electrostatic discharge protection

　　质量治理部 IPQC组

　　目录

　　A、什么是静电放电 (ESD)?

　　B、有关静电的根本定义

　　C、静电的产生

　　D、静电对微电子制作业的迫害

　　E、电子制造中的静电源

　　F、静电防护材料的划分

　　G、生产中的静电的防护介绍

　　什么是静电放电 (ESD)?

　　严寒的冬天，当您脱下温暖的毛衣，您会听到哔哔xx声

　　干燥的冬天，当伸手去开车门或窗户，会觉得触电的感

　　用手去抚摩家里的猫，您会发明猫竟然怒发冲冠

　　钢笔经过摩擦后能吸咐小纸屑

　　头发随着梳子飘的现象-----梳子与头发上储存的静电放电

　　空中的雷鸣闪电现象-----云层上的静电放电现象

　　以上这些就是静电瞬间泄放(ESD)所产生的现象

　　静电

　　一种处于相对稳固状况的电荷. 由它所引起的磁场效应较之电场效应可以疏忽不计。

　　静电放电(ESD)

　　-ElectroStatic Discharge

　　在具有不同静电势的两个物体之间的静电转移。

　　有关静电的基础定义(续)

　　静电敏感器件(ESDS)

　　--ElectroStaticDischarge Susceptibility

　　日常操作、实验和运输轻易遭遇静电场或静电放电所侵害的分立器件、集成电器或组件.

　　注：侵害包含器件性能的任何下降或不正常。

　　静电的产生

　　一、固体起电

　　1：固体磨擦分离起电:重要是导体和绝缘体/绝缘体和绝缘体之间的摩擦起电。

　　2.固体的带电情势：断裂带电、压电效应起电、热效应起电、剥离起电和电解起电。

　　二、粉体起电

　　粉体起电是由于粉体与器壁、粉体与粉体间相互碰撞、接触分别、摩擦、碎裂而起电的。

　　三、液体起电

　　静电的产生（续）

　　在电子行业中静电的产生重要是两种情势：

　　1：摩擦分别起电

　　2：静电感应起电

　　静电的发生（续）------摩擦分别起电

　　一般物体是不带电的，当两种不同物体相互摩擦时，各自带上极性相反、数目雷同的电荷。不同材料摩擦起电的极性是有规律的。

　　两种材料在序列中排列的越远，摩擦分离后所带的电量也越大。

　　摩擦电序列表（MIL-HDBK-263A）

　　人手 + 电荷

　　石棉

　　兔毛

　　玻璃

　　云母

　　hair

　　尼龙

　　羊毛

　　毛皮

　　铅

　　蚕丝

　　铝

　　纸

　　棉花

　　钢中性 中性

　　静电的产生（续）------静电感应

　　静电感应：

　　静电感应是导体在静电场中特有的现象。所谓静电感应，就是导体在静电场中，其表面不同部位感应出不同电荷或导体上原有电荷重新散布的现象。

　　静电感应（续）

　　静电效应与静电对微电子制作业的迫害

　　对于电子工艺影响{zd0}的静电效应为：

　　1：静电荷产生的电场力

　　物体产生静电后，在其四周形成静电场。位于静电场中的任何其他带点体都会受到电场力排挤或吸引。如：毛发、纸片、尘埃、纤维的吸附作用。

　　2：静电放电

　　3：静电电场感应

　　当导体和电介质置于静电场中，会在其上感应出正和负的静电荷，在电子产业生产中，可因人体静电、高电势设备、也可因设备仪器外壳、操作体系接地不良等而使元件金属部位感应静电。

