培训教材培训教材（静电防护）（静电防护） 2009-07-30 1概述概述 v 目前，电子产品中广泛使用的电子元器件很多是敏感器件（如MOS器件），所谓静电敏感器件是指这些器件很容易遭到静电的破坏而失效。提高静电防护意识，掌握静电防护知识，熟悉静电防护措施是对每一个从事电子产品生产人员的最基本要求。2 一，静电的产生与危害1、静电的产生 1).摩擦:在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电，而产生静电的最普通方法，就是摩擦生电。材料的绝缘性越好，越容易是使用摩擦生电。另外，任何两种不同物质的物体接触后再分离，也能产生静电；。2). 感应： 针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负电子就会转移。3). 传导：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如与带电物体接触，将发生电荷转移。 3v人身日常活动所带的静电人身日常活动所带的静电v日常生活中可以感觉到的静电现象：如冬天在地毯上行走及接触把手时的触日常生活中可以感觉到的静电现象：如冬天在地毯上行走及接触把手时的触电感，在冬天穿毛衣时所产生的劈啪声等。电感，在冬天穿毛衣时所产生的劈啪声等。v下表提供在没有进行防静电治理的生产环境里，电子工厂工作人员日常工作的产生的静电强度和湿度的关系： 人身的活动情形 静电电压（V） 10-20% RH 65-90% RH 走过化纤地毯 35000 1500 拿TEFLON硅片架 30000 1200 走过塑胶地板 12000 250 坐椅子上工作的人 6000 100 翻塑面说明书文件 7000 600 拿起普通聚乙烯袋 20000 1000 从垫有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起 18000 1500 4v可见增加环境湿度能降低静电电压。v经试验，人体带静电5万伏时没有不适的感觉，带上8万伏高压静电时依然面带微笑，10万伏（最高试验过12万伏）时也没有生命危险！v术语及定义术语及定义 v1）. 静电：物体表面过剩或不足的静止的电荷;v2）. 静电场：静电在其周围形成的电场;3）. 静电放电：两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场 感应引起两物体间的静电电荷的转移。静电电场的能量达到一定程 度 后，击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。ESD是英文 Electrostatics Discharge的缩写，即“静电放电”的意思;4）. 静电敏感度：元器件所能承受的静电放电电压;5）. 静电敏感器件：对静电放电敏感的器件;6）. 接地 ：电气连接到能供给或接受大量电荷的物体，如大地，船等;7）. 中和： 利用异性电荷使静电消失;8）. 防静电工作区：配备各种防静电设备和器材，能限制静电电位，具有明确的区域界限和专门标记的适于从事静电防护操作的工作场地。5v2、静电的危害v集成电路中功能元件因体积小、电路密集更容易受到静电损害；电子零件在搬运过程中由于摩擦、振动或冲击也会受到静电损害。同时大量的塑料制品等高绝缘材料的普遍应用（静电材料包括：塑料活页、设备外罩、磁盘、塑料文件夹/活页保护袋、N次贴、塑料笔、泡沫包装、塑料设备遮盖物、文件图纸、塑料工作转移单以及个人用品钱包、外套、快餐盒、梳子、洗液瓶等等。注意不要把象以上这些不需要的物品带到工作区域）。 导致产生静电的机会大增。日常生活中如走动，空气流动，搬运等都能产生静电。人们一般认为只有CMOS类的晶片才对静电敏感，实际上，集成度高的元器件电路都很敏感。vA静电对电子元件的影响静电对电子元件的影响1） 静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命。2） 因电场或电流破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏）。3） 因瞬间的电场或电流产生的热，元件受伤，仍能工作，寿命受损。6vB、静电损伤的特点：、静电损伤的特点：1.隐蔽性，在静电放电造成的电子产品的损害当中，活动的人体带电是一个重要因素。一般情况下，人体所带静电电位都在1-2KV范围，在此电压水平上的静电人体一般并无直观察觉，而电子元器件却在不知不觉中损坏。