ESD相关知识与工厂实际运用.docx

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ESD相关知识与工厂实际运用

ESD防护

培

训

教

材

版次：

A1编写：

姜四平审核：

姜四平日期：

2001/12/17

备注：

第1－3章适用于管理人员；第4－5章（基础部分）适用于员工。

第一章：

名词解释

1.静电（Electrostatics）：

物体所带过剩或不足的相对静止不动的电荷。

2.静电放电ESD（Electrostaticdischarge-ESD）：

具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电感应引起物体间的静电电荷转移。

3.静电感应（Electrostaticinduction）：

当带静电的物体靠近某一介质时，在该介质表面因感应而带电荷，并形成感应电场。

4.静电敏感器（Staticsensitivitydevice-SSD）：

对静电放电敏感的器件

5.中和（Neutralization）：

利用异性电荷使静电消失

6.接地（Grounding）：

电气连接到能提供或接受大量电荷物体上（如大地、船舰或运载工具外壳）

7.泄放（Leakage）：

将静电荷安全泄放到大地

8.硬接地（Hardground）：

直接与大地电极作导电性连接的一种接地方式（R〈10Ω）

9.软接地（Softground）：

通过一足以限制流过人体的电流达到安全值的电阻连接到大地电极的一种接地方式

（100,000Ω〈R〈1,000,000Ω）

10.防静电工作区（Electrostaticdischargeprotectedarea）：

配备各种防静电设备和器材，能限制静电电位具有确定边界和专门标记的适于从事静电防护操作的场所

11.ESD保护材料（ESD-Protectedmaterials）：

具备下列特征的材料：

a、防止产生摩擦起电

b、免受静电场的影响

C、防止与带电人体或与带电物体接触而产生直接放电

第二章：

静电的来源及其危害

1、静电的产生：

两种不同起电序列的物体通过摩擦、碰撞、剥离等方式在接触又分离之后在一种物体上积聚正电荷，另一种物体上积聚等量的负电荷而形成的。

这是由于两种不同的物体相互紧密接触时，它们最外层电子的逸出功不同，电子从逸出功较小的物体跳逸到逸出功较大的物体中去。

此外，导体静电感应、压电感应、电磁辐射感应等也能产生很高的静电压。

2、工厂内常见的静电源：

静电源指可产生静电荷的物体。

1．1环境：

2．1．1地板：

封蜡的混凝土，涂蜡的木材，普通的维尼龙磁砖或平板，根据静电源材料，静电荷的多少，分离速度，环境湿度的不同而不同。

2．1．2工作面：

涂蜡，涂漆或凡立水处理的表面，普通的乙烯或塑胶台面。

2．1．3工厂主要设备：

2．2人：

2．2．1人的皮肤表面。

2．2．2人穿的衣服

1．3材料：

2．3．1原材料：

2．3．2生产辅助料：

2．3．3包装材料：

a、普通的塑胶——-袋、纸、封皮；

b、普通的气泡套

c、普通的塑胶盘、塑胶篮、塑胶瓶、料盒

2．4制程：

2．4．1喷洗清洗机

2．4．2普通的塑胶吸锡工具

2．4．3烙铁头未接地的电烙铁

2．4．4人造毛制作的溶剂刷子

2．4．5液体或蒸汽的清洗或干燥

2．4．6烤箱

2．4．7低温喷洗

2．4．8发热枪和吹风机

2．4．9喷砂

3、人的活动产生的静电压：

静电产生方法

静电电压（V）

相对湿度（10%~20%）

相对湿度（65%~90%）

在地毯上行走

35000

1500

在乙烯树脂地板上行走

12000

250

工作台上操作

6000

100

说明书的乙烯树脂封面

7000

600

在工作台拿起聚乙烯袋子

20000

1200

聚氨脂泡沫垫子

18000

1500

4、ESD敏感元器件，组件和设备的分级：

1级：

易遭0~1999VESD电压危害的电子产品

2级：

易遭2000~4999VESD电压危害的电子产品

3级：

易遭4000~15999VESD电压危害的电子产品

5、ESD敏感元器件：

1级：

敏感电压范围0~1999V

元器件类型

微波器件（肖特基势垒二极管、点接触二极管和其他工作频率大于1GHz的检测二极管

离散型MOS场效应晶体管

声表面波（SAW）器件

结型场效应晶体管（JEETs）

电荷耦合器件（CCDs）

精密稳压二极管（线或加载电压稳定（0.5%））

运算放大器（OPAMPs）

续表1

薄膜电阻器]

