防靜電知識(shí)講座83789

1、防靜電知識(shí)講座12人類(lèi)對(duì)靜電的認(rèn)識(shí)靜電學(xué)是電學(xué)中最古老的學(xué)科據(jù)有資料記載,古希臘哲學(xué)家塔勒斯(Thales)公元前640-546年在研究天然磁石的磁性時(shí)發(fā)現(xiàn)用絲綢、法蘭絨摩擦琥珀（Amber）之后也有類(lèi)似于磁石能吸引輕小物體的性質(zhì)。電這個(gè)詞起源于希臘語(yǔ)（琥珀）3二十世紀(jì)中后期靜電危害震驚世界美國(guó)從1960年到1975年由于靜電引起的火災(zāi)爆炸事故達(dá)116起。1969年底在不到一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)荷蘭、挪威、英國(guó)三艘20萬(wàn)噸超級(jí)油輪洗艙時(shí)產(chǎn)生的靜電引起相繼發(fā)生爆炸以后引起了世界科學(xué)家對(duì)靜電防護(hù)的關(guān)注。我國(guó)在石化企業(yè)發(fā)生了30多起較大的靜電事故，其中損失達(dá)百萬(wàn)元以上的有數(shù)起。4高科技工業(yè)生產(chǎn)中靜電危害的形

2、成高工業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展以及高分子材料的迅速推廣應(yīng)用，一些電阻率很高的高分子材料如塑料，橡膠等的制品的廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程的高速化，使得靜電能積累到很高的程度，另一方面，靜電敏感材料的生產(chǎn)和使用，如輕質(zhì)油品，火藥，固態(tài)電子器件等，工礦企業(yè)部門(mén)受靜電的危害也越來(lái)越突出，靜電危害造成了相當(dāng)嚴(yán)重的后果和損失。5靜電放電防護(hù)意義1、減少損失（例如：美國(guó)一年的損失達(dá)200多億美金，僅電子工業(yè)的損失超過(guò)100多億美金）2、提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性3、提高生產(chǎn)效率4、靜電防護(hù)回報(bào)達(dá)1：95以上6靜電放電的培訓(xùn)人員領(lǐng)導(dǎo)管理人設(shè)計(jì)工程師現(xiàn)場(chǎng)工程師維護(hù)、修理技術(shù)人員倉(cāng)儲(chǔ)人員質(zhì)量控制和檢測(cè)人員7代表性的培訓(xùn)內(nèi)容基本知

3、識(shí)與基本原理靜電防護(hù)操作要求防護(hù)器材測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)敏感度分類(lèi)包裝、標(biāo)志防靜電工作區(qū)8靜電起電定義靜電起電包括使正、負(fù)電荷發(fā)生分離的一切過(guò)程，如通過(guò)固體與固體表面、固體與液體表面之間的接觸、摩擦、碰撞，固體或液體表面的破裂等機(jī)械作用產(chǎn)生的正、負(fù)電荷分離。也包括氣體的離子化、噴射帶電以及在粉塵、雪花和暴風(fēng)雨中的帶電現(xiàn)象。9金屬與金屬的接觸起電 兩種不同的金屬I(mǎi)和II相接觸時(shí)，當(dāng)它們之間的距離小于2510-10m時(shí)，由于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)，兩種金屬內(nèi)的電子穿過(guò)界面而互相交換。由于兩金屬的功函數(shù)不同，對(duì)電子的吸引力不同，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，一種金屬失去電子帶正電，另一種金屬得到電子帶負(fù)電，界面兩側(cè)出現(xiàn)了等量異號(hào)

4、電荷（偶電層），兩金屬之間產(chǎn)生了一定的電位差（接觸電勢(shì)差）。10摩擦起電的實(shí)質(zhì)接觸分離起電任何不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電 11靜電是如何產(chǎn)生的接觸分離起電（本質(zhì)）摩擦起電 摩擦實(shí)質(zhì)上是一種接觸分離造成正負(fù)電荷不平衡的過(guò)程工作時(shí)常接觸到的物體有： 桌面、地板、椅子、衣服、紙張、卷宗、包裝材料、流動(dòng)空氣。為什么流動(dòng)空氣會(huì)產(chǎn)生靜電呢？121.3靜電帶電序列（美國(guó)ESD協(xié)會(huì)）（+）兔毛玻璃云母人發(fā)尼龍羊毛毛皮鉛絲鋁棉花鋼木材琥珀封臘硬橡膠銅、鎳銀、黃銅金、白金硫磺醋酸酯纖維聚酯賽璐珞硅聚四氟乙烯13感應(yīng)靜電起電物體不接觸也能起電當(dāng)帶電物體A接近不帶電物體C時(shí)在導(dǎo)體C的a端和b端分別感應(yīng)出

