ESD培训材料

Protect Area(ESD防护区域)
1.2 静电的历史及影响

闪电 600BC-Thales（泰利斯）发现用毛皮摩擦过的橡胶可以吸 起羽毛 公元1400年欧洲人在黑火药的生产过程中采用了静电控制 公元1600年，William Gilbert（吉尔伯特） 重复了 Thales 的实验，并观察到干燥天气的影响
1.7 静电放电模式
人体放电模式 (Human-Body Model，HBM) 机械放电模式 (Machine Model，MM) 元件充电模式 (Charged-Device Model，CDM)
1.7 静电放电模式——人体模式
人体放电模式的ESD是指人体在地上走动或其他因素在人体上已 积累了静电，当此人去碰触IC时，人体上的静电便经由IC的管脚而进 入IC内，此放电过程会在短到几百微秒内产生数安培的瞬间放电电流， 从而把IC内的元件给烧毁
1.5 静电的危害
几处空洞是由电子迁移造成的，它是一种软损伤形式
1.5 静电的危害
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
1.5 静电的危害——问题
软损伤的质量成本远大于硬损伤，为什么？

流到了客户端：
1.4 静电的特点
＜3000V？？？
在3000伏时，你能 通过皮肤感知
人体对ESD的敏感
在5000伏时，你能 听见
在10000伏时，你能 看见
1.4 静电的特点

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 小于3000V时：看不见、听不到、摸不着，我们就漠视他 的存在，但他时时刻刻、实实在在伤害着我们的元器件！
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1.5 静电的危害
ESD 失效
彷真人体带 8000V 静电放电 放电 3 次 放大 3000 倍
1.5 静电的危害
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。
1.5 静电的危害
ESD损伤实验
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。
ESD控制培训课前测试

课前测试一：

拆包装时从纸箱上撕下胶带，会产生静电吗？ 静电耗散材料的电阻率是多少？


防静电措施中，12英寸原则是什么？
ESD的意思是防静电，对吗？

课前测试二：

下面这张照片中，有哪些地方不符合防静电控制规范要求？
哪些地方不符合ESD规定？
ESD控制培训课程内容

一、ESD基础知识介绍 二、ESD控制 三、常见的不符合静电控制规范的实例
一、静电基础知识



1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
基本概念 静电的历史及影响 静电的产生 静电的特点 静电的危害 材料的电特性
1.1 基本概念

静电：静电就是物体上多余的电荷。它所产生的效应包括带电体之
35000 12000 6000 7000 20000 18000
静电势（空气相对 湿度65~90%）
1500 250 100 600 1200 15000
1.3 静电的产生——分离起电
因摩擦起电和分离起电的效果相当，并且两者一般同时发生，因此通常情 况下把两者合在一起讨论
1.3 静电的产生——感应起电
1.7 静电放电模式——机器模式
1.7 静电放电模式——充放电模式
充放电模式(CDM)是指IC先因磨擦或其它因素而在IC内部累积了静 电，但在静电累积的过程中IC并未受伤。此带有静电的IC在处理过 程中，当其pin去碰触到接地面时，IC内部的静电便会经由pin自IC 内部流出来，而造成了放电的现象。此种模式的放电时间更短，仅 约几毫微秒之内，而且此放电现象更难以真实的被模拟
1.7 静电放电模式——三种模式比较
ESD三种模式比较
HBM与MM-->人体、机器或环境带电 HBM是最古老且最常发生的模式，但并非最严重的危害模式 MM造成的故障与HBM类似，但电压却远低于HBM，速度亦 较HBM快 CDM-->组件带电




1.5 静电的危害
静电危害：

吸附灰尘→缩短产品寿命在旦夕 放电损伤→产品失效

电磁干扰→过程中断（不良数据、软件错误、校准失 误、处理器停止运作）
我们这里仅讨论ESD损伤，即放电损伤
1.5 静电的危害
放电损伤分类：
Байду номын сангаас
ESD失效：热熔化、介质击穿、ESD引发EOS
硬损伤（致命损害）：表现为器件电参数突然劣化，失 去原有功能，统计标明，该类失效仅占10% 软损伤（隐性损害）：受到软损伤的器件，虽然当时各 类电参数仍合格，然而其使用寿命却大大缩短了，统计 表明，该类失效占到90%
和三支泡沫枪实施扑救，并用水枪对化学药品进行稀释。扑救过程
中，仓库内化危品桶不断发生爆炸