这些敏感组件中的极微小电路会遭到人们所无法侦测到的静电破坏。请记得，人体只能够感觉到超过3,000V的静电压，但部分敏感组件所能够承受的却仅有20V。v2.潜伏性，有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患，而且增加了器件对静电的敏感性。已产生的问题并无任何方法可治愈。3.随机性，电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢？可以这么说，从一个元件生产后一直到它损坏以前所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机性。由于静电的产生和放电都是瞬间发生的，及难预测和防护。4.复杂性，静电放电损伤分板工作，因电子产品的精细，微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器，即使如此有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其它失效，这是对静电放电损害未充分认识之前，常常归咎于早期失效或情况不明的失效 ，从而不自觉的掩盖了失效的真正原因。5.严重性，ESD问题表面上看来只影响了制成品的用家，但实际上亦影响了各层次的制造商，如：保用费、维修及公司的声誉等等。 7vC、静电损伤的类型：、静电损伤的类型：v1、突发性完全失效（即时失效）、突发性完全失效（即时失效）v这种类型指由于静电放电造成电子元器件自身短路、开路、功能丧失或参数不合格等。 v据有关统计资料表明，在受静电损伤的半导体器件中，突发性完全失效约占失效总数的10%。v2、潜在性缓慢失效（延时失效）、潜在性缓慢失效（延时失效）v这种类型指带电体所带静电位或存储的静电能量较低，或静电放电时电路中有限流电阻存在，那么，一次静电放电脉冲可能不足以引起电子元器件的完全失效，但它会在元器件内部造成轻度损伤，使器件的参数缓慢变坏，直至在某一不可欲测的时刻发生失效，丧失工作能力，导致返工、返修或报废。这种失效事先难以检测，造成难以被人们发现的“软击穿”现象，给产品留下潜在的隐患，直接影响着电子产品的质量、寿命、可靠性和经济性，不仅提高了生产成本还会招致客户不满意，直接影响企业的效益。v据统计资料表明潜在性缓慢失效占电子静电放电失效总数的90%，因此其危害性甚大。8v以下是经过测试的一些电子器件所能承受静电破坏的静电电压。v器件类型 静电破坏电压(V) 器件类型 v静电破坏电压(V)vVMoS （VMOSFET）简称Vmos管或功率场效应管，全称为V型槽mos场效应管-301800 vOP-AMP（运算放大器） -1902500 vM0SFET（场效应管） -100200 vJEFT（场效应晶体管）-1401000 vGaAsFET（砷化镓场效应晶体管 ）-100300 vSCL 6801000 vEPROM (可擦除可编程ROM ) 100 vSTTL 3002500 vCMoS 2502000 vDTL 3807000 vHMOS 50500 v肖特基二极管 3003000 vEDMOS 2001000 v双极型晶体管 3807000 vECL 3002500 v石英压电晶体 10000 9v二、ESD三种型式三种型式 v1）. 人体型式：人体型式：即指当人体活动时身体和衣服之间的摩擦产生摩擦电荷。当人们手持ESD敏感的装置而不先拽放电荷到地，摩擦电荷将会移向ESD敏感的装置而造成损坏。2）微电子器件带电型式：）微电子器件带电型式：既指这些ESD敏感的装置，尤其对塑料件，当在自动化生产过程中，会产生摩擦电荷，而这些摩擦电荷通过低电阻的线路非常迅速地泻放到高度导电的牢固接地表面，因此造成损坏；或者通过感应使ESD敏感的装置的金属部分带电而造成损坏。3）场感类型式）场感类型式：即有强电场围绕，这可能来之于塑性材料或人的衣服，会发生电子转化跨过氧化层。若电位差超过氧化层的介电常数，侧会产生电弧以破坏氧化层，其结果为短路。4）其它还有：）其它还有：机器模式、场增强模型、人体金属模型、电容耦合模型、悬浮器件模型。 10v三、静电防护静电防护 v1.静电防护的材料 v 分为静电屏蔽材料、抗静电材料、静电耗散材料。静电屏蔽材料指可防止静电释放穿透的材料；抗静电材料是在使用中不会产生静电，但会被释放穿透的材料；静电耗散材料有足够的传导性，能使静电电荷通过其表面消散。v2.静电的防护的方法v（1）. 