防靜電ESD知識(shí)培訓(xùn)PPT課件(PPT 38頁(yè))

1、ESD（ Electro Static Discharge） 基礎(chǔ)知識(shí)目錄1.靜電的產(chǎn)生原理2.靜電的危害3.靜電放電的形式4.靜電的防護(hù)措施5.防靜電系統(tǒng)的建立第1頁(yè)，共38頁(yè)。靜電產(chǎn)生原理ESDElectro Static Discharge 在日常生活中常見的靜電現(xiàn)象：冬天手握金屬門把手穿毛衣時(shí)的劈啪聲以及火花用塑料梳子梳頭發(fā)，頭發(fā)會(huì)立起斯諾克臺(tái)球擊球時(shí)第2頁(yè)，共38頁(yè)。一.摩擦生電通常任何物體所帶有的正負(fù)電荷是等量的，當(dāng)與其它物體接觸、摩擦、并由于機(jī)械作用分離時(shí)，因兩種物體得失電子能力不同，得到電子一方積聚負(fù)電荷，另一種物體則積聚正電荷，在各物體上產(chǎn)生靜電，并在外部形成靜電場(chǎng)。靜電產(chǎn)生

2、原理e - 7P+ 7P+ 7P+ 7P+e -e -e -e -e -e -e -平衡原子 1e -平衡原子 2帶負(fù)電原子 帶正電原子e -e -e -e -e -e -e -摩擦e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -第3頁(yè)，共38頁(yè)。二.感應(yīng)帶電三.傳導(dǎo)帶電靜電產(chǎn)生原理e -+-+第4頁(yè)，共38頁(yè)。四.剝離帶電粘貼的標(biāo)簽或塑料揭下來(lái)時(shí)易發(fā)生靜電，軸和皮帶滾動(dòng)分離時(shí)也容易產(chǎn)生靜電。五.其他方式光電效應(yīng)噴射帶電靜電產(chǎn)生原理e -+輪子軸皮帶第5頁(yè)，共38頁(yè)。靜電產(chǎn)生原理e -（+）空氣 人類的手 錫面 動(dòng)物的毛 玻璃 頭發(fā) 晴綸 羊毛 毛皮 鋁 綢子 紙 棉

3、木材 鐵 銅 銀 金 硫磺 PVC（塑料）（-）- 該序列是按帶電量多少由正到負(fù)排序，最上是帶 （+）電子最多，依次減弱至最下為帶（-）電子最多 .第6頁(yè)，共38頁(yè)。人體感知靜電位能力人體帶電電位電沖擊的程度備注1.0 KV2.0 KV2.5 KV3.0 KV4.0 KV5.0 KV6.0 KV7.0 KV8.0 KV9.0 KV10.0 KV11.0 KV12.0 KV沒(méi)感覺(jué)手指尖有感覺(jué)但不疼嚇一跳，好象碰上針尖，但不疼有點(diǎn)疼，用針輕輕刺一下的感覺(jué)手指頭有輕微痛感，感覺(jué)用針刺一下手心或胳膊腕子因電沖擊感覺(jué)痛手指頭好疼，感覺(jué)胳膊被電沖擊手指頭和手心上有強(qiáng)烈的疼痛和麻木的感覺(jué)手心和胳膊感覺(jué)麻木手

4、腕強(qiáng)烈疼痛，感覺(jué)麻木手全部疼痛，感覺(jué)觸電手指頭有強(qiáng)烈的麻木，整個(gè)手被強(qiáng)烈電沖擊因強(qiáng)烈的電沖擊，身體有觸電的感覺(jué)發(fā)生微弱的放電音能見到放電的火光手指尖上放電火光（注）人體靜電容量100PF第7頁(yè)，共38頁(yè)。ESD的特殊性 1大多數(shù)損害發(fā)生在人的感覺(jué)以下, 人體對(duì)靜電放電的感知電壓約為3，而許多電子元件在幾百伏甚至幾十伏時(shí)就會(huì)損壞。 2靜電的產(chǎn)生和積累要一定的條件和過(guò)程，所以未加保護(hù)也不見得件件產(chǎn)品都會(huì)受到ESD傷害，有一定的偶然性； 3由于多數(shù)情況下ESD能量都較小，所以受到ESD傷害 的也并不表現(xiàn)為立即報(bào)廢，有些僅表現(xiàn)為漏電增加，工作不穩(wěn)定，甚至在出廠測(cè)試中一時(shí)表現(xiàn)不明顯，以后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題易歸咎為