经过三个多小时扑救，火灾于晚7时被彻底扑灭。据消防部门初步 调查，火灾原因是该公司两名员工在对六甲基二硅氮烷进行倒料时 产生静电，引发火灾。此次火灾过火面积300多平方米，火灾损失 10余万元。（2004-04-03 10:01:56） 来源 新华网浙江频道



1.2 静电的历史及影响

公元1700年Hauksbee 发明了静电发生器、验电器，发现了 电磁感应现象。 公元1800年 --Faraday 发明了法拉第笼 --Kelvin 发明了静电测试仪 --造纸厂使用了接地技术 --Volta 发明了电池



1.2 静电的历史及影响
正面！ 复印机 环境控制 工业过程控制 危害！ 医院里麻醉蒸气爆炸 飞行器在飞行过程充电影响了通信 在1960年第一个ESD敏感器件诞生 计算机里的磁头是ESD最敏感的器件，敏感度约20V LGA激光器一般按照MMI级来进行ESD控制（＜100V）
间力的作用和电场。

静电放电（ESD—Electro static 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。
1.1 基本概念
请牢记！
1.1 基本概念
常见的名词、术语

静电敏感度(ESDS—Electrostatic Discharge Sensitivity) 静电敏感器件(ESSD—Electrostatic Sensitive Devices) EPA:ESD Area(ESD控制区域)
增加了运营成本 造成客户满意度下降 影响公司品牌

仪表半死不活，时好时坏，增加维护成本 造成其他元器件性能下降 查找原因难度加大
1.6 材料的电特性

绝缘体－很大的电阻率＞1×1011Ω


导体－很小的电阻率＜1×104Ω
静电释放材料－电阻率≥1×104 ~＜ 1×1011Ω
在实际应用中，静电释放材料（静电耗散材料， 电阻率一般取7.5×105Ω ～1×1010Ω ，为什么？
ESD控制培训课程背景——案例

北京某航天研究所，在1992年初组装调试我国“资源卫星”上使用的
一种仪器时，因人体静电放电导致2只价值6000美元的进口并遭禁运
的CCD器件（一种MOS器件）失效，几乎影响卫星的发射进度

日本曾对不合格的电子产品进行过解剖分析，发现45%的不合 格器件是由静电放电造成的 美国也在上世纪八十年代初作过统计，它的电子工业每年由于 静电造成的损失高达100亿美元 英国经过数年调查了解到，该国上世纪70～80年代，每年因 静电造成的电子产品损失约为20亿英磅
感应起电
1.3 静电的产生——几个小问题
问题一：包装用的透明胶带是什么材料？撕胶带会产生多大的静电？ 问题二：通标气时，不锈钢管壁、氟塑料管壁会产生静电吗？为什么？ 问题三：电脑液晶屏、键盘等IT设备通电后会产生静电吗？为什么？ 问题四：放置于防静电袋中的电路板，会产生静电吗？为什么？
1.4 静电的特点
ESD控制培训课程
ESD控制培训课程背景——案例
2004-4-2下午，杭州萧山硅宝化工有限公司发生火灾……
ESD控制培训课程背景——案例

4月2日下午3时54分，位于萧山浦阳镇的杭州硅宝化工有限公司发
生火灾，杭州市消防支队萧山大队火速派出五辆消防车和三个民办
消防队赶赴火场。 起火的是公司一个约300多平方米的仓库，里面 存有大量化学原料，着火后，火势十分凶猛，十几公里以外就能看 到滚滚浓烟。消防员到场后，迅速开展灭火行动，架起两架泡沫炮
＋
①. 序列中任意两种物 质摩擦后，位居前面 的带正电，位居后面 的带负电 ②. 两种物质在静电序 列表中的位置相距越 远，摩擦后产生的电 位差越大
③. 两种物质分离或摩 擦速度越快，产生的 电位差越大
—
1.3 静电的产生——摩擦起电
人体活动产生典型的静电电压（V ）
人体活动 在地毯上走动 在聚乙烯地板上走 动 在工作台上工作 拿聚乙烯纤维包 从工作台拿起聚乙 烯衬垫 坐在填有聚氟脂泡 膜的椅子上 静电势（空气相对 湿度10~20% ）


