ESD防护基础知识

2. 电感效应
3. 电容效应
电容效应只增加静电破坏的风险程度，并没有改变电荷量 ！
思考：温度变化是否能产生静电
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静电的产生－摩擦起电
‘摩擦’ 主要来源： 接触 +
或
压力
+ 分离
‘摩擦’生电
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静电的产生－摩擦起电的影响因素 决定静电量的主要因素：
• 材料（包括材料的相对性） • 接触面积和表面粗糙情况 • 接触力 • 分离速度 • 环境湿度 在干燥和快速移动活动中使用不当的材料容易产生高静电和 增加静电破坏风险！
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ESD控制－防静电工作台
耗散层
表面电阻: 1*106~1*109Ω
对地电Biblioteka Baidu: 7.5*105~1*109Ω
导电层
表面电阻: 1*102~1*105Ω
接地
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ESD控制－防静电工作台
理想的防靜電工作台
可接受的防靜電工作台
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ESD控制－人员控制
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静电在行业中的损失
88年美国ESD影响损失50亿美元 电子产品运行出现的故障49％的为静电所致 日本IC生产中的不合格品45％是静电造成的
90％ESD对元器件、电路的破坏是潜在的
ESD对行业造成的损失如此巨大，加上人体 对小于3000V的静电基本上无感知，所以静 电需要引起足够的重视.
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静电的损伤方式
半导体氧化层周围的电压超过了氧 化层介质击穿电压 氧化层越薄，对静电越敏感。
在ESD事件中产生的热量使器件局 部过热和使接点融化，过热和短路会 损坏器件 热是由放电电流产生的 热能与放电电流的平方成正比
电 介 质 击 穿
热 击 穿
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静电的损伤方式
EPA内防静电工作台上的所有仪器、AC工具、金属体及等必须连接到公共 接地点上，人体腕带、防静电台垫、防静电地垫、导体和静电耗散的材料防静 电器具等需要串接1MΩ电阻（或等效串接1MΩ的电阻）后连接到接地系统上 设施的接地线建议采用黄绿色或黄色线，连接点应该采用螺钉、焊接、双线 交绕的紧固连接方式，保证连接点连接可靠、接触电阻小，禁止使用鳄鱼夹、挂 接等不可靠的连接方式。
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WHO ?
WHERE ?
ESD控制-控制点
环境 地板 温湿度 工作台 工装夹具 ……
个人 个人物品 工衣 工鞋 接地 ……
材料 原材料 周转材料 包装材料 ……
另外建立完善的控制操作流程
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ESD控制－环境控制
生产制造和维修区域属于静电高风险区域（定义 为一级EPA）： 温度：20~28℃ 相对湿度(RH)：45~75%
ESD控制－防静电工作台
防静电台垫的尺寸应不小于工作台面的大小。 防静电台垫均须正面（即防静电面）朝上、背面（即导电面） 朝下铺设。 压接静电地线联接端子时应从防静电台垫/地垫的正面压下， 使其穿过台垫并紧固，以保证电接触良好。 多个防静电工作台的接地线不能相互串接，应以并联方式与公 共接地线连接，每块台垫（地垫）必须且只需接一根防静电地线 当防静电台垫上附着有绝缘性的油膜、树脂和其他污物时，应 及时使用中性清洗剂（酒精）或防静电剂进行清洁。
15mm Arial粗体,12磅
底色:黄色
ESD
15 mm
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ESD控制-技术依据
4 项基本技术依据 …
1. 制止静电的产生
2. 通过设计在产品中置入保护
3. 消除产生的静电
4. 控制放电的途径和速度
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ESD控制-控制原则
建立EPA区域 在EPA控制区域操作所有静电敏感器件
思考：导体电阻小，更易释放物体上的静
电，为何不选用导体作为静电耗散材料？
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静电耗散材料－抗静电包装袋
Antistatic 包装袋
• 常被称为“粉红塑胶袋” • 聚乙烯填入控制材料或涂层
• 加入粉红色素以方便和非防静电 材料进行区分
• 有无静电和散电功能，但没有屏 蔽能力 • 通常用以包装非敏感器件，使和 敏感器件共同使用时不会出现静 电而对ESSD件造成损坏
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静电的产生－摩擦起电环境对静电的影响
空气中的水气增加空气的导电性，因此减少静电的产生或累积。。。 相对湿度越高越好 ( > 60% )；高湿度对于一些考虑 ( 例如腐蚀、 污染 ) 不利； 折中湿度要求 45% ~ 75%
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静电的产生－电感效应
-++ ++ ++ ++ +
C = o r A / d
o = 8.85 X 10 -12 F/m r = 材料的相对介电常数
V=Q/C d V
1,000 volts !!!