集成电路

使用1级元器件的混合电路

超高速集成电路（VHSIC）

环境温度100°C时，I0<0.175A的晶体闸流管（SCRs）

2级：

敏感电压范围2000~3999V

元器件类型

由附录A（补充件）试验数据确定为2级的元器件和微电路

离散型MOS场效应晶体管

结型场效应晶体管（JEETs）

运算放大器（OPAMPs）

集成电路（ICs）

超高速集成电路（VHSIC）

精密电阻网络（R2）

使用2级元器件的混合电路

低功率双极型晶体管，Ptot≤100mW，Ic<100mA

3级：

敏感电压范围4000~15999V

元器件类型

由附录A（补充件）试验数据确定为3级的元器件微电路

离散型MOS场效应晶体管

运算放大器（OPAMPs）

集成电路（ICs）

超高速集成电路（VHSIC）

所有不包括在1级或2级中的其他微电路

Ptot<1W或IO<1A的小信号二极管

普通要求的硅整流器

Io>0.175A的晶体闸流管（SCRs）

350mW>Ptot>100mW且400MA>Io>100mA的低功率双极型晶体管

光电器件（发光二极管、光敏器件、光耦合器）

片状电阻器

续表2

使用3级元器件的混合电路

压电晶体

6、ESD失效模式：

6．1热二次击穿

6．2金属渡层融熔

6．3介质击穿

6．4气弧放电

6．5表面击穿

6．6体击穿

对ESD敏感的元器件组成部分

（参考件）

元器件组成部分

元器件类别

失效机理

失效标志

MOS结构

MOSFET（分立的）

MOS集成电路

有金属跨接的半导体器件

数字集成电路（双极和MOS）

线性集成电路（双极和MOS）

MOS阻容器

混合电路

线性集成电路

电压引起的介质击穿和接着发生的大电流现象

短路（漏电大）

半导体结

二极管（PN、PIN、肖特基）

双极晶体管

结型场效应晶体管

可控硅

数字、线性双极集成电路，输入保护电路：

用于分立MOS场效应管和MOS集成电路

由过剩能量和过热引起的微等离子体二次击穿的微扩散

由Si和AL的扩散引起电流束的增大（电热迁移）

薄膜电阻器

混合集成电路：

厚膜电阻

薄膜电阻

单片集成电路-薄膜电阻器

密封薄膜电阻器

介质击穿，与电压有关的电流通路，与焦尔热能量有关的微电流通路的破坏

电阻漂移

金属化条

混合集成电路

单片集成电路

梳状覆盖式晶体管

与焦尔热量有关的金属烧毁

开路

场效应结构和非导电性盖板

采用非导电石英或陶瓷封装盖板的集成电路和存储器，特别是EPROM

由于ESD使正离子在表面积垒。

引起表面反型或栅阈值电压漂移

工作性能退化

压电晶体

晶体振荡器

声表面波器件

当所加电压过大时由于机械力使晶体破裂

工作性能退化

电极间的间距较小部位

声表面波器件

无钝化层覆盖的薄膜金属无保护的半导体器件和微电路

电弧放电使电极材料熔融

工作性能退化

第三章：

ESD防护操作系统

1、ESD防护的基本原则：

1．1抑制静电荷的积聚，严格控制静电源

1．2迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷

1．3防静电工作区应按电子元器件静电放电灵敏度确定保护程度。

一般情况下静电压不超过100V。

2、防静电工作区：

2．1地面材料

2．1．1禁止直接使用木质地板或铺设毛、麻、化纤地毯及普通地板革

2．1．2应该选用由静电导体材料构成的地面，例如：

