器的基本性能与使用知识,静电放电（-Electro Static Discharge）问题是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热（火花）效应和电磁效应等的学科。近年来随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂，对静电放电的电磁场效应如电磁干扰（）及电磁兼容性（）问题越来越重视。,防靜電基礎知識,静电的概念,静电是物体表面过剩或不足的静止电荷。,1、静电是一种电能，它留存物体表面；静电是正电荷 和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子或离子转

2、移而形成的。,2、静电现象是电荷的产生和消失的过程中产生的电现象的总称。,靜電產生的原理:1.摩擦:絕緣體之間磨擦而產生靜電,+,A,B,+,+,A,B,電量相等電荷轉移,2.傳導:電荷的轉移,示意圖如下:,3.感應:帶有靜電的物體在電場的作用下使另一個物體也帶有靜電,示意圖如下:,+,+,+,+,靜電感應只對導體和半導體才有作用.,物体不接触也能起电吗？除物体除接触后分离能起电外，当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电，如下图1所示。当物体与发生放电时会造成与之间放电，如下图2所示。若与之间不发生放电，则会带上剩余的电荷，如下图3所示,圖一,圖二,圖三,靜電電荷

3、產生的種類:,1.摩擦2.分離3.電場感應4.傳導,靜電電荷對微電子工業的影響:,1.微粒污染:在潔凈室裏,靜電是使直徑在0.11.0微米 之間的顆粒沉積的主要原因.當芯片帶有靜電后就很容易沉積灰塵.,3.三種擊穿現象:1.熱擊穿:P-N破壞 2.介電擊穿:氧化層的破壞 3.金屬汽化:金屬線被汽化而開路,2.ESD(ESD中文意思是靜電電壓放電)失效:靜電放電時當放電電流過大(瞬时大电流可达几十A),產生過高熱能,將會擊穿集成電路內部線路,另一方面是静电放电辐射的电磁场对电子产品的干扰,最近的研究表明这种电场可达几百V/m.,半導體的靜電敏感度:,Means of Generation,靜電放

4、電的三種型式:,1.人體型式:當人體活動時身體和衣服之間摩擦產生靜電,若不及時將靜電 釋放給大地,而直接把靜電轉移給ESD敏感裝置而造成損壞.2.微電子器件帶電型式:在自動化生產過程中,一些塑料器件因摩擦產生靜 電,通過ESD敏感裝置接觸,造成損壞.3.場感應型式:在有強電場圍繞時,能通過感應方法損壞ESD敏感裝置.,Different ESD models(RD 1),1-Human body Model:HBM,2-Machine Model:MM,3-Charged Devices Model:CDM,4-Field Induce Model:FIM,5-Charged Chip Mod

5、el:CCM.The ESD Model constraints depend on process used.A basic rule:No charge,no discharge.,Components class 0 thresholds,In an Electro Static Discharge control plan,the sensitivity of components to be handled,must be well known.The rules and practices must take into account the sensitivity of comp

6、onents and the processes used.,二静电控制的基本原理及措施,1.接地:將導體材料接通大地,把靜電電荷傳導到大地.2.離子中和:用離子發生設備產生離子,來中和物體表面所帶靜電荷.3.屏蔽:用高導電性材料做成屏蔽層,使ESD敏感裝置不受外界靜電場損壞.,A basic ruleNo charge,no discharge.,Handle Components/equipments class 0.,Handling of class 0 components or equipments involve using every possible methods to f

7、ight against the presence of electrostatic charges:Grounding the persons body,(wrist-strap,conductive shoes on dissipative floor);Personal equipment(smocks,wrist-strap and its controller,conductive gloves,Grounding materials or equipments(working surface,iron),Shielding,Packaging(antistatic,conducti

8、ve),Ionization,People training,Audit.STATIC ELECTRICITY MUST BE UNDER CONTROLNo charge,no discharge.,静电控制原理,静电泄漏和耗散,1、防静电材料,摘自GB12158-90,静电控制原理,2、泄漏与接地,软接地：地线串接阻值较高的电阻器后再与大地相连。,硬接地：将地线直接接地或通过一低电阻接地。,GB12158-90规定，总泄漏电阻不应1000000欧姆,ESD等級分類:,ESD失效的潛伏性:有時ESD並沒有把半導體完全破壞,而只把元件某部分的品質降低.從事ESD敏感半導體等行業應留意以下幾點:

