工厂防静电工艺规范.doc

H:精品资料建筑精品网原稿ok（删除公文）建筑精品网5未上传百度 -11-05实施 -10-05发布工厂防静电工艺规范 工厂防静电工艺规范1 范围本标准规定了科学保护电子元器件, 减少静电对产品的损害, 提升我们的产品质量。本标准适用于公司各部门,商用空调可参照执行。2 规范性引用文件下列文件中的条款经过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件, 其随后所有的修改单( 不包括勘误的内容) 或修订版均不适用于本标准, 然而, 鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本适用于本标准。ANSI/ESDS2020静电放电控制程序IED61340-5-1 电子器件静电的防护基本要求GB 1 防静电服GB12158防止静电事故通用导则GB/T 15463静电安全术语GB 21146个体防护装备 职业鞋GJB/Z 25电子设备和设施的接地, 搭接和屏蔽设计指南GJB/Z 105电子产品防静电放电控制手册GJB 3007A防静电工作区技术要求SJ/T 10694电子产品制造与应用系统防静电检测通用规范3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1 名词解释: 3.1.1 静电: 一种处于相对稳定状态的电荷。由它所引起的磁场效应较之电场效应能够忽略不计。3.1.2 静电放电( ESD) : 是指带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时, 因介质电离而使带电体上的静电荷部分或全部消失的现象。3.1.3 静电放电敏感器件( SSD或ESDS器件) : 易于受静电放电损坏的电子器件( 组件) 。3.1.4 静电感应: 在静电场影响下引起物体上电荷重新分布, 并在其表面产生电荷的现象。3.1.5 静电耗散: 将电子生产用的各类用品( 装备) 用ESD防护材料来制备。当因各种原因在其上产生静电时, 经过静电消散使其静电不能在用品( 装配) 的某点或区域积聚, 降低单位面积的静电电量, 从而降低静电电位作用, 防止静电放电的发生。3.1.6 静电泄露: 将带电体上的电荷经过内部和其表面等途径, 而使之部分或全部消失的现象。3.1.7 静电中和: 将带电体上的电荷与其内部和外部相反极性的电荷( 电子或离子) 的复合而使所带静电荷部分或全部消失的现象。3.1.8 静电屏蔽与接地: 对某些高压电源屏蔽与接地, 从而避免静电场对SSD和SSD组件的感应及静电放电的产生。3.1.9 防静电工作区( EPA) : 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叫防静电工作区; 凡是操作或生产静电放电敏感电子产品( 元器件) 的场所, 都应视为需要防静电的工作区, 在该区域内不论是硬件还是软件管理都应符合防静电系统构成的要求。同时在工作区内任一指定空间所允行的对大地( 接地) 的静电电位值不超过100伏( A级) , 或者不超过1000伏( B级) 。见如下附图1: 1 附图1:防静电工作区域图11-防静电接地轮子 2-接地的工作表面 3-防静电仪表 4-鞋祙试验器 5-腕带和腕带接地 6-接地线7-静电放电接大地装置 8-静电地 9-接地连接点10-脚跟带( 静电鞋) 11-消电器 ( 离子风机) 12-防静电台( 桌) 垫13-防静电椅 14-防静电地板 15-防静电工作服( 带防静电帽) 16-防静电存放架 17-防静电托盘( 架) 18-防静电工作区警示标记19-机器设备3.1.10 表面电阻: 在一给定的通电时间后, 施加于材料表面上的标准电极之间的直流电压对于电极之间的电流的比值, 单位。