5、負(fù)電和正電 A C B 靜電感應(yīng)引起放電 + + + 圖114其他起電方式熱電起電壓電起電斷裂起電電解帶電亥姆霍茲層噴射起電等15人活動(dòng)產(chǎn)生的靜電電壓(參考數(shù)據(jù)) 人體活動(dòng)靜電電壓(KV)靜電電壓(KV)相對(duì)濕度(10-20)%相對(duì)濕度(65-90)%人在地毯上走動(dòng)351.5在工作臺(tái)上操作60.1從工作椅上站起181.516器件所能承受的靜電電壓器件類(lèi)型靜電破壞電壓(V)VMOS301800OP-AMP190250017幾十伏到幾百伏幾千伏到幾萬(wàn)伏器件人體靜電電壓18生產(chǎn)場(chǎng)所中的靜電危害源19靜電是如何產(chǎn)生的小 結(jié)任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后現(xiàn)分離即可產(chǎn)生靜電。摩擦的實(shí)質(zhì)是一種接觸分離過(guò)程。當(dāng)

6、帶電物體接近不帶電物體時(shí)會(huì)感應(yīng)靜電。大部分器件的靜電破壞電壓都在幾十至幾百伏，而在干燥的環(huán)境中人活動(dòng)所產(chǎn)生的靜電可達(dá)幾千伏到幾萬(wàn)伏。20靜電放電造成火箭飛行失敗統(tǒng)計(jì)表21電子工業(yè)中靜電問(wèn)題的產(chǎn)生 靜電是時(shí)時(shí)刻刻到處存在的，但是在二十世紀(jì)4050年代很少有靜電問(wèn)題，因?yàn)槟菚r(shí)是晶體三極管和二極管，而所產(chǎn)生靜電也不如現(xiàn)在普遍存在。在60年代，隨著對(duì)靜電非常敏感的器件的出現(xiàn)，靜電問(wèn)題也出現(xiàn)了，到70年代靜電問(wèn)題越來(lái)越來(lái)嚴(yán)重。8090年代，隨著集成電路的密度越來(lái)越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越來(lái)越薄(微米納米），其承 22受的靜電電壓越來(lái)越低，另一方面，產(chǎn)生和積累靜電的材料如塑料，橡膠等大量使用，使得靜

7、電越來(lái)越普遍存在，僅美國(guó)電子工業(yè)每年因靜電造成的損失達(dá)幾百億美圓，因此靜電防護(hù)已成為電子工業(yè)的隱形殺手。是電子工業(yè)普遍存在的硬病毒，在某個(gè)時(shí)刻內(nèi)外因條件具備時(shí)就要發(fā)作。 電子工業(yè)中靜電問(wèn)題的產(chǎn)生23靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害的四種形式吸塵（縮短壽命）放電破壞（完全破壞）放電產(chǎn)生熱（潛在損傷）放電產(chǎn)生電磁場(chǎng)（電磁干擾）24 靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差，會(huì)產(chǎn)生放電電流。這三種特性能對(duì)電子元件的三種影響： 1靜電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻（縮短壽命）。 2靜電放電破壞，使元件受損不能工作(完全破壞)。 3靜電放電電場(chǎng)或電流產(chǎn)生的熱，使元件受傷（潛在損傷）。 4靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)幅度很

