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ESD控制的原理和方法Content1.静电的产生及危害2.静电放电材料及模型3.ESD控制原理、技术与要求4.美国国家标准/ESD协会标准S20.20(国际标准）术语及定义静电：物体表面过剩或不足的静止的电荷静电场：静电在其周围形成的电场 静电放电ESD(Electrostatic Discharge)：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。静电敏感度：元器件所能承受的静电放电电压静电敏感器件：对静电放电敏感的器件 防静电工作区 EPA(ESD Protective Area)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静电的产生1.摩擦接触分离 影响摩擦电量的因数：物质材料，相对湿度，摩擦频率，接触面积2.感应3.传导-+典型的ESD电压静静电电之之产生生静静电压(KV)KV)相相对湿度湿度20%20%相相对湿度湿度80%80%走走动于乙于乙烯烯材材质的地板的地板12120.250.25走走动于人造地毯于人造地毯35351.51.5坐坐离离发泡椅泡椅垫18181.51.5拿起聚乙拿起聚乙烯烯塑塑料料袋袋20200.60.6在地上滑在地上滑动苯乙苯乙烯烯材材质箱子箱子18181.51.5移除移除PCPC板上的板上的MYLARMYLAR胶胶带12121.51.5PCPC板上的收縮膜板上的收縮膜16163 3动作真空吸作真空吸锡器器8 81 1喷电电路冷凝路冷凝喷雾剂15155 5静电带电序列人体带电和电击感应程度的关系静电的危害 A）静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命。ESAB)静电放电 ESD损坏器件损伤器件（潜在损坏）辐射电磁场（EMI)着火爆炸人体电击C）发光发声D）产生臭氧静电损伤的特点1.隐蔽性。人体不能直接感知静电，除非发生静电放电，但发生静电放电，人体也不一定能有电击的感觉。这是因为人体感知的静电放电电压为2-3KV。2.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。3.随机性。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。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 5.严重性。二十世纪中后期静电危害震惊世界。高科技工业生产中静电危害的形成 高工业生产的高速发展以及高分子材料的推广应用，一些电阻率很高的高分子材料如塑料，橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化，使得静电积累到很高的程度。静电敏感材料的生产和使用，如轻质油品，火药，固态电子器件等，工矿企业部门受静电的危害越来越突出，静电危害造成了相当严重的后果和损失。随着IC集成度越来越高，速度越来越快，IC受静电电压的影响越来越大。静电防治材料定义Conductive MaterialsConductive Materials导电材料材料 表面电阻率小于1x105/,或其体电阻率小于1x104-CM(ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)Static Dissipative MaterialStatic Dissipative Material静静电电消散材料消散材料 表面电阻率大于1x 105/且小于1x 1012/square,或其体电阻率大于1x104-CM且小于1x1011-CM(ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)Anti-Static Material Anti-Static Material 抗静抗静电电材料材料 -能抑制摩擦生电的材料(ESDA ADV.1.0)-能抑制摩擦生电至200V以下的材料(EIA-625)-抗静电材料并不须要量测其表面电阻率或体电阻来决定其特性.Insulating Material Insulating Material 绝缘材料材料 表面电阻率大于1x1012/或其体电阻率大于1x1011-CM的材料(EIA-625-1994);ESDA ADV 1.0-1994)Static Shielding Material Static Shielding Material 静静电电屏蔽材料屏蔽材料表面电阻率等于或小于104/的材料(EIA-625)易在静电场中产生静电感应和静电放电而损坏产品，通常在屏蔽材料内层复合一层静电耗散材料。静电放电的模型1.1.人人体体带电模型模型(Human Body Medel,HBM)Human Body Medel,HBM)Discharge to the Device 模拟由站立人体之手指尖端放电至元件的现象 100pF+1500 放电上升时间210ns,脉冲宽度大约150ns2.2.机器机器带电电模型模型(Machine Model,MM)Machine Model,MM)Discharge to the Device 200pF+500nH电感，无放电电阻。