静电防护基础知识

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静电防护基础知识
静电防护基础知识
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一、什么是静电
静电(Electrostatic,static electricity)
通俗地来说,静电就是静止不动的电荷。它一般 存在于物体的表面。是正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移而形成的。静 电可由物质的接触和分离、静电感应、介质极化和带 电微粒的附着等物理过程而产生。
在乙烯地板上行走 在合成地毯上行走
在铺有地毯的工作台上滑动塑胶盒
坐在发泡胶椅垫上工作 坐在普通木椅上工作
1,500
1,500 100
18,000
18,000 6,000
拿起塑料袋
用塑胶薄膜包装PCB 从PCB上撕下胶带
600
3,000 1,500
7,000
16,000 12,000
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二、仪器和设备的静电
• 仪器设备外壳也会由于摩擦或静电感应带上静电.如传输 带在传动的过程中与转轴接触和分离产生的静电;接地不 良仪器金属外壳在电场中感应产生静电等
三、器件本身的静电
• 电子器件的外壳(主要指陶瓷,玻璃和塑料封装管壳)与绝缘 材料相互摩擦,也会产生静电.
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坐 3.2KV/S 坐下 3.8KV/S 1550V(站起) 1400V 脚放下
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1500 1000 100
5KV/S
动作
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影响人体静电的因素:
1.人体静电与环境湿度有关,湿度越低则静电势越高; 2.人体静电与衣物,鞋帽的材料有关,化纤制品较棉制品更易产生静
电;
3.人体静电与个人的体质有关,主要表现在人体等效电阻和人体等 效电容上. 4.人体静电与个人的操作速度有关,操作速度越快,人体静电势越高. 5.人体各个部位所带的静电电荷不是均等的,一般认为手腕的静电 势最高
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静电放电的主观感受
人体电位(KV) 1.0 2.0 2.5 电击感度 没有感觉 手指外侧有感觉,但不疼痛 有针刺感、哆嗦感、但不疼痛
4.0
5.0 6.0 7.0
有较强针刺感,手微疼痛;光 暗时能见到放电微光 从手掌到腕部感到疼痛
手指感到剧痛,腕部有强烈的 电击感 手指、手掌剧痛,有麻木感
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一般来说,静电只有在发生静电放电时, 才会对元器件造成伤害和损伤。
静电伤害的形式: • 静电吸附灰尘,降低元器件绝缘电阻(缩短寿命)。 • 静电放电(ESD)破坏,造成电子元件失效。 • 静电放电产生的电磁场对电子元器造成电磁干扰。
伤害结果: 突发性失效10%--零件突然失效
潜在性失效90%--零件电参数微变,使用 寿命变短。难以检测,危害性更大
单位为: Ω/cm2 。
静 电 保 护 区 EPA(Electrostatic area )——
protected

防静电等级要求较高的工作区。配备各种防静电装备 (用品)和设置接地系统(等电位连接),能限制静电的积累和 电位,具有确定边界和专门标记的生产,维护,存储,使用,装 配SSD的场所。
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4、静电消除器: 消电器、电中和器或离子平衡器等
利用高压电场或放射性射线的作用使空气局部电离,造成大量离 子和电子对,其中与带电体极性相反的离子(或电子)向带电体趋 近并与之发生中和作用,达到消除静电的目的。
5、防静电蜡:
涂刷非防静电材料表面,达到防静电效果。有时效性,须定期 涂刷。
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• EPA硬件组成和要求
• 软件与管理方面要求 • EPA内防静电用品,生产设备,特殊装备的要求 • EPA环境要求
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EPA内防静电用品,生产设备特殊装备的要求
一、静电防护用品
1、人体防静电材料
防静电衣、帽: 表面阻抗106 ~ 109
防静电腕带: 电阻106 ±10%
防静电鞋: 表面阻抗<106

