防靜電知識講座83789

1、防靜電知識講座12人類對靜電的認(rèn)識靜電學(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發(fā)現(xiàn)用絲綢、法蘭絨摩擦琥珀（Amber）之后也有類似于磁石能吸引輕小物體的性質(zhì)。電這個詞起源于希臘語（琥珀）3二十世紀(jì)中后期靜電危害震驚世界美國從1960年到1975年由于靜電引起的火災(zāi)爆炸事故達(dá)116起。1969年底在不到一個月的時間內(nèi)荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產(chǎn)生的靜電引起相繼發(fā)生爆炸以后引起了世界科學(xué)家對靜電防護(hù)的關(guān)注。我國在石化企業(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)部門受靜電的危害也越來越突出，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：美國一年的損失達(dá)200多億美金，僅電子工業(yè)的損失超過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)計工程師現(xiàn)場工程師維護(hù)、修理技術(shù)人員倉儲人員質(zhì)量控制和檢測人員7代表性的培訓(xùn)內(nèi)容基本知

3、識與基本原理靜電防護(hù)操作要求防護(hù)器材測量與標(biāo)準(zhǔn)敏感度分類包裝、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)生分離的一切過程，如通過固體與固體表面、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和II相接觸時，當(dāng)它們之間的距離小于2510-10m時，由于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)，兩種金屬內(nèi)的電子穿過界面而互相交換。由于兩金屬的功函數(shù)不同，對電子的吸引力不同，當(dāng)達(dá)到平衡時，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

4、電荷（偶電層），兩金屬之間產(chǎn)生了一定的電位差（接觸電勢差）。10摩擦起電的實質(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 摩擦實質(zhì)上是一種接觸分離造成正負(fù)電荷不平衡的過程工作時常接觸到的物體有： 桌面、地板、椅子、衣服、紙張、卷宗、包裝材料、流動空氣。為什么流動空氣會產(chǎn)生靜電呢？121.3靜電帶電序列（美國ESD協(xié)會）（+）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人活動產(chǎn)生的靜電電壓(參考數(shù)據(jù)) 人體活動靜電電壓(KV)靜電電壓(KV)相對濕度(10-20)%相對濕度(65-90)%人在地毯上走動351.5在工作臺上操作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型靜電破壞電壓(V)VMOS301800OP-AMP190250017幾十伏到幾百伏幾千伏到幾萬伏器件人體靜電電壓18生產(chǎn)場所中的靜電危害源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。摩擦的實質(zhì)是一種接觸分離過程。當(dāng)

6、帶電物體接近不帶電物體時會感應(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)境中人活動所產(chǎn)生的靜電可達(dá)幾千伏到幾萬伏。20靜電放電造成火箭飛行失敗統(tǒng)計表21電子工業(yè)中靜電問題的產(chǎn)生 靜電是時時刻刻到處存在的，但是在二十世紀(jì)4050年代很少有靜電問題，因為那時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，隨著對靜電非常敏感的器件的出現(xiàn)，靜電問題也出現(xiàn)了，到70年代靜電問題越來越來嚴(yán)重。8090年代，隨著集成電路的密度越來越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越來越薄(微米納米），其承 22受的靜電電壓越來越低，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、電越來越普遍存在，僅美國電子工業(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，在某個時刻內(nèi)外因條件具備時就要發(fā)作。 電子工業(yè)中靜電問題的產(chǎn)生23靜電對電子產(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（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，會產(chǎn)生放電電流。這三種特性能對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)生的電磁場幅度很