8、大（達(dá)幾百伏/米）頻譜極寬（從幾十兆到幾千兆），對(duì)電子產(chǎn)器造成干擾甚至損壞（電磁干擾)。 25 如果元件全部破壞，必能在生產(chǎn)及品管中被察覺(jué)而排除，影響較小，如果元件輕微受損，在正常測(cè)試下不易發(fā)現(xiàn)，在這種情形下，常會(huì)因經(jīng)過(guò)多層之加工，甚至已在使用時(shí)，才發(fā)現(xiàn)破壞，不但檢查不易，而且其損失亦難以預(yù)測(cè)。要耗費(fèi)多少人力及財(cái)力才能清查出所有問(wèn)題，而且如果在使用時(shí)才察覺(jué)故障，其損失將可能巨大。靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害26靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害的四個(gè)特點(diǎn)隱蔽性：人體感知的靜電放電電壓2-3KV潛在性：操作后性能沒(méi)有明顯的下降隨機(jī)性：從一個(gè)元件產(chǎn)生以后，一直到它損壞以前的所有過(guò)程復(fù)雜性：分析困難，掩蓋了失效和真正原因27

9、靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害的特點(diǎn)1. 隱蔽性人體不能直接感知靜電除非發(fā)生靜電放電,但是發(fā)生靜電放電人體也不一定能有電擊的感覺(jué),這是因?yàn)槿梭w感知的靜電放電電壓為23 KV,所以靜電具有隱蔽性。2. 潛在性有些電子元器件受到靜電損傷后的性能沒(méi)有明顯的下降，但多次累加放電會(huì)給器件造成內(nèi)傷而形成隱患。因此靜電對(duì)器件的損傷具有潛在性。28靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害的特點(diǎn)3. 隨機(jī)性電子元件甚么情況下會(huì)遭受靜電破壞呢?可以這么說(shuō)，從一個(gè)元件產(chǎn)生以后，一直到它損壞以前，所有的過(guò)程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產(chǎn)生也具有隨機(jī)動(dòng)性性。其損壞也具有隨機(jī)動(dòng)性性。4.復(fù)雜性靜電放電損傷的失效分析工作，因電子產(chǎn)品的精、細(xì)、微小的結(jié)構(gòu)特

10、點(diǎn)而費(fèi)時(shí)、費(fèi)事、費(fèi)錢(qián)，要求較高的技術(shù)并往往需要使用掃描電鏡等高精密儀器。即使如此，有些靜電損傷現(xiàn)象也難以與其他原因造成的損傷加以區(qū)別，使人誤把靜電損傷失效當(dāng)作其他失效。這在對(duì)靜電放電損害未充分認(rèn)識(shí)之前，常常歸因于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺(jué)地掩蓋了失效的真正原因。所以靜電對(duì)電子器件損傷的分析具有復(fù)雜性。29靜電放電造成微電子電路損傷的模式金屬布線與擴(kuò)散區(qū)（或多晶）接觸孔產(chǎn)生火花，使金屬和硅的歐姆接觸被破壞。使局部的硅熔解，產(chǎn)生再結(jié)晶，造成器件短路。金屬化電極和布線熔解、“球化”，造成電路開(kāi)路。大電流流過(guò)PN結(jié)產(chǎn)生焦耳熱，使結(jié)溫升高，形成“熱斑”或“熱奔”，導(dǎo)致器件損壞。30靜電放電引發(fā)

11、的瞬時(shí)大電流（靜電火花）引燃引爆易燃、易爆氣體混合物或電火工品，造成意外燃燒、爆炸事故。靜電放電使人體遭受電擊引發(fā)操作失誤造成二次事故、靜電場(chǎng)的庫(kù)侖力作用使紡織、印刷、塑料包裝等自動(dòng)化生產(chǎn)線受阻。第三類(lèi)靜電危害是由于靜電放電的電磁輻射或靜電放電電磁脈沖（ESD EMP）對(duì)電子設(shè)備造成的電磁干擾引發(fā)的各種事故。靜電放電造成微電子電路 損傷的模式31機(jī)理分析一般說(shuō)來(lái)，靜電放電都是在微秒或鈉秒量級(jí)完成的，因此這一過(guò)程是一種絕熱過(guò)程，放電瞬間通過(guò)回路的大電流，形成局部的高溫?zé)嵩础?duì)微電子器件而言，其靜電放電能量通過(guò)器件集中釋放，其平均功率可達(dá)幾千瓦，熱量很難從功率耗散面向外擴(kuò)散，因而在器件內(nèi)形成大的溫

