ESD基础知识

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• 同性相斥,异性相吸。这是造成电子流动 的基础。
• 在任何两个带电点中存在作用力: 1、力作用在两点的直接连线方向上。 2、力的大小和电荷量的乘积成正比。 3、力的大小和距离的平方成反比。
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静电场
由于电荷导致的吸引或者排斥力
An attractive or repulsive force in space due to the presence of electric charge.
电离的放电过程。它产生的电流很小,约 在1µA到几百个µA之间。 电晕放电的:“利” 电晕放电的许多特点正被人们广泛的利用, 例如静电除尘、静电分选以及静电消除器 、盖革—米勒计数器中都用到了电晕放电 技术。
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电晕放电
电晕放电的“弊”
电晕放电又会给许多系统造成电磁干扰。由于这 些脉冲正好位于射频段,因此会产生强烈的射频 干扰。这一现象对于航空、航天以及武器装备中 微电子系统将产生不可忽视的危害。飞机、航天 器、导弹在飞行过程中,机壳或弹体上会因摩擦 而产生静电。当静电电位足够高时,可引发电晕 放电,而电晕放电形成的电磁干扰会对飞机、航 天器、导弹的制导系统产生干扰,造成制导失灵 或通信中断,引发事故。
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传播型刷型放电
• 传播型刷型放电又称沿面放电,还称 Lichtenberg放电。只有当绝缘体的表面电 荷密度大于2.7×10-4C/m2时才可能发生。
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火花放电
• 在发生火花放电时,静电能量瞬时集中释放,其 引燃、引爆能力较强。另外,火花放电产生的放 电电流及电磁脉冲具有较大的破坏力。它可对一 些敏感的电子器件和设备造成危害。
• 由于涉及到空气的击穿,火花放电是一个非常复 杂、多变的过程。
• 人与导体的火花放电之异同:
带电导体产生的火花放电和人体产生的火花放电是不完全相同的。在多数情 况下,导体的静电放电,形成一次火花通道便能放掉绝大部分静电电荷,即 静电能量可以集中释放。而对于人体静电放电来说,由于人体阻抗是随着人 体静电电位变化而变化,在一次放电过程中可能 包含了多次火花通道 的形成 、消失过程,即重复放电。在每次放电过程中仅仅放掉一部分电荷。即每次 释放人体静电能量 的一部分。
ESD基础知识
1
第一章
ESD的定义
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什么是静电
• 静电(Electrostatic Charge) • 静止不动的电荷
Electric Charge at rest ---ESD ADV1.02003 • 电荷:得到或者失去电子 Electric Charge : An absence or excess of electrons—ESD ADV1.0-2003 • 静电的基本单位是库仑Coulomb(C) 1C=6.24×1018个电子所带的电量
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静电序列
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静电序列
• 两物体接触分离或摩擦后,排在前面的带 正电,后面的带负电;
• 距离越远,摩擦电压越高; • 可以作为选择防护材料时的有用参考; • 人类认识的不足:不同列表有所差异;循
环现象;反向现象; • 应用时不可作为硬性标准。
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静电感应
• 带电体产生电场,电场中的导体因电荷转 移而感应带电。
绝缘体 不能够 被感应 带电!
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断裂起电
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剥离带电
• 物质原有的电荷平衡被打破,两边带上相 反的电荷。
• 同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会 产生静电。 通常电压都比较高!
