ESD防護(hù)基礎(chǔ)知識詳解課件

1、靜電：物體表面過?；虿蛔愕南鄬o止不動的電荷。靜電是一種電能，它留存于物體表面；靜電是正電荷與負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果。 靜電現(xiàn)象：是電荷的產(chǎn)生和消失過程中產(chǎn)生的電現(xiàn)象的總和。靜電引起的自然現(xiàn)象如：閃電等。第一部分：防靜電的基本概念一、防靜電的基本概念：定義1、靜電材料按電阻率劃分的靜電導(dǎo)體、靜電耗散體、靜電絕緣體與“動”電（流動的電流）情況下按電阻率劃分的導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體完全不同。2、靜電具有高電位、低電量、小電流以及作用時間短的特點(diǎn)。3、受環(huán)境條件，特別是濕度的影響比較大，靜電測量時復(fù)現(xiàn)性差，瞬態(tài)現(xiàn)象多。1、起電的方式不同2、能量相差很大3、表現(xiàn)形式不同4、歐姆定律的適用性不同

2、二、靜電的主要特點(diǎn)三、靜電與工業(yè)電的區(qū)別1.由于電子的得與失使物體失去電平衡，就產(chǎn)生了靜電。靜電產(chǎn)生的基本過程可歸納為：接觸電荷轉(zhuǎn)移偶電層的形成電荷分離。2.物體的起電方式主要有：1）物體間的摩擦，產(chǎn)生的熱可使電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生靜電；2）物體間的接觸與分離；3）電磁感應(yīng)；4）摩擦與電磁感應(yīng)綜合效應(yīng)。常用物品摩擦起電序列 四、物體的起電方式靜電荷通過中和與泄漏自行消失的現(xiàn)象稱為電荷的消散或衰減，電荷一般按指數(shù)規(guī)律衰減。六、靜電積累規(guī)律 靜電的起電與衰減兩個相反的過程同時存在，一般把靜電荷的起電與衰減達(dá)到動態(tài)平衡稱為電荷的凈積累規(guī)律。五、靜電衰減規(guī)律六、靜電效應(yīng)物體帶靜電后主要會產(chǎn)生以下效應(yīng)： 1、靜

3、電力學(xué)效應(yīng)，包括靜電引力、靜電排斥力 2、靜電感應(yīng)效應(yīng) 3、靜電放電效應(yīng)主要是利用電荷的同性相吸、異性相斥和靜電吸附的特性，主要應(yīng)用在： 1、靜電除塵技術(shù) 2、靜電復(fù)印與攝影技術(shù) 3、靜電涂覆技術(shù)4、靜電分選技術(shù)5、靜電生物效應(yīng)等七、靜電的應(yīng)用技術(shù)八、人體靜電人體靜電：指由于自身行動或與其它的帶電物體相接觸或相接近而在人體上產(chǎn)生并積聚的靜電。人體靜電的起電方式主要有： 、步行起電。 、摩擦起電。 、靜電感應(yīng)起電。 、接觸傳導(dǎo)帶電。 靜電放電（ESD）:當(dāng)帶電體上的電荷所產(chǎn)生的電場，其電場強(qiáng)度超過周圍介質(zhì)的絕緣擊穿電場強(qiáng)度時，帶電體表面附近的介質(zhì)就發(fā)生電離，引起靜電電荷轉(zhuǎn)移，因而使帶電體上電荷趨

4、向減少或消失，這種情況又叫靜電放電。（Electrostatic discharge，縮寫為ESD） 九、靜電放電效應(yīng)右圖是ESD對電子元件的損害，箭頭所指處為靜電放電后造成的“爪型腳”，使集成電路部分損壞。（該圖放大320倍）十、靜電放電損傷1.即時失效：又稱為硬擊穿或突發(fā)性完全失效, 它是器件的一個或多個電參數(shù)突然劣化, 完全失去規(guī)定功能的一種失效。 2.延時失效：如果帶電體的靜電位或存貯的靜電能量較低，僅能供給短暫發(fā)生的局部擊穿能量，或ESD回路有限流電阻存在，一次ESD脈沖不足以引起器件發(fā)生突發(fā)性完全失效，但它會在器件內(nèi)部造成輕微的損傷，使器件的性能劣化或參數(shù)指標(biāo)下降，降低了器件抗靜電

5、的能力、使用可靠性與壽命，使其運(yùn)行一段時間后，出現(xiàn)故障而不能正常工作。 十一、ESD損傷的失效模式1.典型的ESD失效機(jī)理包括 ：1)熱二次擊穿、2)金屬化熔融、3)體擊穿、4)介質(zhì)擊穿、5)氣弧放電、6)表面擊穿。前三者的失效機(jī)理與能量有關(guān)，而后三者的失效機(jī)理與電壓有關(guān)。2.典型ESDs器件失效分析示例表 十二、典型的ESD損傷失效機(jī)理組成部分 元器件類型 失效機(jī)理 失效標(biāo)志 MOS結(jié)構(gòu)MOSFET、MOSIC等 由于電壓過高引起介質(zhì)擊穿 短路 半導(dǎo)體結(jié)二極管、晶體管、可控硅等 能量集中，熱二次擊穿 短路 薄膜電阻 混合IC、密封薄膜電阻器 介質(zhì)擊穿或熱量有關(guān)的微通道破壞 電阻漂移 金屬化條

