防静电(ESD)知识培训

靜電的危害
金屬接合窗
橫 切 面 放 大 (2,000)
橫 切 面 放 大 (10,000)
靜電引起的不良类型
1 暂时性功能丧失 2 逐步性能恶化（最严重） 3 部件性能完全丧失
其中逐步恶化型是电子制造业中最 大的隐患，也正是我们要预防改善的 重点
靜電放電形式
国际通用的3种ESD模型
1) 人体模型:Human Body Model (HBM) EIA/JESD22-A114-A ANSI/EOS/ESD-S5.1-1993 MIL-STD-883 (method 3015) IEC61000-4-2 2) 机器模型:Machine Model (MM) EIA/JESD22-A115-A ANSI/EOS/ESD-S5.1-1993 3) 带电器件模型:Charge Device Model (CDM) JESD22-c101
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平衡原子 1
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平衡原子 2
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帶負電原子
帶正電原子
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静电产生原理
二.感应带电
+ + + + + + - +
- +
- +
三.传导带电
+ +++ +++ +
+ + + + + ++ +
ESD模型
人体模型(HBM)
人 體 元 件
1)放电电容C=100pF, R=1.5KΏ
Current Waveform Through a Short - HBM
2)6次ESD脉冲 3 次正脉冲,3次负脉冲 每次放电间隔时间大于1S 3)用于器件特性测量 4)广泛采用的模型 5)第一个尖峰上升时间Tr: 2 nS < Tr <10 nS
2.接地电阻的确定
静电接地电阻值R的大小取决与危险静电源的最大起电率I和 防静电工作区中允许出现的最高静电电位U：R=U/I
对于静电接地电阻，国家标准GB12158-90规定；静电导体与 大地间的总泄漏电阻通常不应大于1兆欧，每组专设的静电接地装 置的接地电阻值，一航不应大于100欧。在山区等地，其接地电阻 值也不应大于1000欧。
高会使工作人员感觉不舒适。而且会使设备生锈和材料受到损 害。因此一般都将湿度控制在50％－60％之间。
二疏导或中和所产生的静电
1.静电耗散与接地
将各种操作运行过程中产生的静电迅速耗散是防止静电危害行
之有效的方法。静电耗散主要是通过将电子工业生产过程中接触到
的各类绝缘工装夹具和制品改用防静电材料制备并使之接地来完成 的。
靜電的危害
二.静电放电 静电放电可使集成电路芯片介质击穿、芯线熔断、漏 电流增大、加速老化、电性能参数改变等等。静电放电对 芯片损坏具有潜在和缓慢失效性。这种情况危害性更大。
三.辐射电场
静电放电产生的宽频干扰可对计算机和低电平数字电路产生 干扰，导致工作状态发生翻转效应或导致仪器（表）运行失常。 静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百伏/米）频谱极宽（从 几十兆到几千兆），对电子产器造成干扰甚至损坏（电磁干扰）
湿度与产生静电的关系
静电电压（V） 静电产生方法 相对湿度：10%—20% 人在地毯上行走 人在乙烯树脂地板上行走 人在工作台上操作 乙烯树脂说明书封面摩擦 16000 12000 6000 7000 相对湿度：65%—90% 1500 250 100 600
聚氨脂泡沫垫子移动
18000
1400
在电子工业，提高湿度这种方法不能广泛使用，因为湿度过
通常所说静电耗散，就是将ESD防护材料或导体上积累的静电荷
用某些导静电方式，将其泄漏到大地或者一个表面积足够大的悬浮 接地体上。
静电接地适用于导静电材料和静电耗散材料。
1）、材料导电性能分类：