5、材料不良或設(shè)計(jì)不良而不自省，因此常使人們認(rèn)識(shí)不到ESD的危害，抱有僥幸心理。特別是潛在損壞，即使用精密儀器也很難測(cè)量出其性能有明顯的變化，這種潛在損壞在一定時(shí)間以后，電子產(chǎn)品的可靠性明顯下降 。第8頁(yè)，共38頁(yè)。ESD的特殊性 4.靜電是時(shí)時(shí)刻刻到處存在的，隨著集成電路的密度越來(lái)越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越來(lái)越?。ㄎ⒚准{米），其承受的靜電電壓越來(lái)越低，另一方面，產(chǎn)生和積累靜電的材料如塑料，橡膠等大量使用，使得靜電越來(lái)越普遍存在。 5 提高產(chǎn)品的防靜電能力，就要有全面的靜電基礎(chǔ)知識(shí)，做好ESD預(yù)測(cè)和ESD防護(hù)設(shè)計(jì)。第9頁(yè)，共38頁(yè)。靜電的危害靜電有三種方式對(duì)電子工業(yè)危害最大。一.吸附塵埃 靜

6、電吸附塵埃對(duì)微電子生產(chǎn)業(yè)影響很大，在現(xiàn)代大規(guī)模集成電路（LSI）生產(chǎn)中，芯片的線寬已達(dá)到0.1微米。如果其產(chǎn)生靜電，則對(duì)幾幾十微米塵埃吸附作用的明顯。一顆直徑幾微米塵埃吸附在芯片上，即可造成十幾根芯線之間的絕緣強(qiáng)度降低、造成短路使芯片損壞。（見圖1-1）第10頁(yè)，共38頁(yè)。靜電的危害二.靜電放電 靜電放電可使集成電路芯片介質(zhì)擊穿、芯線熔斷、漏電流增大、加速老化、電性能參數(shù)改變等等。靜電放電對(duì)芯片損壞具有潛在和緩慢失效性。這種情況危害性更大。 三.輻射電場(chǎng)靜電放電產(chǎn)生的寬頻干擾可對(duì)計(jì)算機(jī)和低電平數(shù)字電路產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應(yīng)或?qū)е聝x器（表）運(yùn)行失常。靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)幅度很大（達(dá)幾

7、百伏/米）頻譜極寬（從幾十兆到幾千兆），對(duì)電子產(chǎn)器造成干擾甚至損壞（電磁干擾）第11頁(yè)，共38頁(yè)。靜電的危害接合窗放大10,000之後可見貫穿現(xiàn)象金屬接合窗橫 切 面 放 大 (2,000)橫 切 面 放 大 (10,000)第12頁(yè)，共38頁(yè)。靜電引起的不良類型1 暫時(shí)性功能喪失2 逐步性能惡化（最嚴(yán)重）3 部件性能完全喪失其中逐步惡化型是電子制造業(yè)中最大的隱患，也正是我們要預(yù)防改善的重點(diǎn)第13頁(yè)，共38頁(yè)。靜電放電形式國(guó)際通用的3種ESD模型 1) 人體模型:Human Body Model (HBM) EIA/JESD22-A114-A ANSI/EOS/ESD-S5.1-1993 MI

8、L-STD-883 (method 3015) IEC61000-4-2 2) 機(jī)器模型:Machine Model (MM) EIA/JESD22-A115-A ANSI/EOS/ESD-S5.1-1993 3) 帶電器件模型:Charge Device Model (CDM) JESD22-c101第14頁(yè)，共38頁(yè)。ESD模型人體模型(HBM) 1)放電電容C=100pF, R=1.5K 2)6次ESD脈沖 3 次正脈沖,3次負(fù)脈沖 每次放電間隔時(shí)間大于1S 3)用于器件特性測(cè)量 4)廣泛采用的模型 5)第一個(gè)尖峰上升時(shí)間Tr: 2 nS Tr 10 nS人 體元 件第15頁(yè)，共38頁(yè)。