3.1.11 表面电阻率: 沿试样表面电流方向的直流电场强度与该处电流密度之比, 单位/阻率: 定义为单位宽度、 单位长度材料的表面电阻值, 即正方形材料两对边间的表面电阻值, 单位为, 其数值大小与正方形的几何尺寸无关。3.1.12 体积电阻: 在一给定的通电时间后, 施加于材料的相对两个表面上的接触电极之间的直流电压与流过两电极电流的比值, 单位。3.1.13 体积电阻率: 沿试样体积电流方向的直流电场强度与该处电流密度之比, 单位为m。3.1.14 静电接地: 将带静电物体或有可能产生静电体与大地构成电气回路的接地叫静电接地。3.2 测量仪表:3.2.1 手腕带/脚带/防静电鞋综合检测仪: 用于检测手腕带, 脚带, 防静电鞋是否符合要求, 一般设立在车间入口处较明显的位置, 以方便测量。3.2.2 除静电离子风机检测仪: 用于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。3.2.3 静电场探测仪: 用于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。3.2.4 静电屏蔽袋测试仪: 用于检测静电屏蔽袋的屏蔽效果。3.2.5 表面电阻测量仪: 用于测量材料表面电阻, 体积电阻。 3.3 人体静电防护用品: 防静电工作服、 防静电鞋( 鞋束) 、 手腕带、 手套( 指套) 、 帽子、 袜子。生产现场人员配具见附表:岗位作业过程人体防静电配具表。3.3.1 防静电工作服: 防静电工作服采用导电纤维和棉等混纺制成, 或用渗碳或导电合成纤维布制作。当与其它物体摩擦时, 产生的静电经过导电维与人体的接触泄露或经过导电纤维间的电晕放电、 耗散, 从而防止静电积累。3.3.2 防静电鞋( 导电鞋) : 该鞋鞋底是用加入导电材料的合成橡胶( 橡塑) 制成, 用以将ESDS器件操作人员所带静电荷泄露大地, 防止人体静电积累。3.3.3 防静电腕带和脚带: 操作ESDS器件的人都应使用防静电腕带和脚带, 腕带和脚带的作用是迅速将人体静电荷泄露到大地。一航的防静电腕带由带扣、 带子和接地连接线组成。带子、 带扣和接地连接线具有良好的电气接触。为了保证操作人员安全, 一般在腕带的接连接线上串有一只1M电阻, 以限制人体触电时流过的电流不大于5毫安。3.3.4 防护指套: 操作ESDS的器件的人所使用的指套, 是用加入抗静电剂的乳胶制成, 用以预防ESDS器件因不等电位造成损失。指套的表面和体积电阻应低于1 109。3.3.5 防静电袜子: 防静电袜子是在袜底材料中植入导电丝制备而成, 用来实现人体和导电鞋的电气接触。袜底电阻不应大于1 108。3.3.6 工作帽: 制作帽子材料和工作服一样, 不但用于防静电, 而且具有防止操作人员头部尘埃, 毛发掉落ESDS器件的防尘作用。4 岗位防静电策略: 4.1 静电接地工程: 4.1.1 一般情况下, 由于静电接地泄放静电有时会产生较高脉冲, 对仪器产生干扰; 以及仪器设备漏电时, 对人体造成安全危险, 因此静电接地系统与设备接地系统要分开, 其接地地桩应相距至少10m。4.1.2 接地系统选地时应注意土壤电阻率要小于5*104.m, 接地体与土壤的接触面积极要大, 接触密度要高, 接触要紧。静电接地电阻一般要求小于2。4.2 电子一般操作岗位了防静电策略: 见附表1: 岗位作业过程人体防静电配具表 岗位名称防静电用品固定操作AI操作SMT操作OTP室成型上料员波峰操作维修岗位辅助人员入仓运输成品检验进货检验参观人员防静电工作帽防静电工作服防静电手腕防静电手套防静电指套防静电脚腕防静电袜子-防静电鞋导电鞋束表1表示需要时配置项目或局部配置项目 需无条件配置项目 -表示无此项要求 固定岗位: 在此, 固定岗位指会接触静电敏感器件不用移动进行性操作的岗位。