9、1).潛伏性的ESD問題:在任何場合都會發生;2).潛伏性的ESD問題:將會累積起來加深其損壞的嚴重性;3).潛伏性的ESD問題:在運送ESD敏感性元件,更加無法估計其產生的可能性;4).潛伏性的ESD問題:不只是影響成品用家,也會影響各層制造商的維修費及聲譽;5).潛伏性的ESD問題:目前還沒有辦法把此問題的產品全部找出來.,1、ESD-Electrostatic discharge-静电释放,即静电电荷在不同电势的物品或表面之间转移的过程.2、EOS-Electrostatic Overstress-静电损伤,即器件接受静电释放时,其特性产生变化,通常性能变差,但未完全失效.3、ESDS-

10、ESD Sensitivity Susceptibility-静电敏感性（度），衡量一个器件对静电破坏所能感受的程度，即其特性在不同的静电水准下改变多少.,4、Antistatic-指材料阻止磨擦起电的性能，在本文中，防静电材料通常其磨擦起电的静电电压低于200Volts.5、Electrostatic Shielding-静电屏蔽，设置在物体周围的导体屏障以排出外电场的影响.6、Conductive Material-导电性材料，在本文中，这种材料的表面电阻率低于10E5，M或体积电阻率低于10E4.m.,7、Insulative Material-绝缘材料,在本文中,这种材料的表面电阻率大

11、于10E5.M,或体积电阻率大于10E4.M.8、Equipment Ground-设备接地,电气设备与硬地电极之间的低阻抗通路.通常为电源插座的第三端.9、ESD Ground-静电接地,由导体所组成的电极,金属带,金属棒等,用来构成连接带有静电电荷的人或物体与大地之间通路.,10、Tribo-electric Charging-磨擦起电,当两个最初接触的物体(一方或变方均为绝缘体)分离时而产生静电电荷积累.11、ESD Protective Packaging-静电防护包装,一种包装方式,可以用来限制静电每感器件磨擦起电电荷的积累,或者为ESD器件提供静电屏蔽.12、靜電逸散材料-材料表面

12、電阻率大於1x10E5 ohms/square,小於1x10E12 ohms/square,或者體積電阻率大於1x10E4 ohms-cm,小於1x10E11 ohms-cm.,13、表面電阻-與材料的同一邊相連的兩個特定形狀電極之間直流電壓與電流的比值,表面電阻用ohms表示.14、表面電阻率-通過單位面積表面的直流電壓與電流的比值,表面電阻率是指一個面相對兩邊之間的電阻,與面積大小和它的尺寸單位無關,表面電阻率用ohms/square表示.,進入EDS防護場地人员,凡生产中可能接触到微电子元器件或产品的人遇均需具备一定的静电防护措施.1、在线生产人员必须佩戴有线防静电手环方可作业,该有线防

13、静电手环应与专用之接地线相连;2、非在线之作业员,设备操作员,现场之管理干部及周边单位(工程、品管、检测、企划等)技术员、工程师等需佩戴证明有效的无线式防静电手环；,3、SMT现场之工作人员,除佩戴相应之防静电手环外,还应该穿防静电服与防静鞋;4、品检人员应佩戴证明有效的无线式防静电手环,但当检验静电敏感器件(如IC,电晶体,二极体,晶振)等时,或带有ESDS器件的产品时的,必须戴有线防静电手环.,设备与工具,1、生产设备,包括插件线、输送带、各种焊锡机、水洗机、前加工设备、吸放板机、锡膏印刷机，贴片机等必须要有专用导线与接地线相连；2、接触静电敏感元器件的工作台,检验桌,修理桌等,表面必须覆

14、盖导电性桌垫,且必须有专用导线与接地线相连;,3、焊锡修理等应使用瓷质绝缘的电铬铁/吸锡枪,电热丝部分是低压控温并接地(三极插头),接地电阻低于10,电线电阻大于2M,且前端温度控制在36020;4、各类量测与测试设备同样必须要有接地.在线测试机和ATE要有专用导线与接地线相连,如使用三极插头,显示板表面应定期喷有静电防止剂(一月一次).,5、靜電壓表、靜電場表應能夠检验超過 200伏靜電壓;6、用於查核ESD不間斷接地的測量儀應能檢查出小於1歐姆的電阻值;7、用於測量工作臺表面電阻測量儀應能讀出1012 ohm電阻率及小於它的值.,接地,1、ESD接地:专用的大地接地,并保证接地电阻低于4.

