ESD防護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)教材

1、1ESD防護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)教材2n一、 目前,電子產(chǎn)品中已經(jīng)應(yīng)用了很多微電子器件。這種器件的特點(diǎn)是低功n 耗、低電壓、高輸入阻抗和集成化。但是，這種器件耐壓低、允許通n 過的電流不大對(duì)靜電敏感。n 靜電放電現(xiàn)象在日常生活、工作中處處發(fā)生，靜電電場(chǎng)及靜電電流時(shí)n 時(shí)刻刻在威脅著那些對(duì)靜電敏感的器件，這些器件隨時(shí)都有受靜電影n 響而損壞或失效的危險(xiǎn)，靜電也是無形殺手, 所以生產(chǎn)過程中的每一個(gè)n 環(huán)節(jié)都要采取措施消除靜電。n二、靜電的防護(hù)（可以從三方面來進(jìn)行）：n（1）加強(qiáng)對(duì)有關(guān)操作人員的靜電防護(hù)知識(shí)教育及制訂操作規(guī)程；n（2）對(duì)電子產(chǎn)品采用靜電防護(hù)設(shè)計(jì)；n（3）電子器件、儀器及設(shè)備在整個(gè)生產(chǎn)過程中采

2、用靜電防護(hù)技術(shù)。前言：前言：3n1、靜電（Electrostatics):物體所帶過剩或不足的相對(duì)靜止不動(dòng)的電荷。n2、靜電放電ESD（Electrostatic discharge-ESD):n 具有不同靜電的物體，由于直接接觸或靜電感應(yīng)引起物體間的n 靜電電荷轉(zhuǎn)移。（見圖1）n3、人體有感覺的靜電放電電壓在3000-5000V之間,而元件發(fā)生損壞時(shí)的n 電壓僅幾百伏.n4、靜電感應(yīng)（Electrostatic induction):n 當(dāng)帶靜電的物體靠近某一介質(zhì)時(shí)，在該介質(zhì)表面因感應(yīng)而帶電荷，n 形成感應(yīng)電場(chǎng)。n5、靜電敏感器（Static sensitivity device-SSD):

3、n 對(duì)靜電放電敏感的器件（易被靜電擊穿的器件）n6、中和（Neutralization):n 利用異性電荷使靜電消失n7、接地（Grounding):n 電氣連接到能提供或接受大量電荷物體上（如大地、動(dòng)載工具外殼）n8、泄放（Leakage):將靜電荷安全泄放到大地。第一章：名詞解釋（見圖1）4n8、硬接地（Hard ground): 直接與大地電極作導(dǎo)電性連接的n 一種接地方式（R10） （見圖2）n9、 軟接地（Soft ground）：通過一足以限制流過人體的電流達(dá)到安全值的電阻n 連接到大地電極的一種接地方式(100KR1M)n n10. 防靜電工作區(qū)（Electrostatic di

4、scharge protected area）： n 配備各種防靜電設(shè)備和器材，能限制靜電電位具有確定邊界n 和專門標(biāo)記的適于從事情靜電防護(hù)操作的場(chǎng)所。（見圖8）n11. ESD保護(hù)材料（ESD-Protected materials）： n 具備下列特征的材料：n A、防止產(chǎn)生摩擦起電； n B、免受靜電場(chǎng)的影響；n C、防止與帶電人體或與帶電物體接觸而產(chǎn)生直接放電。第一章：名詞解釋軟接地1M可調(diào)恒溫烙鐵主體內(nèi)的變壓器設(shè)備安全地150KESD地線系統(tǒng)接大地防靜電腕帶防靜電接地線防靜電墊150K1M5M（圖2）（圖4）（圖5）（圖6）（圖7）（圖8）5 1、靜電的產(chǎn)生（自然現(xiàn)象） 1.1 兩種

5、不同起電序列的物體通過摩擦、碰撞、剝離等方式在接觸分離之后n 在一種物體上積聚正電荷，另一種物體上積聚等量的負(fù)電荷。由于兩種不同的n 物體相互緊密接觸時(shí)，它們最外層電子的逸出功不同， 電子從逸出功較小的物 n 體跳逸到逸出功較大的物體中去。此外，導(dǎo)體靜電感應(yīng)、壓電感應(yīng)、電磁輻射n 應(yīng)等也能產(chǎn)生很高的靜電壓。 1.2 產(chǎn)生靜電的原因很多,主要與物體的特性、表面狀態(tài)、接觸面積、接觸壓力、 摩擦速度、帶電量、帶電性溫度、濕度等有關(guān)。相對(duì)濕度越大時(shí)，物體表的導(dǎo) 電性增加，電荷在物體上將減少儲(chǔ)存，大部分傳至表面而泄漏，相對(duì)濕度小時(shí)， 電荷就很難泄露。n2、工廠內(nèi)常見的靜電源：靜電源指可產(chǎn)生靜電荷的物體。