9、ESD模型人體金屬模型(IEC61000-4-2/GB17626.2) 1)HBM的一種增強(qiáng)型,為現(xiàn)代ESD 測(cè)試使用最廣泛的模型 2)它類似于人體手握金屬體如鑷子 的模型.場(chǎng)集中在工具的最尖處, 有效放電電阻減小.其中, C=150pF, R=330 3)在電壓相同時(shí),產(chǎn)生的電流比人體模 型更大,所以危害也更為巨大. 上升時(shí)間極短:0.7nsTr1ns60ns第16頁(yè)，共38頁(yè)。靜電防護(hù)措施一.電子元器件的設(shè)計(jì)基本原理: 使用電壓箝位電路阻止高壓進(jìn)入，同時(shí)提供大電流分流通道。 基本原則:1)速度要快，這是ESD干擾的特點(diǎn)決定的； 2)能應(yīng)付大的電流通過(guò)； 3)考慮瞬態(tài)電壓會(huì)在正、負(fù)極性兩個(gè)方

10、向發(fā)生； 4)對(duì)信號(hào)增加的電容效應(yīng)和電阻效應(yīng)控制在允許范圍5)考慮體積因素；6)考慮產(chǎn)品成本因素。 第17頁(yè)，共38頁(yè)。靜電防護(hù)措施二 靜電防護(hù)的基本原則1. 減少靜電的產(chǎn)生2. 疏導(dǎo)或中和所產(chǎn)生的靜電 實(shí)際上，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不產(chǎn)生靜電是不可能的，所以我們主要的工作就是要疏導(dǎo)已經(jīng)產(chǎn)生的靜電。第18頁(yè)，共38頁(yè)。THANK YOUSUCCESS2022/7/2119可編輯第19頁(yè)，共38頁(yè)。避免靜電產(chǎn)生1.增加濕度 濕度增加則非導(dǎo)體材料的表面電導(dǎo)率增加，使物體積蓄的靜電荷可以更快泄露。在靜電危險(xiǎn)場(chǎng)所，在工藝條件許可時(shí)，可以安裝空調(diào)設(shè)備、噴霧器以提高空氣的相對(duì)濕度消除靜電。一般情況，用增濕法消除靜電的

11、效果是很明顯的。但需要指出的是，對(duì)于表面容易形成水膜，即容易被水潤(rùn)濕的絕緣體如橡膠等、增濕是有效的。而對(duì)于表面不能形成水膜的材料如聚四氟乙烯等、增濕對(duì)消除靜電是無(wú)效的。對(duì)于孤立（無(wú)靜電泄漏途徑）的帶靜電絕緣體，增濕也是無(wú)效的。另外增濕的方法不宜用于消除高溫環(huán)境中的絕緣體上的靜電。第20頁(yè)，共38頁(yè)。濕度1.相對(duì)濕度空氣中實(shí)際所含水蒸汽密度和同溫度下飽和水蒸汽密度的百分比值，叫做空氣的“相對(duì)濕度”。體現(xiàn)了該溫度下水蒸氣的飽和程度，在飽和狀態(tài)下，水分不再蒸發(fā)。隨著溫度的增高空氣中可以含的水就越多，也就是說(shuō)，在同樣多的水蒸氣的情況下溫度升高相對(duì)濕度就會(huì)降低。因此在提供相對(duì)濕度的同時(shí)也必須提供溫度的數(shù)

12、據(jù)。 2.絕對(duì)濕度 單位體積空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量，叫做空氣的“絕對(duì)濕度”。 第21頁(yè)，共38頁(yè)。濕度與產(chǎn)生靜電的關(guān)系 在電子工業(yè)，提高濕度這種方法不能廣泛使用，因?yàn)闈穸冗^(guò)高會(huì)使工作人員感覺(jué)不舒適。而且會(huì)使設(shè)備生銹和材料受到損害。因此一般都將濕度控制在5060之間。靜電產(chǎn)生方法靜電電壓（V）相對(duì)濕度：10%20%相對(duì)濕度：65%90%人在地毯上行走160001500人在乙烯樹脂地板上行走12000250人在工作臺(tái)上操作6000100乙烯樹脂說(shuō)明書封面摩擦7000600聚氨脂泡沫墊子移動(dòng)180001400第22頁(yè)，共38頁(yè)。二疏導(dǎo)或中和所產(chǎn)生的靜電1.靜電耗散與接地將各種操作運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的靜電