15、2、专用接地线要使用铜编织线、有线式防静电手环、导电性桌垫、设备上除电源外和接地器等要通过导线与专用接地线相连，或者使用导线将上述设施与三极插座的接地端相连.,3、整个建筑物必须要有一个集中的接地系统.4、所有新的专用接地保护线和电源地线要经过技术人员的全检确认方可投入使用.5、用来检测防静电专用接地线的仪器、仪表等要求能测出小于1的电阻值。,搬运、暂存、包装、保存：,1、工程人员依据产品对静电的敏感程度和客户的要求制定相应的包装作业规范,成品的包装,保存与运送应依正式的包装规范进行.2、静电敏感的元器件(如IC,电晶体,二极体,晶振等)的盛放,包装和保存等,包括领料,发料和用料退库应使用导电

16、的抗静电盒或袋子/管子等,或者直接使用原厂包装.3、静电敏感的元器件在作插入作业时,必须使用金属容器或有实施防静电对策后的塑胶容器.,4、电子组装的成品和未成品的装载必须注意:如相关人员未戴防静电手环时,或戴棉质手套时,不可接触产品.一般不允许将基板焊锡面同向两枚重叠起来,产品在暂存时,不可使用聚乙烯板(保力龙)来防尘;5、用于搬运保管成品的包装箱须使用实施防静电对策过的送货用箱子及使用隔板来防止基板焊锡面互相接触,搬运时不可在地板上拖拉箱子.6、SMT类成品和半成品存放/搬运时,放置架、周转箱和台车等必须用金属或导电性材料做成，其中搬运用台车要有静电接地连并拖在地板上.,作业时要注意:,拿取

17、IC时手指不可触碰到IC脚;拿取电晶体,FET时尽可能手不要接触到引线脚部分;高频FET或电晶体尽可能安排在最后插件工站并立即进行焊锡工程;拿取基板成品,半成品时,手不可触及焊锡面,金手指,测试点及配线等;作业中掉落地板上的电子ESDS类零件(IC,电晶体,二极体,晶振等)不可再用或经过测试再确认OK后才可使用.,防静电手环的管制：,1、将有效之防静电手环戴在手腕上,务必保证其金属部位紧贴于皮肤.有线式防静电手环之接线相应扣好,且接线与专用接地线良好接触;2、所有佩戴防静电手环的人员于每日上班前检查其有效性,并将结果记录于防静电手环检测记录表(编号xxxxxx)内,如有异常应立即更换,新请购之

18、静电环手环在验收时,亦要经过测试以保证其有效性.,防静电手环的检测方案如下:,将校正合格之防静电手环测试仪HAKK0498之接地线与静电环的接地线相连(夹紧);以佩戴防静电手环的手指(尽量保持干燥)触压HAKK0498之测试盘;若测试仪上“LOW”红灯亮,表示该防静电手环之阻抗小于800K,不能用,若“HIGH”红灯亮，表示该防静电手环之阻抗大于9M,亦不能用,若“GOOD”绿灯亮且伴有蜂鸣者,则表示该防静电手环合格,可以使用.,防静电要求符合性验证,1、制程巡检人员应每日点检生产现场的静电防护措施的有效性.如有异常,则以“制程异常联络单”的形式提出,知会各相关单位立即采取行动改善.2、设备与

19、电气工务人员应每周点检设备的接地和有效性.如有异常,立即处理并作记录.3、电气设备工程师或品质保证工程师等应至少每半年一次稽核整个电路板组装工厂的静电防护状况,包括生产制程ESDS器件或产品的包装,存放,运输,设备,人员,接地等静电防护措施的有效性.记录结果以专案方式提报给事业处主管.,教育与训练,1、所有的新进人员必经过静电防护知识的教育训练合格后才开始工作.2、所有有可能接触到ESDS器件和产品之人员必须至少每6个月重新训练一次,且把静电防护知识列为人员工作鉴定之一.3、静电防护知识的训练至少包括静电原理与危害,ESDS器件和产品的基本特性,工作场所的基本静电防护要求等.,三.静电防护设施

20、器材、设备仪器的基本性 能与使用知识,材料的静电性能的参数有哪些？物体带电的多少常用静电电荷量和静电电压表示，而测量材料如塑料、橡胶、防静电地板（面）、地毯等的防静电性能通常用电阻，电阻率、体积电阻率、表面电阻率、电荷（或电压）半衰期、静电电容、介电常数等。但最常用最可靠的还是电阻及电阻率。,永久性防靜電PVC地板塊,主要用於不需鋪設活動地板的防靜電環境。該地板的主要特點是：導電物質為性能穩定的碳黑，導電網路從上表面直通下表面，結構決定了防靜電性能的永久；基材為半硬質的PVC塑膠，具有耐磨和不發火的特性；有如大理石花紋的外表面，顏色可調，裝飾效果好。主要指標是：,防靜電性能：系統電阻:1051