6、 2.1 環(huán)境：n 2.1.1 地板：封蠟的混凝土、打蠟?zāi)镜匕?、普通的維尼龍磁磚或平板、人造革n 化纖毛毯。根據(jù)靜電源材料，靜電荷的多少，分離速度，環(huán)境濕n 度的不同而不同。 第二章：靜電的來源及其危害（濕度見圖9）（圖9）6第二章：靜電的來源及其危害 2.1.2工作面：涂蠟，涂漆或凡立水處理的表面，普通的乙烯或塑膠臺(tái)面。 2.1.3 工廠主要設(shè)備：SMT、DIP、維修等機(jī)器設(shè)備、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、變壓器、 發(fā)電機(jī)等。（見圖 10） n2、 2 人：n2、2、1 人的皮膚表面。n2、2、2 人穿的服裝-不允許有普通化纖、毛料及對(duì)濕度30%以下時(shí)的純棉。n2、 3 材料：n2、3、1 原材料： （

7、服裝、帽子、鞋子、椅子、周轉(zhuǎn)箱、元件盒、n 屏蔽蓋、夾具等均為防靜電材料）n2、3、2 包裝材料：A、普通的塑膠-袋、紙、封皮；n B、 普通的氣泡套； C、 普通的塑膠盤、塑膠籃、塑膠瓶、料盒；無靜電紙（圖11）（圖10）7第二章：靜電的來源及其危害 2、 4 制程：n2.4.1 噴洗清洗機(jī)n2.4.2 普通的塑膠吸錫工具n2.4.3 烙鐵頭未接地的電烙鐵n2.4.4 人造毛制作的溶劑刷子n2.4.5 液體或蒸汽的清洗或干燥n2.4.6 烤箱n2.4.7 低溫噴洗n2.4.8 發(fā)熱槍和吹風(fēng)機(jī)n2.4.9 噴砂n2.4.10 相關(guān)圖示（見圖12）扁三腳插頭（圖12）8第二章：靜電的來源及其危害

8、n3、人的典型活動(dòng)產(chǎn)生的靜電壓：n4、 ESD敏感元器件，組件和設(shè)備的分級(jí)：n 1級(jí)：易遭01999V ESD電壓危害的電子產(chǎn)品；n 2級(jí)：易遭20003999V ESD電壓危害的電子產(chǎn)品；n 3級(jí)：易遭400015999V ESD電壓危害的電子產(chǎn)品。在地毯上行走在乙烯樹脂地板上行走 工作臺(tái)上操作說明書的乙烯樹脂封面在工作臺(tái)拿起乙烯袋子聚氨脂泡沫墊子靜電產(chǎn)生方式60007000靜電電壓（V）相對(duì)濕度（65%90%）相對(duì)濕度（10%20%）200001800015002501006001200150035000120009n5、（ESDS）靜電放電敏感元器件：）靜電放電敏感元器件：（一）（一）第

9、二章：靜電的來源及其危害器件類型失效模式二極管1、反向漏電流增加，擊穿電壓降低。2、正向壓降增大1、發(fā)射極一基極反向電流增加，擊穿電壓降低。 2、減小，3、噪聲系數(shù)增大場(chǎng)效應(yīng)管1、柵一源或柵一漏短路，2、電極開路雙極型數(shù)字電路1、輸入電流增加，2、失去功能1、輸入失調(diào)電壓增大，失調(diào)電流增大，2、MOS電容擊穿短路，3、電極開路半導(dǎo)體器件靜電放電失效模式三極管1、輸入或輸出端與源或漏間漏電流增大，2、其它參數(shù)退化，3、喪失功能MOS電路雙極型線性電路10 5.（ESDS）靜電放電敏感元器件：）靜電放電敏感元器件：（一）（一） n1級(jí)：敏感電壓范圍級(jí)：敏感電壓范圍01999Vn 元 器 件 類 型