接地法接地能消除导体上的静电，接地电阻应小于100欧，绝缘体直接接地反而容易发生静电放电，应在绝缘体与地之间保持106109欧的电阻；是防静电措施中最直接最有效的，对于导体通常用接地的方法，如人工带防静电手腕带及工作台面接地等。接地通过以下方法实施：1） 人体通过手腕带接地。2） 人体通过防静电鞋（或鞋带）和防静电地板接地。3） 工作台面接地。4） 测试仪器，工具夹，烙铁接地。5） 防静电地板，地垫接地。6） 防静电转运车，箱，架尽可能接地。7） 防静电椅接地。11v（2）. 静电屏蔽静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响，最通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护。另外防静电衣对人体的衣服具有一定的屏蔽作用。v（3）. 离子中和绝缘体往往是易产生静电，对绝缘体静电的消除，用接地方法是无效的，通常采用的方法是离子中和（部分采用屏蔽），即在工作环境中用离子风机等，提供一等电位的工作区域。因此在防静电材料和防静电设施中，均是按这三种方式派生出来的产品，可分为防静电仪表，接地系统类防静电产品，屏蔽类防静电包装，运输及储存防静电材料，中和类静电消除设备，以及其它防静电用品。 v（4）.工艺控制法vA.防静电仪表防静电仪表1）. 手腕带/脚带/防静电鞋综合检测仪用途：用于检测手腕带，脚带，防 静电鞋是否符合要求。2）. 测试脚带 及防静电鞋时，需增加一块金属板及仪表连接的导线。3）. 除静电离子风机检测仪用途：定期对离子风机平衡度和衰减时间进行检测及校验以确保离子风机工作在安全的指标范围。4）. 静电场探测仪用途：测量静电场以反映静电的存在，以电压形式读数，用来测试环境的静电强度。一般受环境影响和静电瞬间特性，很难真实反映实际情况。5）. 静电屏蔽袋测试仪用途：用于检测静电屏蔽袋的屏蔽效果。6）. 表面电阻测量仪用途：用于测量材料表面电阻，体积电阻。 12vB.接地类防静电产品接地类防静电产品1.防静电手腕带：广泛用于各种操作工位，手腕带种类很多，建议一般采用配有1兆欧姆电阻的手腕带，线长应留有一定余量。2.防静电手表：需要其它防静电措施的补救（如：增设离子风机，戴防静电脚跟带等）才能取得较好的防静电效果。建议不要大量采用佩带防静电手表的方式。3.防静电脚带/防静电鞋：厂房使用防静电地面后，应配戴防静电鞋带或穿防静电鞋，建议车间以穿防静电鞋为主，可降低灰尘的引入。操作人员工再结合配带防静电手腕带效果将会更佳。4.防静电台垫：用于各工作台表面的铺设，各台垫串上1兆欧电阻后与防静电地可靠连接。 5. 防静电地板：防静电地板分为：PVC地板、聚胺脂地板、活动地板。防静电蜡和防静电油漆：防静电蜡可用于各种地板表面增加防静电功能及使地板更加明亮干净防静电油漆可用于各种地板表面，也可涂于各种货架，周转箱等容器上。 13vC.屏蔽类防静电包装运输及储存材料屏蔽类防静电包装运输及储存材料v1）. 防静电周转箱、防静电元件盒：用于车间单板和部件的周转，运输 及储存。2）. 防静电屏蔽袋：用于单板和部件的包装、运输和储存，具有一定的防潮效果。3）. 防静电胶带：用于各种包装箱等4）. 防静电IC料条及IC托盘：用于生产车间IC元器件的储存、搬运。禁止在使用前，露天存放IC；或拆开包装运输。5）. 防静电货架、手推车及工作台：防静电货架、手推车广泛用于电子装配车间的单板、部件的周转，搬运等。防静电货架及工作台要有防静地连接，手推车上的防静电垫应有金属链与防静电地接触6）. 防静电工作服工作鞋：在具有静电敏感元器件，具有一定洁净度要求的加工车间，一般应严格要求员工穿戴防静电工作服工作鞋7）. 防静电手指套：如操作工位员工需经常手拿工件或静电敏感元器件时，有必要戴防静电手指套。vD.中和类设备中和类设备v离子风机、风枪 14v四、防静电的一般工艺规程要求四、防静电的一般工艺规程要求v1 1）、）、 将将1 1兆欧的电阻连通后再接地，并佩戴防静电手腕带操作；兆欧的电阻连通后再接地，并佩戴防静电手腕带操作；2 2）、）、 涉及到操作静电敏感器件的桌台面须采用防静电台垫涉及到操作静电敏感器件的桌台面须采用防静电台垫3 3）、）、 ESD ESD敏感型器件必须用静电屏蔽与防静电器具转运。敏感型器件必须用静电屏蔽与防静电器具转运。