6、 單片或混合IC 與焦耳熱量有關(guān)的金屬燒毀 開路 場效應(yīng)結(jié)構(gòu) 石英陶瓷封裝LSI或EPROM 電荷注入絕緣材料 性能退化 壓電晶體 晶振、聲表面波器件 電壓過量使機(jī)械壓力造成晶體斷裂 性能退化 近間距電極 未鈍化金屬、未防護(hù)半導(dǎo)體 電弧放電使電極金屬熔融或燒毀 性能退化 3.SSD：在日常操作、貯存、傳遞、測試過程中容易因靜電放電而引起損傷的器件稱為靜電敏感器件。（Electrostatic Sensitive Device）典型器件靜電敏感度 元器件類型損壞電壓(V)元器件類型損壞電壓(V)Pentium5J.FET140V.MOS30SAW150MOSFET100OP AMP190EPRO

7、M100CMOS250 4.操作者典型活動產(chǎn)生的靜電電壓人體動作 相對濕度下靜電電壓(V)104055人在塑膠地板上行走 1200050003000人在工作臺面上工作 6000800400從塑料管中取出DIP 2000700400從塑料盤中取出DIP 1150040002000從泡沫塑料中取出DIP 1450050003500從塑料包裝中取出PCB 26000200007000用泡沫塑料包裝PCB 21000110005500由于器件集成度的不斷提高，電路密集度更高，致使其耐擊穿電壓愈來愈低。 靜電在電子工業(yè)中被稱為“看不見的敵人，無處不在的殺手”。 一般情況下，幾千伏的靜電電壓不易被人體感知

8、，人體能感覺到靜電電擊時的靜電電壓一般在3KV4KV以上，在5KV以上靜電電壓才能看到靜電放電火花，然而一般器件可能早已損壞。 對靜電的防護(hù)主要應(yīng)致力于防患于未然，對ESD進(jìn)行綜合防護(hù)。第二部分ESD防護(hù)技術(shù)一.ESD防護(hù)的必要性二.人體帶電電位與靜電電擊程度的關(guān)系位(伏)電擊程度 備注 1000完全無感覺琰茞2000手指外側(cè)有感覺。但不疼發(fā)出微弱的放電聲2500有針觸的感覺，有哆嗦感，但不疼琰茞3000有被針刺的感覺，微疼琰茞4000有被針深刺的感覺，手指微疼見到放電的微光5000從手掌到前腕感到疼指尖延伸出微光6000手指感到劇疼，后腕感到沉重琰茞7000手指和手掌感到劇疼，稍有麻木感覺琰

9、茞8000從手掌到前腕有麻木感覺琰茞9000手腕子感到劇疼，手感到麻木沉重琰茞10000整個手感到疼，有電流過的感覺琰茞11000手指劇麻，整個手感到被強(qiáng)烈電擊琰茞12000整個手感到被強(qiáng)烈地電擊琰茞靜電損傷失效模式比較半導(dǎo)體失效率的分配1.SMT組裝過程中靜電防護(hù)的根本目的是： 在元器件、組件的制造和使用過程中，通過各種防護(hù)手段，防止因靜電的放電效應(yīng)而產(chǎn)生或可能產(chǎn)生的損害，或?qū)⑦@些損害限制在最小的程度，以確保元器件、組件和設(shè)備的設(shè)計性能及使用性能不致因靜電作用受到損害。2.靜電防護(hù)的基本原則“防”防止靜電場，有效抑制或減少靜電荷的產(chǎn)生，嚴(yán)格控制靜電源。“泄”迅速、安全、有效地消除已經(jīng)產(chǎn)生的靜

10、電荷，避免靜電荷的積聚。 “控”對所有防靜電措施的有效性進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，定期檢測、維護(hù)和檢驗(yàn)。二.SMT組裝過程中靜電防護(hù)的根本目的.工藝控制法 .泄漏法 .靜電屏蔽法 .復(fù)合中和法 .整靜措施 四、全面、綜合、配套的靜電防護(hù)內(nèi)容1.在每個即使細(xì)小的環(huán)節(jié)，利用一些必要的、有效的靜電防護(hù)手段，選用優(yōu)質(zhì)的防護(hù)技術(shù)產(chǎn)品；2.制定完善的靜電防護(hù)管理規(guī)程，并切實(shí)有效地貫徹執(zhí)行。三、靜電的基本防護(hù)途徑3.防靜電工作區(qū)標(biāo)記根據(jù)GJB3007-97國家軍標(biāo)規(guī)定：A級防靜電工作區(qū)允許的對地靜電電位不超過100V；B級防靜電工作區(qū)是指允許的對地靜電電位不超過1000V。 4.防靜電工作區(qū)系統(tǒng)電阻的確定 靜電的泄放必