10、n微波器件（肖特基勢(shì)壘二極管、點(diǎn)接觸二極管和其它工作頻率大于1GHZ的檢n測(cè)二極管，離散型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，聲表面波（SAW）器件，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)n晶體管（JEETS），電荷耦合器件（CCDS），精密穩(wěn)壓二極管（線或加載電n壓穩(wěn)定（0.5%),運(yùn)算放大器（OP AMPS） n n 續(xù)續(xù) 表表 1n薄膜電阻器，集成電路，使用1級(jí)元器件的混合電路，超高速集成電路（VHSIC），環(huán)境溫度100時(shí)，100.175A的晶體閘流管（SCRS）第二章：靜電的來源及其危害晶體管（見圖13）（濕度見圖13）11第二章：靜電的來源及其危害5.（ESDS）靜電放電敏感元器件：）靜電放電敏感元器件：（二）（二） n2級(jí)

11、：敏感電壓范圍級(jí)：敏感電壓范圍20003999Vn 元元 器器 件件 類類 型型n由附錄由附錄A（補(bǔ)充件）試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定為（補(bǔ)充件）試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定為2級(jí)的元器件和微電路級(jí)的元器件和微電路n低功率雙極型晶體管，低功率雙極型晶體管，Ptot100mW, Ic100mAn離散型離散型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管n結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JEETS）n運(yùn)算放大器（運(yùn)算放大器（OP AMPS）n集成電路（集成電路（ICS）n超高速集成電路（超高速集成電路（VHSIC）n精密電阻網(wǎng)絡(luò)（精密電阻網(wǎng)絡(luò)（R2）n使用使用2級(jí)元器件的混合電路級(jí)元器件的混合電路（見圖14）集成電路集成電路精密電阻、混精密

12、電阻、混合電路場(chǎng)效應(yīng)合電路場(chǎng)效應(yīng)晶體管等晶體管等12第二章：靜電的來源及其危害5.（ESDS）靜電放電敏感元器件：）靜電放電敏感元器件：（二）（二） n3級(jí)：敏感電壓范圍400015999Vn 元 器 件 類 型n由附錄A（補(bǔ)充件）試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定為3級(jí)的元器件微電路n離散型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管n運(yùn)算放大器（OP AMPS）n集成電路（ICS）n超高速集成電路（VHSIC）n所有不包括在1級(jí)或2級(jí)中的其他微電路nPtot 1W或10 1A的小信號(hào)二極管n普通要求的硅整流器 100.175A的晶體閘流管（SCRS）n350mWPtot100mW且400MA10 100mA的低功率雙極型晶體管n光電器件

13、（發(fā)光二極管、光敏器件、光耦合器）n片狀電阻器 續(xù) 表 2n使用3級(jí)元器件的混合電路壓電晶體13第二章：靜電的來源及其危害n6、ESD失效模式失效模式n6.1 熱二次擊穿：發(fā)熱-融化-過熱增大融化短路n6.2 金屬渡層融熔：金屬層式融合引線燒熔n6.3 介質(zhì)擊穿（電壓擊穿）：一般潛在失效最終形式一次擊穿n6.4 氣弧后電壓放電：引起功能退化n6.5 表面擊穿：絕緣表面n6.6 體擊穿：二次擊穿產(chǎn)生體注意呀!14第二章:靜電的來源及危害元器件組成部分元器件類別失效機(jī)理失效標(biāo)志MOSFET（分立的）MOS集成電路有金屬跨接的半導(dǎo)體器件數(shù)字集成電路（雙極和MOS）線性集成電路（雙極和MOS）MOS阻

14、容器、混合電路、線性集成電路二極管（PN、PIN、肖特基）雙極晶體管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管可控硅數(shù)字、線性雙極集成電路輸入保護(hù)電路：用于分立MOS場(chǎng)效應(yīng)管和MOS集成電路混合電路：厚膜電阻、薄膜電阻單片集成電路-薄膜電阻器密封薄膜電阻器電阻漂移MOS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體結(jié)由SI和AL的擴(kuò)散引起電流束的增大（電熱遷移）薄膜電阻器介質(zhì)擊穿，與電壓有關(guān)的電流通路，與焦?fàn)枱崮芰坑嘘P(guān)的微電流通路的破壞電壓引起的介質(zhì)擊穿和接著發(fā)生的大電流現(xiàn)象由過剩能量和過過引起的微等離子體二次擊穿的微擴(kuò)散短路（漏電大）15第二章:靜電的來源及危害元器件組成部分元器件類別失效機(jī)理失效標(biāo)志混合集成電路單片集成電路梳狀覆蓋式晶體管晶體振蕩器聲