　　电子生产、使用环境中的静电源与静电防护场合

　　1：人体静电与人体用品

　　人体静电的起电方法：（1）摩擦起电（2）静电感应起电

　　2：树脂、浸漆封装表面

　　3：各种包装容器、物传播递用品和传输带（线）

　　4：各类工作表面、工具（包含气动工具、吸锡器）

　　5：装配、清洗、实验和修理进程。

　　6：生产、装联、焊接、检验、高下温处置等设备

　　7：接地体系和电源

　　8：生产存储环境中的绝缘物和对地绝缘的导体

　　9：环境电磁场

　　静电屏蔽、导静电、静电耗散、静电绝缘材料的划分

　　在静电安全和防护范畴中，静电防护材料划分通常是以材料的电阻率的大小来划分的。

　　静电屏蔽材料：防止静电场通过和穿入的材料。

　　导静电：带电体上的电荷能敏捷耗散和泄漏，使之 消散的现象。

　　静电耗散：带电体上的电荷由于静电中和、泄漏、放电而使之全体或部分消逝的现象，称之为静电耗散。

　　静电绝缘材料：不能耗散和泄露静电荷的资料。

　　静电屏蔽、导静电、静电耗散、静电绝缘资料的划分（续）

　　IEC-61340-5规定：

　　1：静电屏蔽：对于静电放电电流及能量进行限制和屏蔽的材料。ANSI/ESD S541规定表面电阻小于1KΩ的材料为静电屏蔽材料。

　　2：导静电：

　　3：静电耗散：

　　4：静电绝缘：

　　注意：不同的尺度对于各材料的划分也不一样,高下温实验箱。

　　静电的防护

　　针对静电的损坏,世界上各有名精密设备制作业者,都已投入大批的财力与人力,注意防备静电这个隐形杀手.

　　如何进行静电防护

　　静电防护的基础原则:

　　1. 静电耗散及泄漏

　　静电耗散及泄漏是通过调换电子生产进程中，接触到的各类绝缘物制备的用具（包含各种工装夹具、包装、生产工具、物流转递用品、人体用品等），而改用防静电材料制备并使之接地来完成的。

　　如何进行静电防护（续）

　　静电耗散原理：将电子制造用的各类用品（设备）用ESD防护材料来制备。当因各种原因在其上发生静电时，通过静电消失使其静电不能在用品的某点或某区域积聚，降低单位面积的静电电量，从而起到下降静电电位作用，防止静电放电的产生。防静电包装就是静电耗散原理的典范利用。

　　静电泄露：带电体上的电荷通过内部和其表面等道路，而使之部分或全体消散的现象。

　　如何进行静电防护（续）

　　2、接地

　　电子产业环境的房静电接地，有软接地和硬接地之分。

　　软接地是指通过串接限制流过人体的电流到达安全值的电阻衔接到大地电极的一种方法。

　　硬接地是指直接与大地做导电性衔接的一种接地方法。一般情形，硬接地用于静电屏蔽或仪器、制造装备、金属体的接地。

　　电子产业的静电接地电阻值要求不大于10欧姆。

　　如何进行静电防护（续）

　　3. 静电中和

　　静电中和：带电体上的电荷与其内部和外部相反符号的电荷的中和而使所带静电荷部分或全体消散的现象。

　　应用静电xx器(Ionizer)来释出正、负离子以中和xx静电效应.目前常用的静电排除器有下列几种：

　　a. 放射性静电xx器 b. 高压静电效应打消器 c. 感应静电效应排除器

　　如何进行静电防护（续）

　　4. 静电屏蔽

　　此种方式是应用Farady Cage 之原理使静电场被屏蔽在容器之外围.下图是－5KV电场下各种容器内测得的静电场.

　　如何进行静电防护（续）

　　5、环境增湿

　　环境相对湿度增添，则非导体材料（衣服、工作台等）表面的电阻减小，使物体积累的静电荷可以更快的泄漏。

　　例如：放置在相对湿度90%环境中的纸表面电阻大致在1×10 9 Ω左右，同样的纸放置在相对湿度40%环境中时，表面电阻可到达1×10 11 Ω以上。

　　如何进行静电防护（续）

　　6、电子产品ESD的防护设计

　　厂内静电防护要求

　　静电敏感元件从它的产生,一直到它完整被破坏以前,所有的进程都会受到静电的要挟.