ESD控制培训课程背景——案例……

根据电子制造行业的经验，ESD控制的投入产出比高达1:95！
太值了！！！
ESD控制培训课程目的

课程目的
让接触ESSD器件的人员均须： 1、了解ESD知识 2、了解ESD控制的重要性 3、了解ESD对电子产品的危害 4、掌握ESD控制方法 接触ESSD器件的人员包括：采购员、物控计划员、物 流仓储人员、检验员、生产人员、生产技术质量人员、管理 人员、研发设计人员、供应商、工程人员、客户等等
1.7 静电放电模式——人体模式
1.7 静电放电模式——机器模式
机器放电模式(MM)的ESD是指机器(例如机器手臂)本身累积了静电， 当此机器去碰触到IC时，该静电便经由IC的pin放电。因为大多数机 器都是用金属制造的，其机器放电的等效电阻为0 ；由于机器放电 模式的等效电阻为零，故其放电的过程更短，在几毫微秒到几十毫 微秒之内会有数安培的瞬间放电电流产生，因此对组件的破坏力更 大
1.5 静电的危害
某电子产品公司器件失效原因分布：
高静电敏感器件失效原因排序
EOS/ESD 59% 电子测试 3% 氧化/钝化 3% 导体失效 3% 硅片断裂 4% 引脚短路/开路 7% 引脚连接 15% 其他 6%
EOS/ESD 引起的失效 排在第一位
1.5 静电的危害
电介质 击穿
失效的原因
--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。过热和短 路会损坏器件 --在ESD事件中产生的热量使器件局部过 热和使接点融化 --热是由放电电流产生的 --热能与放电电流的平方成正比
1.3 静电的产生
1.3 静电的产生——摩擦起电
1.3 静电的产生——摩擦起电
影响摩擦起电的因素

物质结合的紧密度 分开的速度


材料的导电性
摩擦系数以及位置

1.3 静电的产生——摩擦起电
IEC/15D/48/CD(1 995) 人手 玻璃 云母 聚酰胺 毛皮 羊毛 丝绸 铝 纸 棉花 钢 木材 硬橡胶 聚酯 聚乙烯 聚氯乙烯 聚四氟乙烯 MIL-HDBK263A(1991) 人手 兔毛 玻璃 云母 人头发 尼龙 羊毛 毛皮 铅 丝绸 铝 纸 棉花 钢 木材 琥珀 封蜡 硬橡胶 铜 银 金\白金 硫磺 醋酸酯纤维素 聚酯 赛璐璐 奥纶 聚氨酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚三氟氯乙烯聚合物 聚四氟乙烯 AT&T静电放电计划管理 (1992) 石棉 醋酸酯 玻璃 人头发 尼龙 羊毛 毛皮 铅 丝绸 铝 纸 聚氨酯 棉花 木材 钢 封蜡 硬橡胶 醋酸酯纤维 聚直薄膜 环氧玻璃 铜\银 紫外保护膜 黄铜\不锈钢 合成橡胶 聚丙烯树脂 聚苯乙烯塑料 聚乙烯\聚丙烯 聚氯乙烯 聚四氟乙烯 硅橡胶 IEEE Std.C62.47 (1992) 石棉 醋酸酯 玻璃 人头发 尼龙 羊毛 毛皮 铅 丝绸 铝 纸 聚氨酯 棉花 木材 钢 封蜡 硬橡胶 聚直薄膜 环氧玻璃 铜\ 银 黄铜\不锈钢 合成橡胶 聚丙烯树脂 聚苯乙烯塑料 聚乙烯\聚丙烯 聚氯乙烯 聚四氟乙烯 硅橡胶