15、表面波器件工作性能退化采用非導(dǎo)電石英或陶瓷封裝蓋板的集成電路和存儲(chǔ)器，特別是EPROM電極間的間距較小部位電弧放電使電極材料熔融工作性能退化聲表面波器件無鈍化層覆蓋的薄膜金屬無保護(hù)的半導(dǎo)體器件和微電路壓電晶體當(dāng)所加電壓過大時(shí)由于機(jī)械力使晶體破裂與焦?fàn)枱崃坑嘘P(guān)的金屬燒毀由于ESD使正離子在表面積壘，引起表面反型或柵閾值電壓漂移開路工作性能退化金屬化條場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)和非導(dǎo)電性蓋板16第三章：ESD防護(hù)操作系統(tǒng)n1、 ESD防護(hù)的基本原則：防護(hù)的基本原則：n1.1 抑制靜電的積聚，嚴(yán)格控制靜電源。n1.2 迅速、安全、有效地消除已經(jīng)產(chǎn)生的靜電荷。（見圖15）n1.3 防靜電工作區(qū)應(yīng)按電子元器件靜電放電靈

16、敏度確定保護(hù)程度。n 一般情況下靜電壓不超過100V。n2、防靜電工作區(qū)：n 2.1 地面材料n 2.1.1 禁止直接使用要質(zhì)地板或鋪設(shè)毛、麻、化纖地毯及普通地板,人造革地板。n 2.1.2 應(yīng)該選用由靜電導(dǎo)體材料構(gòu)成的地面，例如：防靜電浮動(dòng)地板或在普通n 地面上鋪設(shè)防靜電地墊并有效接地。n 2.1.3 允許使用經(jīng)特殊處理過的水磨石地面，如：事先敷設(shè)地線網(wǎng)，滲碳或在n 地面噴涂防靜電劑等。生銹嚴(yán)重（圖15）17第三章：第三章：ESD防護(hù)操作系統(tǒng)防護(hù)操作系統(tǒng) 2、2 接地：接地：n 2.2.1 防靜電系統(tǒng)必須有獨(dú)立可靠的接地裝置，接地電阻一般應(yīng)小于4歐，n 接入時(shí)，增加限流電阻。n 2.2.2

17、防靜電地線不得接于電源零線上，不得與防雷地線共用。n 2.2.3 使用三相五線制供電，其大地線可以作為防靜電地線（零線、地線n 不可混接）n 2.2.4 防靜電設(shè)備連接端子應(yīng)確保接觸可靠，易裝拆，允許使用各種夾式n 連接器，如鱷魚夾、插頭座等。n 2.2.5 靜電地：軟接地 ； 電源地、設(shè)備地：硬接地。n 2.2.6 接地系統(tǒng)泄露電流不超過5mA，極限流電阻下阻值取1M 2、3 天花板材料：應(yīng)選用抗靜電型材料制品，如石膏板制品天花板材料：應(yīng)選用抗靜電型材料制品，如石膏板制品 2、4 墻壁面料應(yīng)使用抗靜電型墻紙，例如：石膏涂料，石灰涂料墻壁面料應(yīng)使用抗靜電型墻紙，例如：石膏涂料，石灰涂料 2、5

18、 濕度控制濕度控制 防靜電工作區(qū)的環(huán)境相對(duì)濕度以不低于防靜電工作區(qū)的環(huán)境相對(duì)濕度以不低于50%為宜為宜 18 3、防靜電設(shè)施：n3.1靜電放電保護(hù)區(qū)域(EPA) （見圖16）n 靜電放電保護(hù)區(qū)域(EPA),有時(shí)指安全操作區(qū),是任意一種靜電放電控制措施的n 核心所在.在此區(qū)域中,靜電放電敏感元件(ESDS)或電路板,或包含這些的組件,都n 可以很安全地工作,因?yàn)殡姾傻臄?shù)量得到控制,而不會(huì)產(chǎn)生破壞性電壓.這種區(qū)域n 中通常包含工作臺(tái)或工作臺(tái)組,工作站,自動(dòng)插件機(jī)一類的處理設(shè)備或者一塊生n 產(chǎn)區(qū).EPA的范圍必須清楚的標(biāo)明,最好設(shè)置一圍一欄以防止未經(jīng)允許的無關(guān)人n 員入內(nèi),EPA區(qū)域內(nèi)應(yīng)使用靜電荷積