4.3 在线移动操作岗位防静电策略: 会接触电控部件静电敏感器件的移动操作工位防静电措施, 由于其移动范围大, 带防静电手环不利于操作, 利用防静电地垫代替了静电地板, 操作人员带防静电脚环,穿防静电鞋, 双脚在防静电地垫内进行操作。如下图2: 图24.4 防静电区域通用接地方法, 如下图3: 图34.5 总装电控维修场所与维修人员必须进行相关防静电对策, 并参照4.4执行。5 工厂的防静电对策5.1 防静电基本对策防静电基本考虑方式有防止静电产生; 对带电体进行静电泄露; 避免静电放电(适量缓慢释放)。5.1.1 工厂环境5.1.1.1 作为工厂环境内的防静电对策的根本, 应设置专用静电接地线, 并与设备用接地线分离, 在工程内单独铺设防静电对策用的接地线。5.1.1.2 在环境的温、 湿度方面应进行对策管理, 温度尽量控制在1530度, 湿度能控制在4575%范围, 禁止在相对湿度低于30%的环境内操作SSD( 静电放电敏感器件) 。5.1.2 作业环境对作业台及作业椅子等工程内使用物品的基本对策是连接接地线, 确保静电的释放路径。在有带电可能性的场所使用表面电阻率在104109之间的材料, 而且与防静电对策用接地线相连接。另外, 尽可能不用不锈钢板直接做为防静材料。5.1.3 作业者作业者防静电对策的基本是穿戴防静电作业服、 静电手环和静电鞋。一般情况下, 人体和椅子及衣服摩擦、 鞋与地面的摩擦等会产生数KV的静电。防静电工作服能够抑制带电, 而且能够经过静电手环和静电鞋接地, 不对半导体放电。其中最基本的要求是工程上所有接触半导体和基板的作业人员都应严格遵守各项规定。5.1.4 部品收纳5.1.4.1 半导体部品单品的情况下, 要求对静电耐压值以下的静电实施抑制管理。同时, 除了对作业者进行防静电对策之外还有必要注意用带电防止袋收纳部品。5.1.4.2 基板实装结束的部品因为回路设计时进行了对策, 部品单品的静电耐压值有提高, 这是事实。可是, 如果使用没有进行静电对策的周转箱就很容易带上数KV的静电, 因此有必要使用静电对策材料的周转箱。5.1.5 设备、 治具5.1.5.1 对设备、 治具的静电对策基本上与作业台和作业椅的对策相同。也就是说, 在有带电可能性的场所, 应使用表面阻率在106109 范围内的材料, 设备与设备用接地线连接, 治具与静电对策用接地线相连接。5.1.5.2 传送带本体及回转部分应与接地线连接, 无法连接的部分应用除电刷等进行除电。5.1.5.3 焊烙铁、 电气螺丝刀使用3芯型的, 若用2芯的话要与接地线连接。由于计测器、 CRT面板前也会产生静电, 因此希望进行带电防止过滤和带电防止气喷等对策。另外, 也会有看漏的点, 因此在治具设计时应特别注意选择防静电的材料。5.1.6 除电器( 静电消除器)对绝缘体来说, 静电接地对防静电基本上没有作用的, 即使进行了接地电荷也不会移动。因此带电的塑料和外壳工程除电, 以及其它接地无法对策的情况, 需使用静电消除器。另外, 如果使用表面电位计检查工程带电状况后, 若接地也无法取得良好除电效果, 可考虑导入静电消除器。静电消除器应能消除任何一种极性的电荷, 并在其有效防护区域内使静电位保持在规定值以内, 中和能力应优于250V/S, 一般配置离子风扇, 中和能力控制在1000V中和至100V的时间在2秒以内。5.1.7 测定5.1.7.1 测定电位: 为了确认各种对策的效果, 使用表面电位计测定电位。虽然有必要精确测定带电物体的电荷, 但因为这种测定比较困难, 因此现在一般较广泛采用的是电位测定, 对工程中使用的作业台和作业椅、 周转箱和插板、 作业者等的带电电位进行测定。