防静电浮动地板或在普通地面上铺设防静电地垫并有效接地

2．1．3允许使用经特殊处理过的水磨石地面，如：

事先敷设地线网，渗碳或在地面喷涂防静电剂等

2．2接地：

2．2．1防静电系统必须有独立可靠的接地装置，接地电阻一般应小于4欧，接入时，增加限流电阻。

2．2．2防静电地线不得接于电源零线上，不得与防雷地线共用

2．2．3使用三相五线制供电，其大地线可以作业防静电地线（零线、地线不可混接）

2．2．4防静电设备连接端子应确保接触可靠，易装拆，允许使用各种夹式连接器，如鳄鱼夹、插头座等

2．2．5静电地：

软接地

电源地、设备地：

硬接地

2．2．6接地系统泄漏电流不超过5mA，极限流电阻下限阻值取1MΩ

2．3天花板材料：

应选用抗静电型材料制品，如石膏板制品

2．4墙壁面料

应使用抗静电型墙纸，例如：

石膏涂料、石灰涂料

2．5湿度控制：

防静电工作区的环境相对湿度以不低于50%为宜

3、防静电设施：

3．1静电安全工作台：

通过限流电阻接地，工作台不可串联接地，由工作台、防静电桌垫、腕带接头和接大地线等组成，静电安全工作台上不允许堆放塑料盒（片）、橡皮、纸板、玻璃等易产生静电的杂物，图纸资料应装入防静电文件袋内。

3．2防静电腕带：

直接接触静电敏感器件的人员均应戴防静电腕带，腕带应与人体皮肤良好接触，腕带系统对地电阻为1M~10M范围内。

3．3防静电容器：

在电子元件、产品、设备研制生产过程中，一切贮存、周转ESD的容器（元件袋、转运车、存放盒等）应具备静电防护性能。

不允许使用金属和普通塑料容器，必要时，存放部件用的周转车（箱）应接地

3．4防静电工作服：

防静电工作帽、防静电工作鞋

使用防静电布料制作

3．5工位：

工作台面、工作凳面，采用ESD保护材料

3．6包装：

静电敏感的元器件、产品采用对用对应的保护性包装，包装的器具必须采用防静电存放盒、防静电塑料袋等。

第四章：

工厂一般防静电要求（基础部分）

1、防静电腕带使用前一定要先检查（每天至少一次）

2、所有静电敏感元器件、基板在不使用的状态下一定要用防静电袋或防静电箱包起来或装起来

3、无静电防护时不可接触机板和静电敏感元件

4、基板所用的垫子应该是防静电的，气泡袋也应该是防静电的

5、工作人员要保护自己的地盘：

不让无防静电措施人员接触自己的台面、基板、元件

6、把所有未知的元器件都当作静电元器件看待

7、工作台上不可放多余的包装材料

8、进入防静电工作区前要进行静电放电

9、流动人员手拿元器件、机板时必须有防静电措施，如：

戴防静电手套或元件机板用防静电袋包装

10、移转元器件、机板必须有防静电措施

第五章：

ESD防护中常发现的错误（基础部分）

1、腕带套在衣袖上，未与皮肤接触

2、腕带松动，与皮肤表面接触不良

3、腕带夹在桌面上，桌面的另一侧才接地

4、使用的白色泡沫垫基板

5、箱子无防静电屏蔽盖

6、特殊场合才带腕带

7、使用白色铁氟龙光头烙铁

8、使用一般的塑胶包装材料包装

9、用普通溶剂清洗工作台表面

10、粉红色就是抗静电（应用静电表测量是否达到防静电要求）

11、不用静电表测试静电压

12、任何过路人皆可拿工作台上的零件和基板

13、鳄鱼夹夹在机器设备油漆部分

14、鳄鱼夹的最内圆孔部夹住铜线，最内圆孔部内径比铜线外径大

15、鳄鱼夹夹在铜线胶皮上

16、零件与机板无任何防静电措施时随处乱放

17、工作台铜线未接地

18、測试设备和机器外壳未接地

19、