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

9、靜電對電子產(chǎn)品損害的特點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,這是因為人體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有明顯的下降，但多次累加放電會給器件造成內(nèi)傷而形成隱患。因此靜電對器件的損傷具有潛在性。28靜電對電子產(chǎn)品損害的特點3. 隨機(jī)性電子元件甚么情況下會遭受靜電破壞呢?可以這么說，從一個元件產(chǎn)生以后，一直到它損壞以前，所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產(chǎn)生也具有隨機(jī)動性性。其損壞也具有隨機(jī)動性性。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、點而費(fèi)時、費(fèi)事、費(fèi)錢，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。這在對靜電放電損害未充分認(rèn)識之前，常常歸因于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺地掩蓋了失效的真正原因。所以靜電對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”，造成電路開路。大電流流過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、靜電場的庫侖力作用使紡織、印刷、塑料包裝等自動化生產(chǎn)線受阻。第三類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)理分析一般說來，靜電放電都是在微秒或鈉秒量級完成的，因此這一過程是一種絕熱過程，放電瞬間通過回路的大電流，形成局部的高溫?zé)嵩?。對微電子器件而言，其靜電放電能量通過器件集中釋放，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)電場效應(yīng)強(qiáng)電場導(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)哪些過程會產(chǎn)生靜電危害元件從生產(chǎn)到使用的整體過程中都會產(chǎn)生靜電，依各階段的可分為：1.元件制造過程在這個過程，包含制造，切割、接線、檢驗到交貨。2.印刷電路版生產(chǎn)過程收貨、驗收、儲存、插入、焊接、品管、包裝到出貨。3.設(shè)備制造過程電路板驗收、儲存、裝配、品管、出貨。4.設(shè)備使用過程收貨、安裝、試驗、使用及保養(yǎng)。34為什么要提升

13、靜電防護(hù)意識在本世紀(jì)70前代以前，很多靜電問題都是由于人們沒有靜電意識而造成的，即使現(xiàn)在也有很多人懷疑靜電會對電子產(chǎn)品造成損壞。這是因為大多數(shù)靜電損害發(fā)生在人的感覺以下,因為人體對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就會損壞，通常電子器件被靜電損壞后沒有明顯的界限，把元件安裝在PCB上以后再檢測，結(jié)果出現(xiàn)很多問題，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量出其性能有明顯的變化，所以很都電子工程師和設(shè)計人員都懷疑靜電，近年但實驗證實，這種潛在損壞在一定時間以后，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于靜電來說，人體是導(dǎo)體。對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，工作人員應(yīng)該通過腕帶或其它接地系統(tǒng)與靜電放電 敏感物件的一個導(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 ；鞋對地電阻 109 設(shè)備和工具接地： 1.0 環(huán)境：地面、貨架、活動設(shè)備對地電阻1 109 40防靜電鞋與腕帶使用中人體安全問題僅從防靜電的角度考慮時，人體總的對地電阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人體必須具有一定值的對地電阻，以便萬一發(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，因為靜電不能泄放到大地。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釋放人體靜電，但手離開接地金屬體后又會產(chǎn)生靜電腕帶對地電阻(0.81.2) 106 無線腕帶不能起到好的防靜電作用43防靜電腕帶的使用問題使用腕帶操作時不允許斷開，否則會失去接地作用。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題使用腕帶操作時不允許斷開，否則會失去接地作用 。各種腕帶使用的主要問題是開路，有時是臨時

17、性的，有時是長時間斷開，使失去接地作用。有的人因此使用腕帶檢測器測量其通斷狀態(tài)，有的用監(jiān)測儀器測量腕帶的開路及電阻變大。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)帶觸及地時使其電阻大大減小，有可能因此造成對人體電擊的危險。45防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問題?防靜電鞋在穿用時應(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，任何一部分電阻過大或斷開都會使人體帶上危害的靜電。所以在重要的部門應(yīng)有人體電阻測試儀隨時檢測人體所穿的鞋/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)用專門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，因為這些金屬體對地的電阻可能很大。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)動速度49濕度控制用加濕機(jī)，使相對濕度在50-70%以內(nèi)可以增快靜電泄漏 人體活動靜電電壓(KV)相對濕度(10-20)%相對濕度(65-90)% 在地毯上走動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：工作臺面,鞋類，地面，貨架,活動設(shè)備 1 109 200伏設(shè)備工