5.1.7.2 测定电阻: 测定接地间的阻值, 确定接地点的阻值在小于2 。5.1.7.3 测定电阻率: 在购入防静电周转箱和防静电服等防静电配置时, 要进行测定表面电阻率。5.1.8 管理静电防护区标记, 希望使用”静电对策标记”并有效区别静电对策与非静电对策品的区别。5.2 个别静电对策表示需强制实施项目 表示一般的项目,非强制项目表示重点项目,是指对工程上有带电电位绝对值在100V以下的设计必要的场所进行估计并区分。区分实施对象实施内容类别工厂环境基本接地加湿静电对策用接地线的设置加湿器湿度控制作业环境作业床作业台作业椅台车导电垫、 不锈钢钢板的铺设及接地导电垫的使用和接地对策椅子的导入和金属链子的接地金属链子和导电轮的接地作业者工作服静电手环静电鞋手套、 脚套防止带电作业服的穿着静电手环的配戴和接地静电鞋、 防静电脚环的穿戴与接地防止带电手套、 导电性指套的戴用部品收纳部品放置架周转箱部品箱P板基板箱包装导电垫的使用及接地防静电周转箱、 隔板的使用和接地防静电对策品的使用和接地防带电基板箱的使用与接地使用防带电包装材料设备传送带防带电治具CRT计测器面盖烙铁头电气螺丝刀作业指导书套离子喷枪治具材料金属治具防止计策器、 CRT带电3芯与2芯型的使用与接地螺丝刀本身的接地作业指导书套的带电防止与接地离子喷枪的定期检查确认树脂材料等非带电材料的使用金属治具的电流限制和接地除电离子发生器用离子发生器除去绝缘体带电离子发生器的选定离子发生器的设置和保养管理测定带电电位接地间阻值表面阻率用表面电位计进行带电电位测定根据绝缘电阻计及电极测定阻值根据绝缘电阻计及电极测定阻值管理人体阻值人体阻值地下接地线对策品静电手环的导通及阻值测定穿静电鞋时的阻值确认D种( 100以下) 接地阻值确认静电对策记号的识别5.3 芯片烧录室OPT与贴片室SMT的防静电等级为A级防静电等级, 其工作场所必须做好防静电标识。5.4 从事有可能接触静电敏感器件的新员工, 必须进行防静电知识培训, 并记录存档。5.5 进行入A级防静电区域时,必须进行防静电对策测量。5.6 静电放电防护标记 静电敏感工作区标记1 静电敏感保护区标记25.7 防静电检查表2防 静 电 检 查 表检查部门: 编制: 审核: 检查日期:确认项目结果备注工厂环境接地施工是设备接地与静电接地分开,是否有每年1次确认接地电阻设备用的地线是否与人体用地线分离(防止触电)人体用地线是否在接地点与专用接地或设备用地线连接A级防静电作业场所的湿度是否保持45%-75%作业环境作业地面是否铺了导电胶皮, 即要站立在防静电地面上导电胶皮的接地连接点是否固定稳妥作业台面上是否铺了防静电胶皮且与人体用地线接地搬运车是否用链子或导电轮与地面接地搬运车各层是否铺了导电胶皮或接地措施搬运车搬运用通路是否已经做了对策静电了A级防静电作业场所椅子是否是防静电椅子或防静电接地作业员作业员是否穿了防静电工作服护腕、 围裙、 帽子等穿戴物是否进行了防静电措施作业员是否穿戴了静电手环或防静电工作鞋静电手环是否在与人体用地线接地静电手环是否有保护人体用的1M抵抗静电手环的金属部分是否与人体皮肤接触作业员是否穿戴防静电工作鞋穿防静电工作鞋的时候, 是否穿了厚袜子或垫鞋垫( 导电性下降) 是否规定使皮肤接触到静电测试仪器的金属面上零部件仓库静电测试仪器的金属脚是否接触到地面周转箱是否使用导电性材料周转箱下面是否接地基板和基板之间的隔板是否使用了防静电材料半导体保管箱是否使用防静电材料且接地半导体放置架是否铺了防静电胶皮半导体是否放置在防静电盒子里面半导体防静电盒子是否放入到防静电袋子里面将半导体从盒子里拿出时是否佩带静电手环尾数半导体的保管状态是否使用导电海绵及导电性袋子半导体保管场所是否与索料代、 