4 4）、）、 准备开封、测试静电敏感器件时必须在防静电工作台上进行，有准备开封、测试静电敏感器件时必须在防静电工作台上进行，有 条件的可配用离子空气发生器清除空气中的电荷条件的可配用离子空气发生器清除空气中的电荷5 5）、）、 组装所用的焊接设备及成形工装设备都必须接地，焊接工具使用组装所用的焊接设备及成形工装设备都必须接地，焊接工具使用 内热式烙铁，接地要良好，接地电阻要小内热式烙铁，接地要良好，接地电阻要小6 6）、）、 电源供电系统要改装用变压器进行隔离，地线要可靠，防止悬浮电源供电系统要改装用变压器进行隔离，地线要可靠，防止悬浮 地线，接地电阻小于地线，接地电阻小于1010欧姆欧姆7 7）、）、 产品测试时，在电源接通的情况下，不能随意插拔器件，必须在产品测试时，在电源接通的情况下，不能随意插拔器件，必须在 关掉电源的情况下插拔。关掉电源的情况下插拔。8 8）、）、 凡凡ESDESD敏感型器件不应过早地拿出原封装，要正确按操作，尽量敏感型器件不应过早地拿出原封装，要正确按操作，尽量 不能摸不能摸ESDESD敏感型器件管腿。敏感型器件管腿。9 9）、）、 用波峰焊接时，焊料和传递系统必须接地。用波峰焊接时，焊料和传递系统必须接地。1010）、工作台面铺设防静电台垫后接地；）、工作台面铺设防静电台垫后接地；1111）、操作人员穿戴防静电工衣、工鞋；）、操作人员穿戴防静电工衣、工鞋；1212）、地面铺设防静电地板或导电橡胶地垫；）、地面铺设防静电地板或导电橡胶地垫；15v五.附：vESD防护大致可分为ESD控制区域、人员接地、设备接地和操作几个方面。v1）ESD控制区域vESD控制区域指不受保护的静电敏感元器件可以操作的任何区域。 ESD控制区域必须用张贴信号标签和边界线明显标示。v在ESD控制区域应设置警告标志，常用的警告标识分两类， ESD敏感符号， ESD防护符号。v2）人体静电的消除v对每一个从事电子产品生产的人员，都应该进行静电防护知识的普及教育和培训，增强他们的静电防护意识，这样就可以避免无处不在的静电对电子产品的破坏。在静电控制区域的每一个操作人员要遵守以下规则：v（1）进入静电防护区，必须穿上防静电工作服及导电鞋，并通过静电测试。防静电工作服主要由防静电布料制成，这种布料中含有一定比例的导电纤维，通过导电纤维的电晕放电和泄露作用可以消除服装上的静电。穿防静电服时，衣袖应该与皮肤接触，里面的衣服不能漏出来，扣紧领口以下的第一个纽扣，袖口的纽扣也应扣紧。静电鞋必须有一个可见的带子以示它们是静电鞋，进入生产区域前，必须通过测试。脚腕带可用做人员在静电地板上接地：16v（2）在接触静电敏感器件前，必须带防静电手环。在生产区域，所有人员的头发不可把眼睛遮住，过肩的头发必须扎起来，不可披头散发，接触元器件和印制板时，必须带手指套或ESD手套。员工需坐下操作的，必须正确戴手腕带，如图：1，而且每天必须通过测试并做记录，如图：2。佩带手腕带时需要调整皮带，步骤是打开夹子并松开-将手环套上手腕-收紧带子-扣上夹子。手环带上的金属端必须紧贴皮肤。v（3）设备静电的消除v设备静电一般利用设备接地来消除，主要包括如下：v1）小推车和可移动的货架在静电地板上必须接地，可以使用金属拖链，接触地面部分至少有2英寸长。v2）工作台及其它桌子必须是静电耗散桌面，并且通过并联方式连接到接地总线上。必须有手腕带插孔，最好是香蕉夹插座，并连接到接地总线上，电源地必须通过接地，不能悬空。v3）所有盛放元件的箱子或容器必须是静电耗散材料或抗静电材料，建议任何时候敏感元器件必须放在原包装里直至被组装。v4）电烙铁、吸锡枪等焊接设备必须接地，接地电阻应小于两欧，热头与地之间的电位应小于2mV。工作区域可使用离子风机，中和静电的能力应大于250V/s。17v（4）v操作过程中的静电防护v1）当必须选用静电敏感器件时，拿元件前双手触摸工作台面，而且不能接触器件引脚。v2）若想消除元器件上的静电，可将器件引脚向下放在静电消散台上。v3）静电敏感器件或产品不能靠近电视荧光屏或计算机显示器等有强磁场和电场的物品。一般距离要大于20cm以上。v4）只有在静电安全工作区才能将元器件及电路板从防静电包装盒中拿出，拿出的静电敏感器件应放在抗静电容器内或包装盒中。v5）不要在任何表面上拖动或滑动包装箱，尽量减少搬运次数。v6）ESD控制区域，允许的相对湿度应该保持在最低百分之20，温度控制在18-28度之间。v7）严禁在通电情况下进行焊接，拆装及插拔带有静电敏感器件的印制线路板组装件。含有静电敏感器件的部件、整件，在加信号调试时，应先接通电源，后接通信号源；调试结束后，先切断信号源后切断电源。v8）ESD区域要根据ESD程序文件进行定期检查。18