21、08()；耐磨性：磨耗量:0.01gcm2；產品規格：6006002.5(mm)。,防静电地垫,由防静电复合胶皮与接地线构成，在不防静电车间、工厂内如果只是局部地区和程序要防静电（如几个工作台或几个程序），又不想花大量的金钱把现有的地面改造成防静电地面，此时用防静电地垫是经济简单有效的防静电措施。其价格低廉（2mm厚每平米约110元，3mm厚每平米约140元)，施工简单而且不影响车间生产。,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。如图二所示。新开发的“增强型”防静电复合胶板。其表面的耐划伤能力超过“

22、普通型”的几倍。主要指标是：防静电性能：系统电阻105108()；产品规格：长10m 宽1(或1.2)m、厚(增强型为2mm，普通型为3mm)。,用以泄放人體的靜電。它由防靜電鬆緊帶、活動按扣、彈簧軟線保護電阻及插頭或夾頭組成。鬆緊帶的內層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。主要指標是：,彈簧軟線最大長度250cm；洩漏電阻106107(保護電阻106）靜電電位衰減到100以下的時間小於0.1s,防靜電腕帶,防靜電手套,它用防靜電布或防靜電針織物製成。用於需用手套操作的防靜電環境。,洗滌次數：A級100次；B級50次,防靜電大褂,用不同色的防靜電布製成。布料紗線含一定比例的導電紗，導電紗又是

23、由一定比例的不銹鋼纖維或其他導電纖維與普通纖維混紡而成。通過導電纖維的電暈放電和洩漏作用消除服裝上的靜電。由於不銹鋼纖維屬金屬類纖維，所以，由它織成的防靜電布料的導電性能穩定，不隨服裝的洗滌次數而變化,人体是最普遍存在的静电危害源。对于静电来说，人体是导体。因此，要消除人体静电最简单的办法是对人体采取接地的措施。穿防静电鞋并使用防静电地面（防静电地垫、地毯等）和防静电袜防静电鞋垫等，能使静电从人体导向大地，从而消除人体静电。因此，要形成人体与大地导通静电的通路，鞋、地面、袜、鞋垫等必须全是防静电的，才能使消除静电的措施有效。,防静电鞋,鞋底电阻105108(),符合国家标准的要求,另一个办法是

24、带防静电腕带并接地，拿人体静电从手导向大地。,防静电包装袋,防静电屏蔽材料(袋)：该种材料由基材、全属镀膜层和热封层多层复合而成。具有自身“不起”静电和能屏蔽外界静电,防水蒸汽渗透的多功能包装材料。,静电屏蔽 42(dB)导电金属层 2()电荷生成 10 V半透明可订做任何规格电子电路pcb板成品或半成品包装，军工电爆和电子产品包装。,防静电海绵,防静电海绵：它是在塑料中加入适量的导电物质加工制成。硬型用于插集成电路块，软型用于防静电包装。主要指标:,摩擦起电电压100V；表面电阻107。,防静电箱、盒,防静电箱、盒：防静电插板、转运箱、元件盒均由防静电塑料制成，它们能对装入的电路或器件及印刷

25、电路起静电保护作用。,其外形尺寸和内格大小可按用记户要求定做。,主要指标是：摩擦起电电压100V；表面电阻108(,人体静电综合测试仪,本装置是为测量人体静电综合电阻（包括人体、鞋、袜等的电阻）而设计的用直观的发光二极管显示装置。本仪器能对容易积累危险的人体静电的电阻（大于1091010进行检测与报警，又能当人体综合电阻过小（小于104）时，工作人员不小心触及动力电（220或380）即引起触电伤人事故，也能报警。本仪器测量范围宽且分辩率高（十个数量级），有两种工作模式：脚脚工作模式和手脚工作模式，使其能适应多种测量要求。,1.测试量程：1031012欧姆 2.电源：6电池 3.准确度：5 4.分三个指示报警区：超电阻危然区：红灯闪烁指示并报警安全区：绿灯指示低电阻危然区：红灯指示并报警,附頁1,附頁2,附頁3,THE END,Thanks!,