13、迅速耗散是防止靜電危害行之有效的方法。靜電耗散主要是通過(guò)將電子工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中接觸到的各類絕緣工裝夾具和制品改用防靜電材料制備并使之接地來(lái)完成的。通常所說(shuō)靜電耗散，就是將ESD防護(hù)材料或?qū)w上積累的靜電荷用某些導(dǎo)靜電方式，將其泄漏到大地或者一個(gè)表面積足夠大的懸浮接地體上。靜電接地適用于導(dǎo)靜電材料和靜電耗散材料。第23頁(yè)，共38頁(yè)。1）、材料導(dǎo)電性能分類： 根據(jù)國(guó)標(biāo)GB12158-90防止靜電事故通用導(dǎo)則，體積電阻率小1 102歐米的材料定為靜電屏蔽材料，體積電阻率和表面電阻率分別小于或等于1106歐米、 1 107歐的材料叫導(dǎo)靜電材料（靜電導(dǎo)體），在1 106 1 1010歐米、 1 107 1

14、 1011歐范圍內(nèi)的為靜電耗散材料（靜電亞導(dǎo)體）、在1 1010歐米和1 1011歐以上的為靜電非導(dǎo)體材料。 不同標(biāo)準(zhǔn)，分類界線并不完全相同。 為統(tǒng)一規(guī)定，目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)對(duì)靜電耗散和導(dǎo)靜電材料劃分是以國(guó)際電工委員IEC1340-4-1規(guī)定為基準(zhǔn)。IEC1340-4-1規(guī)定； 表面電阻、體積電阻等于或低于1106歐姆的材料為導(dǎo)靜電材料； 11061 109歐 姆的材料為靜電耗散材料。 通常靜電耗散材料制備的防靜電用品（用具），使用在工作環(huán)境中有220伏、380交流強(qiáng)電或直流強(qiáng)電的場(chǎng)所，能對(duì)操作人員提供安全保護(hù)。而導(dǎo)靜電材料用于沒(méi)有強(qiáng)電的情況下、火工行業(yè)和有防爆要求的場(chǎng)合。第24頁(yè)，共38頁(yè)。2）

15、.懸浮接地在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的靜電可以通過(guò)ESD防護(hù)材料及接地泄漏。如果ESD防材料的面積足夠大時(shí)，也可降低靜電電壓，例如，某靜電源的電荷量為0.6微庫(kù)侖，其對(duì)地電容量20微微法時(shí)，靜電源的對(duì)地電壓30000伏。當(dāng)泄漏到一塊表面積為10平方米的導(dǎo)靜電地面時(shí)（對(duì)地電容10000微微法），每平方厘米的帶電量?jī)H為6微微庫(kù)侖，此時(shí)靜電電壓只有60伏。所以在某些情況下，可將表面積非常大的ESD防護(hù)材料視為一懸浮接地體，既使其不直接接地也不會(huì)積累很高的靜電電壓，對(duì)ESD敏感器件起到一定的保護(hù)作用。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，接觸到的危險(xiǎn)靜電源很多，而且積累的電荷量也比較大。單純使用ESD防護(hù)材料往往不可能提供足夠大