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离子溅射
当电场强度 超过3MV/m 时,击穿空气, 产生正/负离子
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传导带电
• 带电物体通过接触将电荷传导给未带电物 体
• 伴随着静电放电,往往有电量的转移、电 流的产生和电磁场辐射。
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电量衰减
• 常见概念-形象化 • 在容量系统中,电量衰减的速度是物体电
容和对地电阻的函数(RC) • 衰减时间常数(τ)=RC
Vt= V0e-t/τ t=1τ, Vt= 37% V0 t=5τ, Vt= 0.7% V0
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静电放电能量
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静电放电的特点
ESD会产生强烈的电磁辐射,弄成强电磁脉冲(EMP)
近年来,随着静电测试技术、测量仪器及测试手段的不断完 善和迅速发展,使人们对ESD这一瞬态过程的认识越来越清 楚。在ESD过程中,确实会产生上升时间很快、持续时间很 短的初始大电流脉冲,并产生强烈的
电磁辐射,出现了静电放电电磁脉冲
• 静电放电的能量E=0.5CV2 • 静电放电的敏感器件接受的能量:
E=0.5CV2(R item/ R total) • V=q/C,静电电压受电容的影响很大
C= ε0 εrA/d ε0=8.85×1012F/m εr=材料的相对介电常数
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第二章 静电产生的方式和途径
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常见的静电产生方式
时往往还涉及到非常 复杂的气体击穿过程。 因此,ESD是一种很 难重复的随机过程。
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静电放电的类型
由于静电源或带电体可能是固体、气体、液 体,又由于带电体本身的大小、形状、带 电量、放电环境条件等的不同,因此,ESD 可能有多种形态。特别是近几十年来人类 又不断发现了新的放电形态与类型,因此 ,目前的ESD类型,已由经典电学的3种( 电晕放电,刷型放电,火花放电)发展为 如下的7种。
(ESD EMP)。它的电磁能量往往会引
起电子系统中敏感部件的损坏、翻转,
或引起某些装置中的电火工品误爆,
造成事故。目前ESD EMP已受到人们
的普遍重视。作为近场危害源,许多人把它与高空核爆炸弄 成的核电磁脉冲(NEMP)及雷电放电时产生的雷电电磁脉冲 相提并论。
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静电放电的特点
但是,应当注意地是,ESD是一个极其复杂 的过程不仅与材料、物体形状和放电回路 参数有关,而且放电
数和是守恒的。
5
6
电荷特性
• 电荷不能够被生产或消灭,只能够被转移。 • 电子电量=-1.6×10-19C
质子电量=+1.6×10-19C • 量化预测电荷量的产生是不可能的。 • 一块布料和片塑胶的摩擦可以促使百万亿电
荷的转移。 电荷守恒定律-在任何物理过程中电荷的代数和
是守恒的。
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电荷的相互影响
喷射生电 (任何液体)
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特殊带电现象
• 粉体带电:因为破裂、摩擦、分离、吸附 等因素带电。电量小,但电压可能较高, 可能引发爆炸危险。
• 液体带电:因为流动、冲流、沉降、喷射 等方式起电,多出现在电阻大的液体、管 道、喷嘴和分散的液滴。
• 气体带电:纯净气体通常情况下不会起电 。气体的带电一般与其中的杂质相关。
带电体
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电场,电场强度,电力线
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静电电压
• 按定义:电压=电场强度(作用力/电荷)× 距离
• 单位静电压(Statvolt)=1dyne ×1cm/电荷 电位: 1sV≌1erg/esu ≌ 10-7J/3.3×10-10C ≌ 300V
dyne:使1g物体得到每秒1cm的加速度的力。 erg:以1dyne之力作用于物体,其使作用点移动1cm所做的功,
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物体或过程
材料或活动
工作台面 打蜡,涂层或油漆面/普通乙烯类或塑胶
地面
密闭混凝土 打蜡,抛光木板 普通乙烯类胶片
衣服
普通净化工作服 普通纤维工作服 非静电鞋 未处理棉花(温度低于30%)
座椅
抛光木板 乙烯基材料 玻璃纤维
普通塑胶袋,包裹,信封 包装及搬运 普通气泡袋,发泡袋
普通塑胶箱,手提箱,小瓶,塑胶件箱柜 33
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电晕放电
电晕放电是发生在不均匀的电场中,空气被 局部电离的一种放电形式。处在空气中的 带电体及接表面上有突起或楞角部分,当 其带电体的电位足够高时,也会产生电晕 放电。这种放电有时又称尖端放电。
无绳手防静电 手环的原理
+3000V -2500V
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电晕放电
• 根据放电尖端的极性不同,电晕放电可分 为正电晕和负电晕亨普放电。而放电尖端 为阳极时的电晕放电则称为正电晕。
electrostatic charge induced by a high electrostatic field.—ESD ADV1.0-2003 • 处于不同电位的两个物体之间,由于直接接 触或静电场感应导致的电荷传输(转移)IEC定义
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静电和ESD的区别
• 静电与静电放电(ESD)是完全不同的物理 概念或物理过程。一个是“静”,一个是 “动”。
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静电的本质
• 无论是静电荷或是带电体,都会在空间激 发出静电场。静电场才是静电荷或带电体 的物理本质。因为其对外表现是通过静电 场来实现的。静电场是一种物质存在,有 能量,有动量,对其中的其他带电体施加 力的作用。
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与静电有关的概念
• 正电荷:质子带正电荷 • 负电荷:电子带负电荷 • 带电体:得到或失去电子的物体。 • 电量:物体所带电荷量的大小。 • 静电场:由于电荷导致的吸引或者排斥力。 • 电荷守恒定律:在任何物理过程中电荷的代
• 接触分享起电(最常见摩擦起电) • 静电感应 • 断裂起电(分裂起电,破碎起电) • 剥离起电 • 离子溅射 • 传导带电 • 电容效应
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接触分离起电
接触分离带电 摩擦起电
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什么影响“摩擦带电”
• 摩擦产生的静电的大小取决于: -互相摩擦的材料
-接触的紧密程度 -分离的速度 -接触面的清洁度 -其他物理和化学的因素 表面粗糙度 环境因素
装配,清洁, 喷气清洁容器
测试及维修 普通塑胶焊锡吸管
区域
烙铁头未接地
刷子(骆驼/猪毛和人造纤维)
用流体流动或蒸发清洁或干燥
*烘箱
低温喷涂
*加热枪和吹风机
*真空吸尘器
喷砂
复印设备
CRT显示器
*独立项目不是静电源。它们包含颗粒的空气
流动产生静电。
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电子制造业中最常用的材料有很多绝缘体!