d
10 votls
静电压并非固定值！
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静电的产生－静电的特性
高电位：可达数万至数十万伏，操作时常达数百至数 千伏（人通常对3.5KV以下静电不易感觉到）。 低电量：静电流多为微安级（尖端瞬间放电例外）。 作用时间短：微秒级。 受环境影响大：特别是湿度，湿度上升则静电积累减 少，静电压下降。
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有关静电名称解释
静电：静电就是物体上多余的电荷,所产生的效应包括带电体之
间力的作用和电场。
静电放电（ESD—Electrostatic Discharge）：带有不同静电
电势的物体或表面之间的静电电荷转移。有两种形式：接触放电， 电场击穿放电。
静电敏感度(ESDS—Electrostatic Discharge Sensitivity) 静电敏感器件(ESSD—Electrostatic Sensitive Devices) EPA：ESD Protect Area(ESD防护区域):抑制静电荷的积累和
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人体对静电的敏感程度
在大于3000伏时， 你能通过皮肤感知
人体对ESD的感觉
在5000伏时， 你能听见
在10000伏时， 你能看见
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部分元件ESD的敏感度
大部分器件的敏感度都小于人体感知电压,我司EPA控制电压为 ±100V H公司的ESSD(静电敏感器件)包括集成电路（IC），场效应管 （MOS管） ，光电器件(LED,数码管) ,厚膜(电阻),板卡及其组 件
硬损伤：器件不能工作
软损伤：ESD减弱了器件或单板 的性能，但仍能通过测试。单板 或器件的特性变差，最终失效。
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静电的损伤方式－EOS
ESD能引起电过应力（EOS），熔化器件的金属部分
EOS有下列特点：
持续时间较长的大电流 对器件的大面积损伤 损伤可以明显观察到
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人体的运动和操作过程是产生静电的主要根源，任何进入防静电区域 或接触（包括直接和间接接触）ESSD（静电敏感器件）的人员，必须严 格遵循防静电规范，贯彻执行静电防护措施。 接受防静电知识培训和教育是对每位员工的基本要求，是减少静电 危害的根本方法和途径之一 所有人员进入EPA前必须穿好防静电工作服和防静电工作鞋，已配发 工作帽的还必须戴好工作帽（将头发盘绕到工帽内，要求头发不等外露） 。 无防静电工作鞋的，必须穿防静电拖鞋；工作服外部严禁携带除工卡和笔 之外的金属物件和塑料物件；更换工作服应在指定地点进行，不允许在生 产现场穿、脱工作服。 防静电工作服、工作鞋等要勤洗勤换，建议洗换频次1次/周，员工着 装工衣、工鞋、工帽无破损污秽现象。
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1×109≤R <10 11 / typical
静电耗散材料－静电屏蔽袋
静电屏蔽袋
利用多层多材料技术来对所有静电放电 模式进行防护。。。
导电金属膜层
• 低电阻 < 102 / • • 透光性 > 40% • 连续导电面 聚乙烯层 • Antistatic 聚酯层 • 耐拉 • 外形稳定（不变形） • 良好绝缘强度 • 耐击穿
注意：纸板和木头在湿度较高时因为吸水具有静电耗散性
能，湿度较低（一般小于50%左右）时表现为绝缘性能。
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材料的电特性－导体
电子在导体表面和体内流动
体电阻＜1x104Ω 如果连接到地，电荷能被中和 电荷能被积累在没有接地的导体上 在导体上的电荷泻放快
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材料的电特性－人体
运输所有静电敏感器件要用防静电周转车
测试和监控整个静电控制流程
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ESD控制－EPA基本要求
区域明确定义和标识
定义区域的防护水平
对区域内的所有导体包括人员可靠接地
消除一切不必要的静电产生源
ESD防护体系文件的建立
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ESD控制-识别