19、累最小的材料,并且可使電荷以受控制的方n 式泄入到大地中.n 第三章：ESD防護(hù)操作系統(tǒng)（圖16）19n 3.2 靜電安全工作臺(tái)：通過限流電阻接地,工作臺(tái)不可串聯(lián)接地由于工作臺(tái)、防靜n 電桌墊、腕帶接頭和接大地線等組成，靜電安全工作臺(tái)上不允許堆放塑（片）n 、橡皮、紙板、玻璃等易產(chǎn)生靜電的雜物，圖紙資料應(yīng)裝入防靜電文件袋內(nèi)。n 3.3 防靜電腕帶：直接接觸靜電敏感器件的人員均應(yīng)戴防靜電腕帶，腕帶應(yīng)與人n 體皮膚良好接觸，腕帶系統(tǒng)對(duì)地電阻為1M10M范圍內(nèi)。A1 接地輪A2接地滑片A3接地面B1腕套測(cè)試器B2腳跟接地測(cè)試器B3腳跟接地底腳板C1腕套和腕套繩C2接地線C3靜電放電接地設(shè)施C4地C5

20、接地搭接點(diǎn)C6大地接地點(diǎn)C7 手套C8腳趾和腳跟帶箍D1電離劑E1工作面F1腿和座套已接地的轉(zhuǎn)椅G1人體接地地板H1工作服H2工作帽I1具有接地面的擱板I2接地機(jī)架J1靜電放電保護(hù)區(qū)標(biāo)志EN100015-1 靜電放電保護(hù)區(qū)（圖17）ESD地線系統(tǒng)接大地防靜電腕帶防靜電接地線防靜電墊150K1M5M第三章：ESD防護(hù)操作系統(tǒng)20n3.3 空氣電離空氣電離器：（：（見圖18）n 3.3.1 空氣電離器能產(chǎn)生恒定的電離空氣流，n 當(dāng)電流空氣流流過帶電體表面時(shí),帶電n 體上的電荷就會(huì)被電離空氣流中極性n 相反的離子中和掉，由于摩擦產(chǎn)生的n 靜電電荷有正、負(fù)之分，故要求空氣n 電離器中產(chǎn)生的電離 空氣流

21、應(yīng)具有數(shù)n 量相近的正、負(fù)離子。用空氣電離器n 來消除靜電電荷，不要求將物體表面n 上的靜電電荷全部消除掉，只要能把n 靜電電荷消除到不再對(duì)靜電敏感器件n 產(chǎn)生靜電損壞的程度即可。n 3.3.2 空氣電離器一般應(yīng)放置在無法使用導(dǎo)電n 手環(huán)、靜電防護(hù)地墊和桌墊以及沒有靜n 電防護(hù)工作臺(tái)的裝聯(lián)和調(diào)試工作場(chǎng)所。第三章：ESD防護(hù)操作系統(tǒng)朝上方（圖18）21第三章：ESD防護(hù)操作系統(tǒng)3.4 防靜電容器：n在電子元件、產(chǎn)品、設(shè)備研制生產(chǎn)過程中，一切貯存、周轉(zhuǎn)ESD 的容器（元件袋、轉(zhuǎn)運(yùn)車、存放盒等）應(yīng)具備靜電防護(hù)性能。不允許 使用金屬和普通塑料容器,必要時(shí),存放部件用的周轉(zhuǎn)車（箱）應(yīng)接地。3.5 防靜電

22、工作服：防靜電工作帽、防靜電工作鞋使用防靜電布料制作。3.6 工位：工作臺(tái)面、工作凳面，采用ESD保護(hù)材料。3.7 包裝：靜電敏感的元器件、產(chǎn)品采用對(duì)用對(duì)應(yīng)的保護(hù)性包裝,包裝的器必須采用防靜電放盒、防靜電塑料袋、周轉(zhuǎn)箱導(dǎo)電海棉等。 3.8 靜電電壓與接觸電阻的關(guān)系: 接觸電阻（M） 0.27 1 10 50 100 最大靜電電壓(V) 1 2 11 30 80 1550無靜電紙（圖19）22第四章：工廠一般防靜電要求（基礎(chǔ)部分）1、防靜電腕帶使用前一定要先檢查（每天至少二次）2、所有靜電敏感元器件、基板在不使用的狀態(tài)下, 一定要用防靜電袋或防靜電箱包起來或裝起來。 見圖21 3、無靜電防護(hù)時(shí)不可接觸機(jī)板和靜電敏感元件見圖234、基板所用的墊子應(yīng)該是防靜電的，氣泡袋也應(yīng)該是防靜電的。n5、工作人員要保護(hù)自己的地盤：不讓無防靜電措施人員接觸自己的n 臺(tái)面、基板、元件等。 n6、把所有未知的元器件都當(dāng)作靜電元器件看待。n7、工作臺(tái)上不可放多余的包裝材料。n8、進(jìn)入防靜電工作區(qū)前要進(jìn)行靜電放電。n9、流動(dòng)人員手拿元器件、機(jī)板時(shí)必須有防靜電措施，如：