人体电势是最重要的静电源,这主要有三个方面的原因:
1.人体接触面广,活动范围大. 2.人体与大地间的电容很低. 3.人体的电阻很低相当于一个良导体
影响人体静电的因素:
1.人体静电与人体所接触的环境以及活动的方式有.如下图所示的 动作与静电的变化;
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人在不同动作时的静电压变化
V 脚抬起 走 810V
静电防护等级
等级 防护区的静电电位最高限值
1
2 3
100V
500V 1000V
静电防护基础知识 电子工业中的静电问题
静电的主要来源:
人体静电(特别强调)
仪器和设备的静电
元器件本身的静电 其它静电如元件的制造、搬运、储存、测量等
静电的安全泄放电流:小于5毫安
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二、人体静电
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二、什么是静电放电
静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)
处于不同静电电位的两个物体间的静电电荷的转移 就是静电放电。这种转移的方式有多种,如接触放电、 空气放电。
静电放电的特点: 高电压--几百伏~几万伏 持续时间短(几百纳妙) 低能量--几十~几百微焦耳 快速的电流上升时间--几十纳秒
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二、静电中和:
• 静电中和定义:带电体的电荷与其内部和外部相反符号的电荷(电子或离子)的复 合而使所带的静电电荷部分或全部消失的现象. • 静电中和原理:利用无资源自感式,直流高压,交流高压,同位素电离等腰三角形 原理通过金属放电针或放射线使空气电离产生正负离子与静电源上的正负电荷中 和,从而消除静电源上积累的静电.
屏蔽材料:
表面电阻率小于1×104欧姆或体电阻系数小于1×103欧姆/厘 米
绝缘材料:
表面电阻率大于1×1012欧姆或体电阻率大于1×1011欧姆/厘米
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表面电阻率—— • 沿试样表面电流方向的直流电场强度与电流密度之比,
单位为:Ω 。
体积电阻率—— • 沿试样体积电流方向的直流电场强度与电流密度之比 ,
•静电耗散及泄漏的一般要求
1.静电耗散原理:将电子生产用的种类用品(装备)用ESD防护材料来制备.
2.静电泄漏定义:带电体上的电荷通过内部和其表面等途径,而使之部分或全 部消失的现象.
以上要求通常都是同是使用
•耗散与接地的特殊情况
耗散与接地的特殊情况是指防静电系统的悬浮接地与等电位
•防静电材料(装备)使用中的安全问题
介质击穿; 加在绝缘层两端的电压超过介质击穿电压时,会发生介质击穿. 气体电弧放电; 如果器件中没有被钝化的薄电极之间间距很小场强超过气体击穿场 强时会引起电弧放电,造成瞬间气体电弧放电,造成瞬态电流过大使器件 受到损坏.
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静电放电敏感器件(SSD)等级
静电敏感度介于0—1999V的元件为1级
二、接地系统
1、安全保护接地:
• 就是将电气设备不带电的金属外壳部分与接地体之间作良好的金属导通连接. 当没有保护接地的电气设备绝缘损坏时,其外壳有可能带电,如果人体触及电气设 备的外壳就有可能被电击伤或造成生命危险
2、工作接地:
• 工作接地是将电力系统中的某一点(通常是指中性点)直接或经特殊设备(如消弧 线圈,阻抗电阻等)与大地作金属连接,称为工作接地.主要有:降低人体的接触电压, 讯速切断故障,降低电气设备和电力线路的设计绝缘水平等作用.
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五、 静电放电的几种模式
人体放电模式HBM(human body model)
机器放电模式MM(machine model)
充电器件放电模式CDM (charged-device model)
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六、静电放电敏感器件(SSD)静电损伤机理:
热击穿;
由于半导体的热时间常数比静电放电脉冲时间长,所以静电放电产生 的热量从热量耗散面积向外散热好少因而在器件形成较大的温度梯度.
1
2 3
空气
人的手 兔毛
9
10 11
丝绸
铝 纸
17
18 19
镊、铜
黄铜、银 聚酯人造纤维
4
5 6
玻璃
云母 头发
12
13 14
棉布
钢 木材
20
21 22
聚乙烯
聚丙烯 聚氯乙烯(PVC)
7
尼龙
15
琥珀
负电荷方向
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四、与静电相关的几个物理量
• • 静电荷 存在的剩余电荷
• 库仑定律
定律的内容:真空中两个点电荷之间的相互作用力,跟它们的电荷量 的乘积成正比,跟它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连
• SSD ESD保护电路的设计. • 电子设备的ESD保护.
五、环境增湿:
• 环境相对湿度增加,则非导体材料(如衣服,工作台)表面的电阻减小,使物体积蓄 的静电电荷可以更快的泄漏. • 附下表为环境湿度对静电的影响.
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湿度对静电的影响
静电电压(V) 运动形式 相对湿度 65—90% 250 1,500 相对湿度 10—20% 12,000 35,000
线上。
F=K×q1×q2÷(r2×ε)
• 静电压
带静电电荷物体之间或它们与大地之间的电势差。
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静电压 V=Q/C=Q*d/(A*ε) Q--电荷量 C--电容量 d--等效平板电容器两板之间的距离 A--等效平板电容器的面积
ε --两板间物质的介电常数