16、的面積，把靜電源的對(duì)地電位控制在靜電敏感器件的損傷閾值以下，這時(shí)必需采取接地措施。第25頁(yè)，共38頁(yè)。3）.靜電接地1.接地方式 軟接地：指地線串接阻值較高的電阻器后再與大地相連。軟接地的目的在于將對(duì)地電流限制在人身安全范圍之下（通常為5毫安）軟接地所需要的電阻值大小，取決于靠近接地點(diǎn)的人員可能接觸到的交、直流電壓值。很多標(biāo)準(zhǔn)將軟接地電阻值定為1兆歐。 硬接地：指將地線直接接地或通過(guò)一低電阻接地。一般情況，硬接地用于靜電屏蔽或儀器設(shè)備，金屬體的接地。2.接地電阻的確定 靜電接地電阻值R的大小取決與危險(xiǎn)靜電源的最大起電率I和防靜電工作區(qū)中允許出現(xiàn)的最高靜電電位U：R=U/I 對(duì)于靜電接地電阻，國(guó)

17、家標(biāo)準(zhǔn)GB12158-90規(guī)定；靜電導(dǎo)體與大地間的總泄漏電阻通常不應(yīng)大于1兆歐，每組專設(shè)的靜電接地裝置的接地電阻值，一航不應(yīng)大于100歐。在山區(qū)等地，其接地電阻值也不應(yīng)大于1000歐。第26頁(yè)，共38頁(yè)。靜電接地注意事項(xiàng)靜電接地應(yīng)盡可能避開某些精密儀器的信號(hào)接地、微小參量?jī)x器的接地。因?yàn)殪o電接地泄放靜電時(shí)可能產(chǎn)生較高脈沖，對(duì)儀器產(chǎn)生干擾。靜電接地應(yīng)和防雷接地分開。因?yàn)榉览捉拥卦谛狗爬纂娏鲿r(shí)，可產(chǎn)生較高反擊電壓，通過(guò)靜電接地能將反擊電壓引入靜電防護(hù)區(qū)造成安全事故或?qū)x器設(shè)備損壞，在工程中靜電接地應(yīng)與防雷接地相隔20m距離。對(duì)于某些建筑物，由于在設(shè)計(jì)中已將防雷接地和其它接地共用一個(gè)接地體，此時(shí)系統(tǒng)

18、接地電阻必須小于1。另外在其它地線支路（不包括防雷地線支路）必須裝設(shè)防反擊的裝置（壓電元件等）和防雷接地連接，形成等電位體。避免串聯(lián)接地，應(yīng)獨(dú)立接地。第27頁(yè)，共38頁(yè)。4）靜電中和 靜電中和是消除靜電的重要措施之一，適用與消除靜電非導(dǎo)體上的電荷。適用于不方便接地的絕緣類材料靜電中和原理：利用外界因素將空氣電離，利用異性電荷相吸的原理，異號(hào)電荷與靜電源上的電荷中和，同號(hào)電荷導(dǎo)向大地，從而消除靜電源上積累的靜電。第28頁(yè)，共38頁(yè)。4)靜電中和 但不同產(chǎn)品特性也不同，使用時(shí)需根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書和實(shí)際情況綜合考慮。主要參數(shù)：風(fēng)量，距離，除靜電時(shí)間去靜電時(shí)間：在一定距離內(nèi)將1000V靜電壓降至100V以

19、下的時(shí)間我們公司主要針對(duì)需要揭膜的工序使用了離子風(fēng)機(jī)，使用時(shí)須注意按照設(shè)定的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，要針對(duì)工作區(qū)域，要定期的進(jìn)行清潔和點(diǎn)檢。 第29頁(yè)，共38頁(yè)。5)靜電屏蔽靜電屏蔽及接地適用于對(duì)高壓電源的靜電屏蔽、某些對(duì)靜電極敏感電路的屏蔽，從而避免靜電場(chǎng)對(duì)ESDS器件和ESDS組件的感應(yīng)和靜電放電產(chǎn)生的寬頻帶干擾。屏蔽作用是通過(guò)將一個(gè)區(qū)域封閉起來(lái)的殼體實(shí)現(xiàn)的。殼體可以作成金屬隔板式、盒式、也可以作成電纜屏蔽和連接器屏蔽。屏蔽的殼體一般有實(shí)芯型、非實(shí)芯型（如金屬網(wǎng)）和金屬編織帶幾種類型、后者主要用作電纜的屏蔽。各種屏蔽體的性能、均用屏蔽體的屏蔽效能來(lái)表示。此值定義為空間某一區(qū)域屏蔽后的靜電場(chǎng)強(qiáng)度，比屏