根据国标GB12158-90《防止静电事故通用导则》，体积电阻率小1× 102欧· 米的材料定为 静电屏蔽材料，体积电阻率和表面电阻率分别小于或等于1106欧· 米、 1 107欧的材料叫导静电 材料（静电导体），在1 106～ 1 1010欧· 米、 1 107 ～1 1011欧范围内的为静电耗散材料（静 电亚导体）、在1 1010欧· 米和1 1011欧以上的为静电非导体材料。 不同标准，分类界线并不完全相同。 为统一规定，目前国际和国内对静电耗散和导静电材料划分是以国际电工委员IEC1340-41规定为基准。IEC1340-4-1规定； 表面电阻、体积电阻等于或低于1×106欧姆的材料为导静电材料； 1×106～1× 109欧 姆的 材料为静电耗散材料。 通常静电耗散材料制备的防静电用品（用具），使用在工作环境中有220伏、380交流强电 或直流强电的场所，能对操作人员提供安全保护。而导静电材料用于没有强电的情况下、火工行 业和有防爆要求的场合。
3由于多数情况下ESD能量都较小，所以受到ESD伤害 的也并不表 现为立即报废，有些仅表现为漏电增加，工作不稳定，甚至在出厂 测试中一时表现不明显，以后发现问题易归咎为材料不良或设计不 良而不自省，因此常使人们认识不到ESD的危害，抱有侥幸心理。特 别是潜在损坏，即使用精密仪器也很难测量出其性能有明显的变化， 这种潜在损坏在一定时间以后，电子产品的可靠性明显下降 。
湿度
1.相对湿度 空气中实际所含水蒸汽密度和同温度下饱 和水蒸汽密度的百分比值，叫做空气的“相对 湿度”。体现了该温度下水蒸气的饱和程度， 在饱和状态下，水分不再蒸发。随着温度的增 高空气中可以含的水就越多，也就是说，在同 样多的水蒸气的情况下温度升高相对湿度就会 降低。因此在提供相对湿度的同时也必须提供 温度的数据。 2.绝对湿度 单位体积空气中所含水蒸汽的质量，叫做 空气的“绝对湿度”。
60n 3)在电压相同时,产生的电流比人体模 s 型更大,所以危害也更为巨大. 上升时间极短:0.7ns<Tr<1ns
静电防护措施
一.电子元器件的设计
基本原理:
使用电压箝位电路阻止高压进入，同时提供大电流 分流通道。 基本原则: 1)速度要快，这是ESD干扰的特点决定的； 2)能应付大的电流通过； 3)考虑瞬态电压会在正、负极性两个方向发生； 4)对信号增加的电容效应和电阻效应控制在允许范围 5)考虑体积因素； 6)考虑产品成本因素。
备注
发生微弱的放电音
能见到放电的火光 手指尖上放电火光
（注）人体静电容量100PF
ESD的特殊性
1大多数ＥＳＤ损害发生在人的感觉以下, 人体对静电放电的感 知电压约为3ＫＶ，而许多电子元件在几百伏甚至几十伏时就会损坏。

2静电的产生和积累要一定的条件和过程，所以未加保护也不见 得件件产品都会受到ESD伤害，有一定的偶然性；
ESD的特殊性
4.静电是时时刻刻到处存在的，随着集成电路的密度越来越 大，一方面其二氧化硅膜的厚度越来越薄（微米－纳米），其承
受的静电电压越来越低，另一方面，产生和积累静电的材料如塑
料，橡胶等大量使用，使得静电越来越普遍存在。 5 提高产品的防静电能力，就要有全面的静电基础知识，做 好ESD预测和ESD防护设计。
所以在某些情况下，可将表面积非常大的ESD防护材料视为一悬浮接地
体，既使其不直接接地也不会积累很高的静电电压，对ESD敏感器件起到一 定的保护作用。 但在实际生产过程中，接触到的危险静电源很多，而且积累的电荷量也 比较大。单纯使用ESD防护材料往往不可能提供足够大的面积，把静电源的 对地电位控制在静电敏感器件的损伤阈值以下，这时必需采取接地措施。
3）.静电接地
1.接地方式
软接地：指地线串接阻值较高的电阻器后再与大地相连。软 接地的目的在于将对地电流限制在人身安全范围之下（通常为5毫 安）软接地所需要的电阻值大小，取决于靠近接地点的人员可能 接触到的交、直流电压值。很多标准将软接地电阻值定为1兆欧。 硬接地：指将地线直接接地或通过一低电阻接地。一般情况， 硬接地用于静电屏蔽或仪器设备，金属体的接地。
静电防护措施
二 静电防护的基本原则
1. 减少静电的产生 2. 疏导或中和所产生的静电 实际上，在生产现场不产生静电是不可能的， 所以我们主要的工作就是要疏导已经产生的静电。