环境的湿度和空气中离子的密度也直接 影响静电产生的大小。
静电防护原理
基本思路及方法: 1、控制静电产生 •工艺控制法--防止静电产生 2、防护静电耗散及泄漏(主讲) •静电耗散及泄漏法
•静电屏蔽与接地
•静电中和法 •环境增湿 •电子产品ESD的防护设计 静电防护标识
一、静电耗散及泄漏:
将生产环境和各种操作过程中产生的静电迅速耗散,以及 泄漏是防止静电危害行之有效的方法.
防静电工作区(EPA)构成和技术要求
• EPA定义和总体技术要求

• • •
1.防静电工作区定义:配备各种防静电装备(用品)和设置地系统(等电位连接)能限 制 静电的积累和具有确定边界和专门标记的生产,维护,存储,使用,装配SSD的场所 . 2.防静电工作区的范围:生产车间和库房;电子机房(计算机,程控,测试机房);电子 维修 站(包括临时维修点和移动式)等.
静电敏感度介于2000—3999V的元件为2级
静电敏感度介于4000—15999V的元件为3级
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七、 静电防护材料、设备:
导电材料:
表面电阻率(表面阻抗)小于1×105欧姆或体电阻率小于 1×104欧姆/厘米
耗散材料:
表面电阻率大于或等于1×105而小于1×1012欧姆,或体电阻率大 于或等于1×104而小于1×1011欧姆/厘米的材料。
三、静电屏蔽与接地:
• 静电屏蔽及接地通常用于对高压电源产生静电电场屏蔽,某些对静电极敏感电 路的屏蔽从而避免静电场对SSD和SSD组件的感应及静电产生. • 静电屏蔽的作用是通过将一个区域封闭起来的壳体实现的.壳体可以做成金属 隔板式,盒式,也可以做电缆屏蔽和连接器屏蔽
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四、电子产品ESD的防护设计:
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防静电鞋
要求: 两脚不能抬起来;不要垫鞋垫。 作用: 1.在人体发生的静电迅速完全流到地上;2.抑制导电床和导电鞋 间的摩擦带电。
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2、防静电包装制品
包装袋
IC管
储存盒
海绵
搬运车
座椅
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3、防静电地板和台垫
防静电地板漆
防静电地板
防静电台垫
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三、静电的产生
静电产生的方式有很多,如接触、摩擦、冲流、 冷冻、电解、压电、温差等,但主要是两种形式,即
摩擦产生静电(图1)---受材料性质、湿度、接触
面积、接触压力、分离速度、表 面洁净度等因素影响
图 1
感应产生静电(图2)
图 2
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常见物体带电顺序
序 号 材料 正电荷方向 序号 8 材料 羊毛 序号 16 材料 硬橡皮
防静手套,指套: 表面阻抗106 ~ 109
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防静电作业衣服
作业员穿着防止静电的作业衣服的 要求 1.摘下袖子的情况下,胳膊前端的 肌肉露出来。 2.比作业台高的部分衣服的拉链不 能打开(作业台下面的可以)。
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防静电手带
用导电性材料做成腕带固定在手 腕上接地。
1、 为了防止作业员在电气漏电部 分误触感电,必须加进1MΩ程度 的限流电阻。 • 2、 不松缓确实直接接触皮肤。 • 3、 为防止漏电,引线带绝缘皮。
3、静电接地:
• 将带静电物体或有可能产生静电体与大地构成电气回路的接地叫做静电接地.静 电接地电阻一般要求不大于10欧姆 备注:重复接地,防雷接地,屏蔽接地,直流接地,信号接地等,在这不作详解.
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