　　收货 ?验货 ?储存 ?SMT/插脚 ? 焊接 ?装配?品检 ?包装/出货

　　厂内静电防护要求

　　1：厂内机器、仪器、工具、夹具、设备等用导线接地,即设备接地；

　　厂内静电防护要求（续）

　　2：规定工作职员必需佩戴防静电手段后才可接触集成块(IC)等静电敏感元件或电路板 (PCBA) ；

　　厂内静电防护要求（续）

　　3：贴片元件在应用前不容许开封，使用后剩余物料也要用原防静电包装进行包装。

　　插脚电子元件或散贴片元件都要求使用防静电元 件盒艳服。

　　厂内静电防护请求（续）

　　4：电路板(PCBA)用静电架摆放、用静电袋包装、用静电箱储存或运送；

　　厂内静电防护请求（续）

　　5：主要的工作台面上要铺静电席,且接通地线；

　　厂内静电防护请求（续）

　　6：其它的防护措施：

　　A：采取防静电地板。

　　厂内静电防护要求（续）

　　B：降低空气温度,增强空气湿度,减少操作中PCBA的摩擦。

　　湿度对静电的影响：

　　人员静电防护介绍

　　如何把持人体静电（人体静电防护）？

　　人体是最广泛存在的静电迫害源。对于静电来说，人体是导体，所以可以对人体采用接地的办法。

　　1.使用防静电地面/ 防静电鞋/ 袜（静电从脚导到大地）

　　通过脚穿防静电性地面、地垫、地毯，职员穿上防静电鞋袜，形成组合接地。

　　2.佩戴防静电腕带并接地（静电从手导到大地）

　　通过防静电碗带用以泄放人体的静电。它由防静电松紧带、运动按扣、弹簧软线．维护电阻及插头或夹头组成。松紧带的内层用防静电纱线编织，外层用普通纱线编织。

　　上述两项办法都是适用而有效的，应视不同的场所选择应用.

　　人员静电防护介绍（续）

　　防静电腕带

　　用以泄放人体的静电。它由防静电松紧带、运动按扣、弹簧软线．维护电阻及插头或夹头组成。松紧带的内层用防静电纱线编织，外层用普通纱线编织。 重要指标是：

　　弹簧软线{zd0}长度250cm；

　　泄漏电阻106－107Ω(维护电阻106Ω）

　　静电电位衰减到100Ｖ以下的时光小于0.1s

　　人员静电防护介绍（续）

　　防静电腕带（续）

　　防静电碗带是由紧贴手段的不锈钢外壳通过线内1MΩ电阻由导线,铁夹接地.目标是既要随时泄放掉人体上的静电,又要防止快速放电产生的火花,对静电敏感器件造成侵害,,并起隔离作用.而断线或接触不良会使静电手环形同虚设.所谓无线手环实际起不到泄放人体携带的静电荷作用。

　　规范静电手环佩戴,夹持方式:

　　a. 静电手环不锈钢壳应戴在左手腕内侧,此处接触电阻

　　最小.

　　b. 要与皮肤紧密接触,不得松驰,不得隔以衣物.

　　c. 鳄鱼夹利用根部夹持静电地线袒露部份,而不应使用

　　前端齿部夹持.

　　d. 放工或行走时,操作员可摘下手环。

　　人员静电防护介绍（续）

　　防静电腕带（续）

　　防静电腕带应用中人体安全问题

　　仅从防静电的角度斟酌时，人体总的对地电阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人体必须具有一定值的对地电阻，以便万一产生金属设备或装置与工频电源短接的情况下该电阻能够限制流过操作的人体上的电流。

　　最小值不应小于105Ω，通常腕带的限流电阻在1ＭΩ。

　　所以要时常使用碗带测验仪器对碗带进行丈量。

　　职员静电防护先容（续）

　　“LOW”灯亮表现接触电阻太低（<7.5×105Ω），以便万一产生金属装备或装置与工频电源短接的情形下该电阻能够限制流过操作的人体上的电流。 “HIGH”灯亮表现接触电阻太高(>108Ω)，这样不能确保静电开释<100V，时光小于0.1s，不能真正起到静电防护作用,失去接地的作用。

　　人员静电防护介绍（续）

　　防静电帽

　　其导电机理是布料纱线含必定比例的导电纱，导电纱又是由一定比例的不锈钢纤维或其它导电纤维与普通纤维混纺而成。通过导电纤维的电晕放电和泄漏作用打消服装上的静电。由于不锈钢纤维属金属类纤维，所以，由它织成的防静电布料的导电性能稳固，不随洗涤次数而变更。

　　人员静电防护介绍（续）

　　防静电服

　　用不同色的防静电布制成。布料纱线含必定比例的导电纱，导电纱又是由必定比例的不锈钢纤维或其它导电纤维与普通纤维混纺而成。通过导电纤维的电晕放电和泄露作用打消服装上的静电。由于不锈钢纤维属金属类纤维，所以，由它织成的防静电布料的导电性能稳固，不随服装的洗涤次数而变更。