发泡胶等带电物隔离架子的防静电胶皮是否与设备用地线接地IC胶卷盒是否接地表2 附录A ( 资料性附录) 电子元器件静电放电损伤技术第一章 电子元器件抗ESD损伤的基础知识1、 静电和静电放电的定义和特点2、 对静电认识的发展历史3、 静电的产生4、 静电的来源5、 静电放电失效第二章 制造过程的防静电损伤技术1、 静电防护的作用和意义2、 静电对电子产品的损害3、 静电防护的目的和原则4、 静电防护材料静电防护器材第一章电子元器件抗ESD损伤的基础知识随着电子元器件技术的发展, 静电对元器件应用造成的危害越来越明显。一方面, 电子元器件不断向轻、 薄、 短、 小、 高密度、 多功能等方向发展, 因而元器件的尺寸越来越小, 特别是微电子器件, CMOS IC中亚微米珊已经进入实用化, 栅条宽度达到0.18um, 栅氧厚度为几个nm, 栅氧的击穿电压小于20V。尺寸的减小, 就使电子器件对静电变得更加敏感。另一方面, 在电子元器件制造和应用环境中, 作为静电主要来源的各种高分子材料被广泛的采用, 使得静电的产生更加容易和广泛。因此, 必须应用各种抗经典放电损伤的技术, 使静电对电子元器件的危害减小到最低的程度。1. 静电和静电放电的定义和特点通俗的来说, 静电就是静止不动的电荷。她一般存在与物体的表面, 是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果。静电是经过电子或或离子转移而形成的。静电可由物质的接触和分离、 静电感应、 介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。静电放电( Electrostatic Discharge,ESD) ,处于不同经典电位的两个物体间的静电电荷的转移就是静电放电。这种转移的方式有多种, 如接触放电、 空气放电。2. 对静电认识的发展历史人类对静电放电危害的认识经历了一段漫长的历史, 电子行业认识到ESD的危害只是最近几十年的事情。1千百年前, 静电对人类来说曾经是非常神秘的。2中国创造了火药之后, 静电对火药制造行业不再神秘了 3美国独立战争期间, 火药是在有潮湿的泥墙和泥地顶房子中制造的4现在, 在静电火花可能引起爆炸的行业如面粉厂和医院的手术室都采取了特殊的防静电措施。5在其它行业, 静电依然是神秘的6在40和50年代, 在塑料和胶片制造行业, 发现了静电问题7在50和60年代, 在电子行业, 出现静电问题。常常发生奇怪的失效, 在光学显微镜下看不到失效原因。失效分析的结论是原因不明。8MOS晶体管的普及和IC的发展使静电问题加剧970年代后, IC的几何尺寸缩小使问题变得更加糟糕10真正的突破是半导体领域扫描电镜的应用, 第一次即使最小的ESD损伤也能看到111979年, EOS/ESD研讨会成立, 主要研究ESD问题, 寻求解决方法1280年代除, 多数主要的电子制造商建立了她们的ESD组织, 负责ESD问题13EOS/ESD可能是当今电子制造行业最主要的失效机理3. 静电的产生一般物体保持电中性状态, 这是由于它它所具有的正负电荷量相等的缘故。如果两种不同材料的物体因直接接触或静电感应而导致相互之间电荷的转移, 使之存在过剩电荷, 这样就产生了静电。带有静电电荷的物体之间或者它们之间有一点的电势差, 称之为静电势。经典产生的方式有很多种, 如接触、 摩擦、 冲流、 冷冻、 电解、 压电、 温差等, 但主要是两种形式, 即摩擦产生静电和感应产生静电。图1.是两种物体直接接触后形成的, 一般发生于绝缘体与绝缘体之间或者绝缘体与导体之间; 图2.是带电物体与导体之间, 两种物体不需要直接接触。图1图23.1 摩擦产生静电实际上, 只要两种不同的物体接触再分离就会有静电产生。