20、蔽前電場(chǎng)強(qiáng)度降低的分貝數(shù)。屏蔽效果優(yōu)與劣，不僅與屏蔽材料的性能有關(guān)，也與屏蔽體與靜電源距離，以及殼體上可能存在的各種不連續(xù)的孔洞和數(shù)量有關(guān)。靜電屏蔽效果與接地有很大關(guān)系：屏蔽體不接地，外界靜電場(chǎng)能夠被屏蔽，但電磁屏蔽效能較差；只有將屏蔽體接地，才能保證屏蔽體上感應(yīng)的靜電荷泄露，使屏蔽體內(nèi)、外的電路互不干擾。靜電屏蔽及接地是很多種儀表電路上防靜電干擾的重要措施之一。同時(shí)也用于防止靜電源對(duì)外界的干擾。 第30頁(yè)，共38頁(yè)。典型防靜電系統(tǒng)的構(gòu)成一.確定防護(hù)等級(jí).靜電放電敏感器件可寫成ESDS器件。美國(guó)軍方試驗(yàn)室建立人體試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)電子元器件進(jìn)行敏感度分極，并被我國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB1649-1993電子產(chǎn)

21、品防靜電放電控制大綱等效采用1級(jí)：敏感電壓范圍0-1999V2級(jí)：敏感電壓范圍20003999V3級(jí)：敏感電壓范圍400015999V我們公司的靜電電壓控制范圍是2000V以下。根據(jù)器件的敏感范圍確定EPA的防護(hù)級(jí)別，從個(gè)人建立防靜電系統(tǒng)。二建立系統(tǒng)大體分為硬件部分和軟件部分第31頁(yè)，共38頁(yè)。硬件部分1、人體靜電防護(hù)用品：防靜電工作服、防靜電鞋（鞋束）、手腕帶、手套（指套）、防靜電椅。2、防靜電物流傳遞用品：防靜電包裝（盒、箱、托盤等）、充填材料（泡沫塑料、發(fā)泡材料）、運(yùn)轉(zhuǎn)車、周轉(zhuǎn)器具、存放柜（架）、傳輸帶等。3、防靜電地坪：切割間是環(huán)氧自流坪，表面電阻104 106 ，其他車間是PVC地板

22、，表面電阻106 109 。4、防靜電操作系統(tǒng)：工作臺(tái)、工作椅、工具類（電烙鐵、吸錫器、分路棒、維修工具、ESD防護(hù)夾具）等。5、防靜電接地：以建筑鋼筋框架為主體與防雷接地共用，接地電阻小于1，每層設(shè)置等電位箱。6、環(huán)境控制系統(tǒng)：溫度和濕度控制設(shè)備、環(huán)境潔凈度控制系統(tǒng)。7、專用生產(chǎn)裝聯(lián)設(shè)備：采取防靜電措施的生產(chǎn)裝聯(lián)設(shè)備。8、特殊防靜電用具（品）：各類靜電消除器（離子風(fēng)靜電消除器、靜電消除刷等）、防靜電劑（噴劑、臘、膠等）。這類用品配置或使用并不是必需的，根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定。9、靜電測(cè)量（監(jiān)控）系統(tǒng)：靜電電壓（量）表、高阻測(cè)試儀、靜電衰減時(shí)間測(cè)試儀、靜電屏蔽性能測(cè)試儀、接地電阻測(cè)試儀等配套的測(cè)試用具和各種電極。第32頁(yè)，共38頁(yè)。軟件部分（二）軟件部分1、培訓(xùn)大綱與人員培訓(xùn)；2、防靜電工藝和設(shè)計(jì)文件；3、有關(guān)防靜電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；4、規(guī)章制度和操作規(guī)程；5、完整質(zhì)量保證體系（包括檢查和試驗(yàn)）；6、各種防靜電警示標(biāo)志；7、貯存和運(yùn)輸要求。第33頁(yè)，共38頁(yè)。典型防靜電系統(tǒng)圖例 接地電阻1等電位體第34頁(yè)，共38頁(yè)。靜電位測(cè)量 靜電測(cè)試與一般的