　　人员静电防护先容（续）

　　防静电手套

　　它用防静电布或防静电针织物制成。用于需用手套操作的防静电环境。

　　人员静电防护介绍（续）

　　防静电鞋

　　人体是最广泛存在的静电伤害源。对于静电来说，人体是导体。因此，要xx人体静电最简略的措施是对人体采用接地的措施。穿防静电鞋并使用防静电地面（防静电地垫、地毯等）和防静电袜防静电鞋垫等，能使静电从人体导向大地，从而排除人体静电。因此，要形成人体与大地导通静电的通路，鞋、地面、袜、鞋垫等必需全是防静电的，才干使xx静电的措施有效。

　　人员静电防护介绍（续）

　　防静电脚带(束)

　　周转/包装用防静电用品介绍

　　静电防护包装

　　周转/包装用防静电用品先容（续）

　　静电防护包装（续）

　　分安静电屏蔽材料(袋)和防静电材料(袋)很主要。

　　防静电材料(袋、垫)多为粉红色,仅用来作为静电敏感器件的便宜垫衬和中介包装物,它只是自身不易产生静电而已,假如有静电放电发生,则能穿过这些防静电材料造成伤害.

　　静电屏蔽包装多为银色、玄色、灰色,有铝箔形不透明和玄色、灰色半透明材料,现在还有栅格状全透明材料等,其基础原理是在防静电材料外再真空镀一层铝作为导电的静电屏蔽层,有静电势产生时, 屏蔽层将感应静电势均匀散布于全部包装表面,下降表面电势差,防止局部点高静电势差放电,同时对高频强电磁场也有良好屏蔽作用.

　　随着防护等级不同静电屏蔽包装资料的导电层也分为:外层电阻层─绝缘膜─镀铝箔层─绝缘膜; 绝缘膜─镀铝箔层─绝缘膜;真空镀膜层─绝缘膜;印刷导电栅格层─绝缘膜等多种档次.

　　稍加注意可发明IC出厂时除外包装为2~3层静电屏蔽材料外,内部的支持材料(如推盘和供料带)都是玄色高阻导电材料,约106MΩ,也只起屏蔽和中和各引脚静电势,供给静电泄放通路作用。静电敏感组件(如IC)和制品出货时,必需用静电屏蔽材料包装,而不有使用防静电袋。

　　周转/包装用防静电用品介绍（续）

　　周转/包装用防静电用品介绍（续）

　　防静电垫介绍

　　防静电橡胶绿色面为防静电发生层,电阻较大,表面电阻108~1010Ω.

　　防静电橡胶的黑色面电阻较小,表面电阻104~106,（推荐文章：）,与绿色面良好衔接,可保妥当接地.起静电屏蔽和泄放作用. 可通过扣式连接,由专用静电手环导线(内含1M电阻)接地.或在绝缘台面上放0.2mm厚铁板或铜箔,焊好导线通过1MΩ电阻连接到静电地线,然后铺平防静电橡胶(黑面向下,贴紧导电片).该1MΩ电阻同样起供给静电泄放通路,防止过速放电打火和隔离的作用.

　　防静电垫介绍（续）

　　防静电地垫

　　由防静电复合胶皮与接地线构成，在不防静电车间、工厂内假如只是局部地域和程序要防静电（如几个工作台或几个程序），又不想花大批的金钱把现有的地面改革成防静电地面，此时用防静电地垫是经济简略有效的防静电措施。

　　防静电垫介绍（续）

　　防静电桌垫

　　防静电桌垫可笼罩在普通桌面上形成防静电工作台，用复合胶皮（板）按桌面大小做成上表面为绿色，配接地线。

　　常用防静电设备

　　离子中和设备

　　常用防静电装备（续）

　　防静电刷

　　须要进行静电防护的标记牌

　　问题讨论

　　1：佩带了防静电手套后是否可以不用佩带防静电手腕？

　　2：是否可以使用不锈钢容器装电子元件？是否可以使用不锈钢材料作为防静电材料？

　　3：是否可以使用无绳手腕取代有绳手段？

　　4：什么情形下须要采取防静电办法？

　　5：为什么不可以使用非防静电材料包装或周转电子产品？

　　6：没有地线接时如何防静电？

　　静电防护根本要求

　　1.接触静电敏感元件或PCBA之前必须先戴好防静电腕带，只有在不用使用防静电腕带的条件下才可以使用防静电手套；

　　2.必须用静电防护材料运送寄存静电敏感元件或电路板；

　　3.定期检讨工作环境的静电防护体系,如逐日监测防静电腕带等是否操作正常.

　　作者 experyf09 评论(