但由于摩擦产生的热能为电子转移提供了足够的能量, 因此静电产生作用大大增强。表1 常见物体带电顺序表序号材料序号材料序号材料正电荷方向8羊毛16硬橡皮1空气9丝绸17镊、 铜2人的手10铝18黄铜、 银3兔毛11纸19聚酯人造纤维4玻璃12棉布20聚乙烯5云母13钢21聚丙烯6头发14木材22聚氯乙烯( PVC) 7尼龙15琥珀负电荷方向表中任何两种物体摩擦时, 能够接此来判断它们带电的极性, 还能够大致估计所带电荷的多寡程度。排在前面的材料与排在后面的材料相互摩擦时, 前者带正电, 后者带负电。同种材料与不同材料相互摩擦时所点电荷的极性可能不同, 如棉布与玻璃棒摩擦带负电, 但与硅片摩擦带负电。棉布与玻璃棒摩擦后所带的电量大于它与尼龙摩擦所带电量。3.2 感应产生静电静电产生的另一个重要来源是感应生电。当一个导体靠近带电体时, 会受到该带电体形成的静电场的作用, 在靠近带电体的导体表面感应出异种电荷。尽管这时导体所带静电荷量仍为零, 但出现了局部带电区域。显然, 非导体不能经过感应产生静电。3.3 影响静电产生和大小的因素静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度有密切的关系, 在高湿度环境中由于物体表面吸附有一定数量杂质离子的水分子, 形成弱导电的湿气薄层, 提高了绝缘体的表面电导率, 可将静电荷散逸到整个材料的表面, 从而是静电电势降低。因此在相对湿度高的场合, 如海洋性气候地区或潮湿的梅雨季节, 静电势低。在相对湿度低的场合, 如大陆性气候地区或干燥的冬季, 静点势就高。与普通场合相比, 在空气纯净的场所( 如无尘车间) 内, 因空气中的离子浓度低, 因此静电更加容易产生。表2是电子生产中产生的静电势的典型值。从中能够看到, 同样的动作在不同的湿度下, 产生的静电电压能够相差一个数量级以上。表2 电子生产中产生的静电势的典型值( 单位: V) 事件相对湿度10%40%50%走过乙烯地毯1 50003000在工作椅子上操作人员的移动6000800400将DIP封装的器件从塑料管中取出 700400将印刷电路板装进泡沫包装盒中210001100055004. 静电的来源在电子制造业中, 静电的来源是多方面的, 如人体、 塑料制品、 有关的一起设备以及电子元器件本身。4.1人体静电人体是最重要的静电源, 这主要有三个方面的原因。其一, 人体接触面广, 活动范围大, 很容易与带有静电荷的物体接触或摩擦而带电, 同时也有许多机会将人体自身所带的电荷转移到期间上或者经过器件放电。其二, 人体与大地之间的电容低, 约为50250pf, 典型值为150pf, 因此少量的人体静电荷即可导致很高的静点势。其三, 人体的电阻比较低, 相当于人体处于静电场中也容易感应起电, 而且人体某一部分带电即可造成全身带电。人体静电与人体所接触的环境及活动方式有关: 如走路、 抬脚、 坐下等动作在手上产生的静电分别能够达到800V、 3200V、 3800V。人体静电与环境湿度有关, 湿度越低则静电势越高, 从表2中能够清楚的看到这一点人体静电与所穿衣服和鞋帽的材料有关, 化纤和塑料制品较之棉制品更容易产生静电。工作服和内衣摩擦时产生的静电是人体静电的主要原因之一, 表3中列出了质地不同的工作服和内衣摩擦时人体所带的静电势。表3 质地不同的工作服和内衣摩擦时人体的静电势( KV) 内衣工作服棉纱毛丙烯聚酯尼龙维尼棉纯棉( 100%) 1.20.911.714.71.51.8维尼龙/棉( 55%/45%) 0.64.512.312.34.80.8聚酯/人造纤维( 65%/35%) 4.28.419.217.14.81.2聚酯/棉( 65%/35%) 14.115.312.37.514.713.8人体静电与个人体质有关, 主要表现在人体等效电容与等效电阻上, 人体电容越小, 则因摩擦越容易带电, 带电电压越高, 人体电阻越小, 则因感应带电越容易。