我们要得到没有静电的环境是不可能的,我 们只能控制它!
• 从电晕放电产生的电晕的形状来看,负电 晕是包围着放电尖端的均匀光晕圈,而正 电晕则呈现出非均匀的丝状。一般来说, 正电晕的起晕电压要比负电晕的高。
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窄脉冲电晕 流光电晕 辉光电晕 引发电晕
特里切尔脉冲电晕 无脉冲电晕
引发电晕
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电晕放电
• 电晕放电的特点: 电晕放电是一种高位、小电流、空气被局部
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刷型放电
这种放电往往发生在导体与带电绝缘体之间。带电 绝缘体可以是固体、气体或低电阻率液体。产生刷 型放电时形成的放电通道在导体一端集中在某一点 上,而在绝缘体一端有较多分叉,分布在一定空间 范围内。根据其放电通道的形状,称为刷型放电。
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火花放电
当静电电位比较高的带电 导体或人体,靠近其它导 体、人体或接导体时,便 会引发发静电火花放电。 火花放电是一个瞬变的过 程。放电时两导体间的空 气被击穿,形成“快如闪 电”的火花通道。与此同时 ,还伴随着劈啪的爆裂声。
• 带电绝缘体仅能从较小 面积释放大量电荷。
• 带电导体能释放大量电 荷给给另一导体。
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电容效应
C= ε0 εrA/d
ε0=8.85×1012F/m εr=材料的相对介电常数
V=Q/C
d↑→V↑
电荷保持不变,但静电压并非固定值!
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其他带电方式
• 热电现象:某些物质温度的变化,产生静电。 • 压电:压电现象。石英、水晶、陶瓷等。 • 电解:固体与电解溶液 • 液体喷射
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流动生电 (高阻抗液体)
喷嘴处带电
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影响带电的因素
• 物质的性质 • 表面特征 • 作用力的大小、速率、频次、时间 • 环境因素:湿度、温度 • 物体带电历史
• 温度对静电影响:温度升高物质活性增加摩擦电压增加: 同时温度升高部分物质的导电性增强,易于消除静电。
31Leabharlann Baidu
第三章 电子生产环境中主要的静电源
1erg=10-7J esu:1个静电库仑就是电荷的量,它与相距 1cm的同样电量有1达因的排斥
力,1esu=3.3×10-10C
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什么是ESD
• ESD:静电放电(Electro Static Discharge) • 由一个高电场引起的快速、自发的电荷转移 • The rapid spontaneous transfer of
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The Biggest ESD Resource is YOU
人是最大的静电源
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第四章 静电放电类型及其危害
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静电放电的特点
ESD是高电位,强电场,瞬时大电流的过程
过去,人们认为ESD是一个高电位,强电场,小电流的过 程。其实这种看法并不完全正确。的确,有些ESD过程产 生的放电电流比较小。如后面将要介绍的电晕放电。但是 ,在大多数的情况下,静电放电过程往往会产生瞬时脉冲 大电流。尤其是带电导体或手持小金属物体(如螺丝刀或 钥匙)的带电人体对接地体产生火花放电时,产生的瞬时 脉冲电流的强度可达到几十安培甚至上百安培。
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