11、須“安全”，所謂“安全性”是指無論對元器件，還是人身都必須保證絕對的安全。安全性有兩個指標(biāo)：一是靜電電壓必須在1秒鐘內(nèi)降至100V；二是放電電流不能高于5mA。因此靜電防護(hù)的系統(tǒng)電阻選擇在：106 -109 。5.ESD防護(hù)過程控制要求靜電的泄放必須“安全”，所謂“安全性”是指無論對元器件，還是人身都必須保證絕對的安全。安全性有兩個指標(biāo)：一是靜電電壓必須在1秒鐘內(nèi)降至100V；二是放電電流不能高于5mA。因此靜電防護(hù)的系統(tǒng)電阻選擇在：106 -109 。6.ESD防護(hù)過程控制要求三、靜電的基本防護(hù)途徑5.ESD防護(hù)過程控制要求靜電的泄放必須“安全”，所謂“安全性”是指無論對元器件，還是人身都必

12、須保證絕對的安全。安全性有兩個指標(biāo)：一是靜電電壓必須在1秒鐘內(nèi)降至100V；二是放電電流不能高于5mA。因此靜電防護(hù)的系統(tǒng)電阻選擇在：106 -109 。6.ESD防護(hù)過程控制要求三、靜電的基本防護(hù)途徑 防靜電設(shè)施與地的連接可能產(chǎn)生松動或脫落； 防靜電桌面隨著使用時間的延長而發(fā)生失效；腕帶損壞,或其內(nèi)部出現(xiàn)斷線而連接不可靠;腕帶的佩戴不規(guī)范，如不戴、松弛、沒有緊貼皮膚等。四、ESD防護(hù)系統(tǒng)失效的主要原因五、ESD防護(hù)過程控制要求1.防靜電手腕帶的正確佩戴是：使用通過安全性檢查的手腕帶，將長度適當(dāng)?shù)乃删o圈直接佩戴在手腕上，并與皮膚良好接觸；接觸集成電路或已貼裝集成電路的PCB時將鱷魚夾夾持在接地

13、良好的接地端，鱷魚夾、接地線等裸露部分不得與設(shè)備、線體、工作臺等的金屬件接觸。2.在手腕帶佩戴上，禁止1)將手腕帶纏繞在手腕上，而不將其接地；2)將手腕帶佩戴在衣服袖口上或?qū)⑵洳卦诜漓o電工作服的松緊袖口內(nèi)；3)將鱷魚夾直接夾持在設(shè)備、線體外殼上或非專用靜電接地端的其它點(diǎn)上。防靜電手腕帶的佩戴4.ESD防護(hù)過程控制要求1)靜電防護(hù)是一個系統(tǒng)工程，滲透到生產(chǎn)的全過程，每個環(huán)節(jié)都必須同樣重視，萬不可厚此薄彼。2)防靜電工程涉及的部門眾多，需要相互協(xié)調(diào)、共同努力，各司其職，ESD才能得到有效控制。 3)靜電防護(hù)在很大程度上是提高靜電防護(hù)意識問題，提高所有接觸靜電敏感器件人員的靜電防護(hù)意識，定期進(jìn)行靜電

14、防護(hù)安全操作與靜電防護(hù)技術(shù)培訓(xùn)是非常重要的。 4)制定完善的靜電防護(hù)管理規(guī)程，實(shí)行有效的管理和監(jiān)控，最大限度地減少或避免靜電的危害。完備的靜電防護(hù)硬件系統(tǒng)包括：A.人體靜電防護(hù)、B.環(huán)境靜電防護(hù)、C.操作系統(tǒng)靜電防護(hù)、D.靜電保護(hù)接地、E.離子風(fēng)靜電消除器、F.靜電檢測及監(jiān)控儀表、G.防護(hù)措施的日常維護(hù)六、靜電防護(hù)系統(tǒng)的組成人體在日常活動和生產(chǎn)操作中可產(chǎn)生的電壓為數(shù)十伏到數(shù)萬伏的靜電，而放電過程是及其短促的，所以靜電放電過程中釋放的能量可達(dá)幾十瓦，這足以引起芯片微區(qū)燒毀或SiO2膜擊穿。 因此對進(jìn)入防靜電工作區(qū)（包括生產(chǎn)、倉儲、運(yùn)輸過程）的人員均要進(jìn)行靜電防護(hù)，其中首要的是配備防靜電服、防靜電手腕帶和防靜電鞋。 人體所攜帶的靜電，一是可以通過接地良好的防靜電手腕帶及時泄放，另一方面防靜電鞋與防靜電地面的配合使用，可以及時有效地泄放人員在運(yùn)動中產(chǎn)生的靜電，減少人體所攜帶的靜電。七、人體靜電防護(hù)防靜電工作區(qū)的地面、墻壁、天花板，按國家標(biāo)準(zhǔn)要求因選用防靜電材料，地面是一個靜