12、度梯度，造成局部熱損傷，電路性能變壞或失效。32靜電放電造成微電子電路損傷的模式 靜電放電強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)強(qiáng)電場(chǎng)導(dǎo)致MOS聲效應(yīng)器件的柵氧化層被擊穿，使器件失效。強(qiáng)電聲導(dǎo)致微電子電路絕緣介質(zhì)擊穿，或使器件性能下降。強(qiáng)電場(chǎng)使集成電路和精密的電子組件老化，降低設(shè)備壽命。33電子工業(yè)哪些過(guò)程會(huì)產(chǎn)生靜電危害元件從生產(chǎn)到使用的整體過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生靜電，依各階段的可分為：1.元件制造過(guò)程在這個(gè)過(guò)程，包含制造，切割、接線、檢驗(yàn)到交貨。2.印刷電路版生產(chǎn)過(guò)程收貨、驗(yàn)收、儲(chǔ)存、插入、焊接、品管、包裝到出貨。3.設(shè)備制造過(guò)程電路板驗(yàn)收、儲(chǔ)存、裝配、品管、出貨。4.設(shè)備使用過(guò)程收貨、安裝、試驗(yàn)、使用及保養(yǎng)。34為什么要提升

13、靜電防護(hù)意識(shí)在本世紀(jì)70前代以前，很多靜電問(wèn)題都是由于人們沒(méi)有靜電意識(shí)而造成的，即使現(xiàn)在也有很多人懷疑靜電會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品造成損壞。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)靜電損害發(fā)生在人的感覺(jué)以下,因?yàn)槿梭w對(duì)靜電放電的感知電壓約為3，而許多電子元件在幾百伏甚至幾十伏時(shí)就會(huì)損壞，通常電子器件被靜電損壞后沒(méi)有明顯的界限，把元件安裝在PCB上以后再檢測(cè)，結(jié)果出現(xiàn)很多問(wèn)題，分析也相當(dāng)困難。特別是潛在損壞，即使用精密儀器也很難測(cè)量出其性能有明顯的變化，所以很都電子工程師和設(shè)計(jì)人員都懷疑靜電，近年但實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種潛在損壞在一定時(shí)間以后，電子產(chǎn)品的可靠性明顯下降35靜電是即古老又年輕的學(xué)科任何物質(zhì)接觸分離后都會(huì)產(chǎn)生靜電靜電的產(chǎn)生與材料

14、、接觸分離的速度、濕度等因素有關(guān)工業(yè)生產(chǎn)中靜電危害的特點(diǎn)主要有：隱蔽性、潛在性、隨機(jī)性、復(fù)雜性靜電也可以利用。36 高科技工業(yè)中靜電控制原理在操作等過(guò)程中控制靜電，使其不能達(dá)到危害的程度（所有工作人員）提高元器件、組件（線路板）及整機(jī)的搞靜電能力（設(shè)計(jì)人員）37人體靜電放電控制原理人體是最普遍存在的靜電危害源對(duì)于靜電來(lái)說(shuō)，人體是導(dǎo)體。對(duì)人體采取接地的措施可以控制人體靜電。38靜電放電控制原理接地在大多數(shù)情況下，第三條導(dǎo)線（保護(hù)接地）交流設(shè)備接地是接地的最優(yōu)先選擇。當(dāng)?shù)谌龡l交流設(shè)備接地導(dǎo)線不能用到或不適用時(shí)，工作人員應(yīng)該通過(guò)腕帶或其它接地系統(tǒng)與靜電放電 敏感物件的一個(gè)導(dǎo)電性組件相連接，以保證所有

15、組件處在同樣電位。 39靜電放電控制原理接地靜電導(dǎo)體接地人員接地（腕帶（0.81.2） 106 ；鞋對(duì)地電阻 109 設(shè)備和工具接地： 1.0 環(huán)境：地面、貨架、活動(dòng)設(shè)備對(duì)地電阻1 109 40防靜電鞋與腕帶使用中人體安全問(wèn)題僅從防靜電的角度考慮時(shí)，人體總的對(duì)地電阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人體必須具有一定值的對(duì)地電阻，以便萬(wàn)一發(fā)生金屬設(shè)備或裝置與工頻電源短接的情況下該電阻能夠限制流過(guò)操作的人體上的電流。最小值不應(yīng)小于105，通常腕帶的限流電阻在1，防靜電鞋的最小電阻應(yīng)不應(yīng)小于105，最大不超過(guò)10 941使靜電從腳導(dǎo)到大地 使用防靜電地面（防靜電地墊、地毯等）防靜電鞋防靜電襪防靜