由于人体电容的60%是脚底对地电容, 而电容量正比于人体与地之间的接触面积, 因此单脚站立的人体静电势远大于双脚站立的人体静电势。( c=q/u,q为人体所带的电荷数量, 电容越小, 电压u越高) 人体静电与人的操作速度有关, 操作速度越快, 人体静电势越高。人体各部位所带的静电电荷是不均匀的, 一般认为手腕侧的静电势最高。4.2 仪器和设备的静电仪器和设备也会由于摩擦或静电感应而带上静电, 如传输带在传动过程中由于与转轴的接触和分离产生静电, 或是接地不良的仪器金属外壳在电场中感应产生静电, 仪器设备带电后, 与元器件接触也会产生静电放电, 并造成静电损伤。4.3 器件本身的静电电子元器件的外壳( 主要指陶瓷、 玻璃和塑料封装管) 与绝缘材料互相摩擦, 也会产生静电, 器件外壳带电后, 会经过某一接地的管脚或外接引线释放静电, 也会对器件造成静电损伤。4.4 其它静电来源除上述三种静电来源外, 在电子器件的制造、 安装、 传递、 运输、 试验、 存储、 测量和调试等过程中, 会遇到各种各样的由绝缘材料制成的物品, 如表4所列, 这些物品相互摩擦或与人体摩擦都会产生很高的静电势。表4 电子元器件操作环境的其它静电源物体材料工作桌、 椅油漆或打腊的表面、 有机玻璃纤维材料地板水泥地板、 油漆或打腊的木地板、 熟料地砖或地板革工作服化纤工作服、 非导电工作鞋、 清洁棉质工作服包装容器熟料包装袋、 盒、 箱、 瓶、 盘、 泡沫塑料衬垫器皿、 工具喷雾清洗器、 热吹风、 熟料或橡胶传导轨、 熟料吸锡器、 毛刷、 未接地的烙铁5. 静电放电失效元器件由静电放电引发的失效能够分为突发性失效和潜在性失效两种模式。突发性失效指元器件受到静电放电损伤后, 突然完全丧失其规定的功能, 主要表现为开路、 短路或参数严重漂移; 潜在性失效是指静电放电能量比较低, 仅在元器件内部造成轻微损伤, 放电后器件电参数依然合格或略有变化, 但器件的抗过电能力已经明显削弱, 或者使用寿命已明显缩短, 再受到工作应力或经过一段时间工作后将进一步退化, 直至造成彻底失效。在使用环境中出现的静电失效大多数是潜在性失效, 椐统计, 在由静电放电造成的使用失效中, 潜在性失效约占90%, 而突发性失效只占10%。潜在性失效比突发性失效具有更大的危险性, 一方面是由于潜在失效难以检测、 器件在制造和装配过程中受到潜在性静电损伤后会影响整机的使用寿命; 另一方面, 静电损伤具有积累性, 即使一次静电放电未能使器件失效, 多次静电损伤累积起来最终必然使之完全失效。静电放电的失效模式可分为过电压失效和过电流失效, 过电压失效多发生于MOS器件, 包括MOS电容或钽电容的双极型电路和混合电路, 过电流热失效则多发生与双极器件, 包括输入用pn结二极管保护的MOS电路、 肖特基二极管以及含有双极器件的混合电路。实际元器件发生哪种失效, 取决于经典放电回路的绝缘程度, 如果放电回路阻抗低, 绝缘性差, 元器件往往会因放电产生强电流脉冲导致高温损伤, 这属于过电流损伤; 如果放电回路阻抗较高, 绝缘性好, 则元器件会因接受了高电荷而产生高电压, 导致强电场损伤, 这属于过电压损伤。第二章 制造过程的防静电损伤技术静电现象是客观存在的, 防止静电对元器件损伤的途径只有两种: 一方面, 从元器件的设计和制造上进行抗静电设计和工艺优化; 另一方面, 就是采取经典防护措施, 使器件在制造、 运输和使用过程中尽量避免静电带来的损伤。我们作为元件的使用方, 只能采取后一种办法来防止或减少静电对元器件的损害。1、 护的作用和意义为什么要在制造过程中采取防静电措施? 