供应商 管理人员 设计师 采购 库房人员 测试和装配人员 运输人员 用服 市场 顾客 产品设计 实验室 供应商 IQC 仓储 周转车 工具包 手动和自动插件 SMT 波峰焊 装配和测试 维修工位 理货和包装 用服
最容易产生静电 对地能储存电荷 人在走动时产生静电 产生15千伏的静电很常见 产生35千伏的静电是可能的，但不常见
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材料的电特性－静电耗散材料
电子在材料的表面可以自由移动，但移动的速 率由于电阻而受到控制 如果被接地，电荷将被缓慢的释放掉 体电阻≥1x104～＜1x1010Ω
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ESD控制－接地方式
采用三相五线制供电系统中的地线，引入电源零线的同时， 单独引出大地地线作防静电接地线，工程上称为“一点引出电阻 隔离”。电源主变电箱到大地的接地电阻应小于4Ω。如图所示：
相 相 相 零 地
Ω
主 变 电 箱
防 静 电 岗 位 (接 地 线 )
R(＜ 4Ω )
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材料的电特性
绝缘体是个问题，因为静电可以产生和累积其上。而 最终造成电晕放电或电感破坏现象。
导体也可能是个问题。因为导体造成快速的放电，以及 受到外来感应！
在ESD领域，材料分为绝缘体、导体、静电耗散材料
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材料的电特性－绝缘体
限制电子自由移动 11 很大的体电阻≥1x10 Ω 很少有电子在物体中移动 能够保持大量电荷 在同一种物体的上的不同地方可以保持正电荷和负电荷。 绝缘体的耗散只能通过环境（离子风机、涂防静电液等）， 不能通过自己的表面
+ + + ++ + ++ +
+++ ++ + ++ +
Uncharged Object Charged object
+++ ++ + ++ +
- - --- - -- --
+++ ++ + ++ +
----
+ + ++ + ++
电感效应 注：绝缘体不能够被电感生电 !
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静电的产生－电容效应
静电压的产生；安全、迅速、有效的消除已产生的静电荷
ECA：ESD Control Area(ESD控制区域) EOS：Electrostatic Over Strength（电过应力）
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静电的产生－几种静电产生方式 静电的产生有三个途径。。。
1. 接触分离 （最常见的‘摩擦’）
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耐磨涂层 或 dissipative 涂层
• 可热压封口
• 耐拉 • 良好绝缘强度
防静电采用标识
底色:黄色 Arial Narrow粗体,42磅 Arial Narrow粗体,46磅
45mm
35mm 180mm
底色:黄色 粗黑体,42磅,黑色 粗黑体,60磅,黑色
45mm
35mm 180mm
ESD 基础培训
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ESD损坏种类比例
严重损坏 10% 潜在损坏 60% 局部损坏 30%
在实际中潜在损坏及局部损坏均表现为软损 伤（即无法通过出厂测试筛选出来）
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静电损伤试验
对微电路中的一段线路做ESD实验发现： 200V~400V时 线路的阻抗没有发现变化 600V时 微电路的性能指标稍有下降，但仍能通过 测试。 800V~900V 出现了局部熔断和孔洞，线路阻抗发生了 明显变化 1000V 线路断路，器件被完全损坏。
其它防静电工作区环境的温湿度一般要求： 温度：20~30℃ 相对湿度(RH)：30~70%
注：一级EPA应该使区域内静电压控制在100V以下
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ESD控制-接地系统
接地是静电泻放的关键措施，EPA内必须有独立可靠的防静电接 地系统，工作中产生的的静电才能安全有效地泻放，避免静电的累积。 防静电接地必须有一个安全可靠的防静电接地母线（防静电地线），所 有人体、工作台、台垫、工具等以并联的方式接入防静电接地母线。