避免静电产生
1.增加湿度
湿度增加则非导体材料的表面电导率增加，使物 体积蓄的静电荷可以更快泄露。在静电危险场所，在 工艺条件许可时，可以安装空调设备、喷雾器以提高 空气的相对湿度消除静电。一般情况，用增湿法消除 静电的效果是很明显的。但需要指出的是，对于表面 容易形成水膜，即容易被水润湿的绝缘体如橡胶等、 增湿是有效的。而对于表面不能形成水膜的材料如聚 四氟乙烯等、增湿对消除静电是无效的。对于孤立 （无静电泄漏途径）的带静电绝缘体，增湿也是无效 的。另外增湿的方法不宜用于消除高温环境中的绝缘 体上的静电。
静电产生原理
四.剥离带电
粘贴的标签或塑料揭下来时易发生静电， 轴和皮带滚动分离时也容易产生静电。
+ + +
五.其他方式
光电效应 喷射带电
+ + +
轮子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
轴
皮带
静电产生原理
空气 人类的手 （ +） 锡面 动物的毛 - 该序列是按带电量多少由正到负排序，最上是带 玻璃 头发 （+）电子最多，依次减弱至最下为带（-）电子 晴纶 最多 . 羊毛 毛皮 铝 绸子 纸 棉 木材 铁 铜 银 金 硫磺 PVC（塑料） （-）
静电接地注意事项
静电接地应尽可能避开某些精密仪器的信号接地、微小参量仪器
ESD（ Electro Static Discharge） 基础知识
目录 1.静电的产生原理 2.静电的危害 3.静电放电的形式
4.静电的防护措施
5.防静电系统的建立
静电产生原理
ESD─Electro Static Discharge 在日常生活中常见的静电现象：
静电的危害
静电有三种方式对电子工业危害最大。 一.吸附尘埃
◆静电吸附尘埃对微电子生产业影响很大，在现代大规模集成电路 （LSI）生产中，芯片的线宽已达到0.1微米。如果其产生静电， 则对几～几十微米尘埃吸附作用的明显。一颗直径几微米尘埃吸 附在芯片上，即可造成十几根 芯线之间的绝缘强度降低、造成 短路使芯片损坏。（见图1-1）
8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0 100
200
300
400
500
Time (nS)
ESD模型
人体金属模型(IEC61000-4-2/GB17626.2)
1)HBM的一种增强型,为现代ESD 测试使用最广泛的模型 2)它类似于人体手握金属体如镊子 的模型.场集中在工具的最尖处, 有效放电电阻减小.其中, C=150pF, R=330Ώ
2）.悬浮接地
在生产过程中产生的静电可以通过ESD防护材料及接地泄漏。如果ESD 防材料的面积足够大时，也可降低静电电压，例如，某静电源的电荷量为
0.6微库仑，其对地电容量20微微法时，静电源的对地电压30000伏。当泄漏
到一块表面积为10平方米的导静电地面时（对地电容10000微微法），每平 方厘米的带电量仅为6微微库仑，此时静电电压只有60伏。
人体感知静电位能力
人体带电 电位
1.0 KV 2.0 KV 2.5 KV 3.0 KV 4.0 KV 5.0 KV 6.0 KV 7.0 KV 8.0 KV 9.0 KV 10.0 KV 11.0 KV 12.0 KV
电冲击的程度
没感觉 手指尖有感觉但不疼 吓一跳，好象碰上针尖，但不疼 有点疼，用针轻轻刺一下的感觉 手指头有轻微痛感，感觉用针刺一下 手心或胳膊腕子因电冲击感觉痛 手指头好疼，感觉胳膊被电冲击 手指头和手心上有强烈的疼痛和麻木的感觉 手心和胳膊感觉麻木 手腕强烈疼痛，感觉麻木 手全部疼痛，感觉触电 手指头有强烈的麻木，整个手被强烈电冲击 因强烈的电冲击，身体有触电的感觉
冬天手握金属门把手
穿毛衣时的劈啪声以及火花 用塑料梳子梳头发，头发会立起 斯诺克台球击球时
静电产生原理
一.摩擦生电
通常任何物体所带有的正负电荷是等量的，当与其它物体接触、
摩擦、并由于机械作用分离时，因两种物体得失电子能力不同， 得到电子一方积聚负电荷，另一种物体则积聚正电荷，在各物体 上产生静电，并在外部形成静电场。