1.1 多数的电子元器件是静电敏感器件多数未采取保护措施的元器件静电放电敏感度都很低, 很多在几百伏以内, 而且大部分单管不能增加保护电路, 如二极管。一些电路采取了保护电路, 但也只能达到 4000伏, 而在实际使用环境中产生的静电电压可能达到上万伏。因此我们说, 绝大多数元器件是静电敏感器件, 需要在制造、 运输和使用过程中采取防静电保护措施。1.2 静电对电子行业造成的损失很大电子行业如微电子、 光电子的制造和使用厂商因为静电造成的损失和危害是相当严重的。根据美国的报道, 她们的电子行业中, 由于ES的影响, 每年的损失达50亿美元; 据日本统计, 她们不合格的电子器件中有45%是由于静电而引起的; 中国每年因静电危害造成的损失至少也有几千万。美国半导体可靠性新闻对1993年从制造商、 测试方和使用现场得到的3400例失效案例进行的统计, 从中能够看出, EOS/ESD造成的失效达到20%。1.3 静电会对电子元器件造成潜在损伤潜在的损伤严重威胁器件的寿命和可靠性, 而且不能经过检验等手段挑选出来, 危害巨大。2、 静电对电子产品的损害静电对电子产品的损害有多种形式, 并具有自身的特点。2.1 静电损害的形式静电的基本物理特性为: 吸引或排斥, 与大地有电位差, 会产生放电电流。这三种特性能对电子元器件的三种影响: a. 静电吸附灰尘、 降低元器件的绝缘电阻( 缩短寿命) ; b. 静电放电( ESD) 破坏, 造成电子元器件损伤; c. 静电放电产生的电磁场幅度很大( 达到几百伏/米) , 频谱极宽( 从几十兆到几千兆) , 对电子产品造成干扰甚至损坏( 电磁干扰) 。这三种形式对元器件造成的损伤, 既可能是永久性的, 也可能是暂时性的; 既可能是突发失效, 也可能是潜在失效。其中ESD事件是造成元器件损伤最常见和最主要的原因。2.2 静电损害的特点a. 隐蔽性: 人体不能直接感知静电除非发生静电放电, 可是发生静电放电人体也不一能有电击的感觉, 这是因为人体感知的静电放电电压为23KV, 因此静电具有隐蔽性; b. 潜在性和累积性: 有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降, 但多次累积放电会给器件造成内伤而形成隐患, 因此静电对器件的损伤具有潜在性; c. 随机性: 电子元件什么情况下会遭受静电破坏呢, 从一个元件被生产出来后, 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, 其损坏也具有随机性的特点d. 复杂性: 静电放电损伤的失效分析工作, 因电子产品的精、 细、 微小的结构特点而费时、 费事、 费钱, 要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此, 有些静电损伤现象也难以与其它原因造成的损伤加以区分, 使人误把静电损伤造成的失效当作其它失效。这在对静电放电损害未有充分认识之前, 常常归因与早期失效或情况不明的失效, 从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。因此静电对电子元器件损伤的分析具有复杂性。3、 静电防护的目的和原则静电防护的根本目的是在电子元器件、 组件、 设备的制造和使用过程中, 经过各种防护手段, 防止因静电的力学和放电效应而产生或可能产生的危害, 或将这些危害限制在最小程度, 以确保元器件、 组件和设备的设计性能及使用性能不致因静电作用受到损害。从原则上说静电防护应从控制静电的产生和控制静电的消散两方面进行, 控制静电产生主要是控制工艺过程和工艺过程中材料的选择; 控制静电消散则主要是快速而安全地将静电释放和中和; 两者共同作用的结果就有可能使静电电平不超过安全限度, 达到静电防护的目的。