16、電鞋墊注意：鞋、地面、襪、鞋墊等必須全是防靜電的，才能保證靜電從腳導(dǎo)向大地?zé)o防靜電地面或防靜電地墊，單獨(dú)使用防靜電鞋、防靜電服防靜電作用不大，因?yàn)殪o電不能泄放到大地。42使靜電從腳導(dǎo)到大地佩戴防靜電腕帶并接地用手觸摸接地金屬體如球能暫時(shí)釋放人體靜電，但手離開(kāi)接地金屬體后又會(huì)產(chǎn)生靜電腕帶對(duì)地電阻(0.81.2) 106 無(wú)線腕帶不能起到好的防靜電作用43防靜電腕帶的使用問(wèn)題使用腕帶操作時(shí)不允許斷開(kāi)，否則會(huì)失去接地作用。夾在衣服等不導(dǎo)靜電物體上的接地裝置，不能釋放人體靜電44防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問(wèn)題使用腕帶操作時(shí)不允許斷開(kāi)，否則會(huì)失去接地作用 。各種腕帶使用的主要問(wèn)題是開(kāi)路，有時(shí)是臨時(shí)

17、性的，有時(shí)是長(zhǎng)時(shí)間斷開(kāi)，使失去接地作用。有的人因此使用腕帶檢測(cè)器測(cè)量其通斷狀態(tài)，有的用監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量腕帶的開(kāi)路及電阻變大。腕帶扣得不緊造成人體皮膚與腕帶的接觸電阻變大有些腕帶的電阻就是帶子本身的，當(dāng)帶觸及地時(shí)使其電阻大大減小，有可能因此造成對(duì)人體電擊的危險(xiǎn)。45防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問(wèn)題?防靜電鞋在穿用時(shí)應(yīng)有防靜電襪/鞋墊，并在防靜電地面上工作才能使人體所帶的靜電導(dǎo)到大地，任何一部分電阻過(guò)大或斷開(kāi)都會(huì)使人體帶上危害的靜電。所以在重要的部門(mén)應(yīng)有人體電阻測(cè)試儀隨時(shí)檢測(cè)人體所穿的鞋/襪/鞋墊及與人體的總電阻是否能起到泄漏靜電的要求。腕帶應(yīng)用專(zhuān)門(mén)的帶插座的接地線與地連結(jié)，不能夾在桌面或桌邊的金

18、屬體上，因?yàn)檫@些金屬體對(duì)地的電阻可能很大。要經(jīng)常檢查腕帶的電阻.46防靜電包裝袋/容器材料由基材、全屬鍍膜層和熱封層多層復(fù)合而成，通常是半透明防靜電和電磁屏蔽雙重功能的包裝袋，通常是不透明。價(jià)格較高47服裝/手套/指套/帽子服裝/手套/指套/帽子不銹鋼纖維或?qū)щ娎w維與普通纖維混紡而成。通過(guò)導(dǎo)電纖維的電暈放電和泄漏作用消除的靜電。耐洗滌，但一般本身不能導(dǎo)靜電。防靜電服裝/手套/指套/帽子單獨(dú)使用時(shí)防靜電作用不大48靜電消除使用靜電消除器使用靜電消電液濕度控制降低運(yùn)動(dòng)速度49濕度控制用加濕機(jī)，使相對(duì)濕度在50-70%以?xún)?nèi)可以增快靜電泄漏 人體活動(dòng)靜電電壓(KV)相對(duì)濕度(10-20)%相對(duì)濕度(65-90)% 在地毯上走動(dòng)351.5從工作椅上站起181.550靜電防護(hù)設(shè)施的定期檢查人員接地35 106 或100伏, 腕帶:(0.81.2) 106 腕帶： 0.8 106 至1.2 106 EPA環(huán)境：工作臺(tái)面,鞋類(lèi)，地面，貨架,活動(dòng)設(shè)備 1 109 200伏設(shè)備工