放电上升时间58ns,大约80ns周期的正弦衰减波形3.3.元件元件带电电模型模型(Charaged Device Model,CDM)Charaged Device Model,CDM)Discharge from the Device模拟一带电元件经由一脚接地而放电的現象1几十pF+0.放电上升时间0.2ns,放电电流可达几十A造成ESD故障的主要原因电流上升時间最快速静电控制的基本概念设计你的元件、产品和装配，使其更合理的避免静电放电(ESD)的作用。可能的话，使用对静电不敏感的元件，或者对你使用的那些静电放电敏感的元件提供适当的输入保护。从工作环境中尽可能地减少或消除许多静电产生的工序或材料，如普通塑料。接地离子中和防止要发生的静电放电接触到敏感元件和装配。加强管理和监测接地接地是最简单有效的技术接地的原则：人员和设备安全在大多数情况下，第三条导线（保护接地）交流设备接地是接地的最优先选择。接地阻抗接地阻抗11 AC AC当第三条交流设备接地导线不能用到或不适用时，工作人员应该通过腕带或其它接地系统与静电放电敏感物件的一个导电性组件相连接，以保证所有组件处在同样电位。人员接地要求坐下操作时必须带腕带：35M 一般腕带电阻(0.81.2)M站立操作时 105鞋、地面对地电阻109 电压100V 静电手环原理防静电腕带原理:它的制作使用静电导电材料，通过与皮肤直接接触，把人体静电直接导走。防静电手环是由紧贴手腕的不锈钢外壳通过线内1M电阻由导线,铁夹接地.目的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损害,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。静电手环佩带方式静电手环不锈钢壳应戴在左手腕内侧,此处接触电阻最小.要与皮肤紧密接触,不得松驰,不得隔以衣物.鳄鱼夹应用根部夹持静电地线裸露部份下班或行走时,操作员可摘下手环,流动人员应取下夹子,绕在手腕上,以便流动使用.静电手环测试仪静静电手手环测试仪原理：主要为测试防静电手环之静电接地阻抗，阻抗在要求范围内则“GOOD”，超过或者低于要求范围内则显示“HIGH”或者“LOW”防静电服服装静电的产生与危害 人在从事各种劳动活动时，人体与衣服、衣服与衣服、以及衣服与周围物体间的摩擦可造成电荷的大量产生与积聚，因此当衣服为绝缘物质时，静电电荷将无法泄露而存在于人体上，随时可能造成放电危害。防静电工作服的消电机理:防静电工作服是用静电导电织物为面料而缝制的。其消电机理为：a.经由导电纤维形成电荷通道向大地泄放静电荷；b由纤维的电晕放电中和静电荷。防静电工作服/手套/指套/帽子单独使用时防静电效果不大离子中和静电消除器是在空气中产生带正电和带负电的两种离子，当任何带静电体从这里经过时，相应的带相反电荷的离子与其中和，消除静电。静电消除器采用电晕放电的原理，通过高压电源产生器将输入电压(220V交流电)升至7KV-10KV交流或直流高压作用在离子针上，将空气分子电离产生平衡稳定的正负离子以中和带电物体，同时气流吹除带电灰尘。离子风机防静电保护区（EPA)ESD Protected Area A defined location with the necessary materials,tools and equipment capable of controlling static electricity to a level that minimizes damage to ESD susceptible items.防静电保护区技术要求工作台面：105109腕带：0.81.2M鞋，地板，坐位，货架，移动设备等：109电离化：50V；房间：150V交流电动工具接地阻抗：1电池驱动和气动工具接地电阻：11012工作服：105109防护器材标志湿度：30%-70%防静电包装主要目标是要防止静电放电直接发生在所包装的静电放电敏感物件上，及将电荷通过外表面消散。凡存储、运输ESDS产品，只能在妥善的防静电包装条件下进行。ESDS产品的包装件上，应做出警示标志。包装材料的分类：低起电（抗静电）阻抗（导电，耗散，绝缘）屏蔽（静电放电，电场）防静电措施的评价静电放电控制方案管理要求静电放电控制方案计划 将方案中的每一个要求都一一列出。这些要求是：计划，培训，符合验证以及静电放电控制方案计划的技术要求。该计划是实施和检验静电放电控制方案的主要文件。其目标是成为一个与内部质量系统要求相符合。培训计划认证计划静电防护设施的定期检查静电测量仪器最基本的配置是：1.静电电压表 2.电阻表静电电压表美国国家标准/ESD协会标准S20.20(国际标准）制定背景：美国国防部和很多企业多年来重技术轻管理S20.20标准的目的是提供行政管理和技术措施上的要求，以及建立，实施和维护静电放电控制方案的指导标准所适用的领域包括：制造，处理，装配，安装，包装，标签，服务，测试，检验以及其它除此之外，在处理电气，电子零件，装置和设备中，对静电放电损害的敏感度超过或等于人体模型的100V。标准不适用于电动引爆设备，易燃液体和粉末。ESD管理的12个关键因数有效的实施计划管理委员会长期有效有效的领导小组可行的要求培训以科学测量审查ESD测试设施交流方案系统计划人机工程不断改进