靜電-+認(rèn)識(shí)靜電(一)課件

認(rèn)識(shí)靜電篇(一)2005/10/05黃賢松彙編?kù)o電Static

Electricity靜電的概念1.靜電是一種電能，是正電荷和負(fù)電荷在局部範(fàn)圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果；並通過(guò)電子或離子轉(zhuǎn)移而形成。2.靜電現(xiàn)象是電荷的產(chǎn)生和消失的過(guò)程中產(chǎn)生電的現(xiàn)象的總稱(chēng)。靜電是留存在物體表面過(guò)剩或不足的靜止電荷2/41三種過(guò)電應(yīng)力閃電Lighting過(guò)電(EOS)ElectricalOverStress靜電放電(ESD)Electro-StaticDischarge極端高壓極大能量低電壓(16v以下)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)較低的能量高電壓(幾KV)持續(xù)時(shí)間短(..ns)很低的能量快速的上升時(shí)間1.閃電:雲(yún)相互之間摩擦而帶大量的電荷,相互放電形成能量巨大的閃電,對(duì)地放電則可能形成雷擊.2.過(guò)電:使用電源的設(shè)備的漏電流或電壓引起的過(guò)大的電流或電壓.3.靜電放電:電荷從一個(gè)物體到另一個(gè)物體的突然轉(zhuǎn)移.3/41靜電產(chǎn)生的原理電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng),一有外力即脫離軌道,離開(kāi)原來(lái)的原子而侵入其他的原子﹒原子因缺少電子數(shù)而帶正電現(xiàn)象外力;包含各種能量,如:動(dòng)能,位能,熱能,化學(xué)能,電磁能等.外力原子因增加電子數(shù)而帶負(fù)電現(xiàn)象陽(yáng)離子隂離子5/41靜電產(chǎn)生的方式感應(yīng)傳導(dǎo)平衡原子1平衡原子2帶負(fù)電原子

帶正電原子

7P+7P+

-eeeeeeeeeeeee

8P-

-eeeeeeeee6P+eeeeeee---可分為:接觸,摩擦,感應(yīng),沖流,冷凍,電解,壓電,溫差..等;以原理分有下列3種:摩擦1.2.3.6/41靜電在哪裡?你相信嗎?它就在我們身上及四周,就像我們呼吸的空氣無(wú)時(shí)無(wú)刻包圍著我們一樣,它的量多大?則取決於所受的因素.如;環(huán)境的相對(duì)溼度,灰塵,所穿衣服/鞋的質(zhì)料,所站的地面,身體的動(dòng)作,工作用的材料以及物體之間的摩擦----等等.一般能讓我們感覺(jué)或查覺(jué)得到的靜電至少要3000V以上.但;半導(dǎo)體元器件在低於3000V就可造成損壞.除非空氣(氣流)很熱,很冷,很乾或潮或直接吹向我們,否則我們感覺(jué)不到它的存在,但是;你知道嗎?當(dāng)我們走過(guò)地毯則會(huì)產(chǎn)生超過(guò)5000V的靜電嗎?地毯5000V?741摩擦生電+++++摩擦接觸面積增大++

兩個(gè)物體摩擦?xí)r發(fā)生熱並產(chǎn)生靜電.

靜電由於摩擦的程度或表面的均勻度、接觸壓力、磨力、分離速度等不同而電荷量亦不同.要點(diǎn)9/41傳遞生電++++++++接近靜電傳遞+++接地++++++++++離開(kāi)-用塑料袋包裝的部品易發(fā)生靜電.

當(dāng)塑料袋、塑膠等帶電體接觸部品時(shí)易產(chǎn)生靜電.不帶電體處在帶電體的電場(chǎng)內(nèi)時(shí)易產(chǎn)生靜電.要點(diǎn)10/41剝離生電+++輪子軸皮帶+++-壓克力或PVC面板保護(hù)膜撕下來(lái)時(shí)易產(chǎn)生靜電.-軸和皮帶滾動(dòng)分離時(shí)也容易產(chǎn)生靜電.要點(diǎn)11/41熱電子放出生電熱風(fēng)烤箱-物體加熱時(shí)發(fā)出電子.

溫度升高時(shí)最外層軌道的電子能量增加使電子容易從原子上分離.要點(diǎn)電子管：真空或低壓氣裏移動(dòng)的電子或離子的作用下，整流放大，震盪，開(kāi)關(guān)等作用的管球（包括真空管，放電管，光電管，陰極射像管等）加熱時(shí)亦容易產(chǎn)生靜電.1MΩ底盤(pán)為絕緣體時(shí)(鋼盤(pán)要接地)黑膠烘烤作業(yè)13/41工作場(chǎng)所中常見(jiàn)的靜電產(chǎn)生物質(zhì)或活動(dòng)1.工作桌面–一般的塑膠、上臘、上漆。3.衣服–人造纖維衣服、一般非導(dǎo)電鞋、抹布。4.椅子–木材椅、塑膠椅、玻璃纖維椅。5.包裝及運(yùn)送–塑膠袋、泡棉、保麗龍、塑膠盒。

2.地板–水泥地板、一般塑膠地板。6.組裝、加工、測(cè)試、修理–噴霧清潔劑、吸錫器、鉻鐵、刷子﹑塑膠袋、熱氣、烤箱、複寫(xiě)紙、噴槍。

14/41物質(zhì)產(chǎn)生靜電大小排列表(愈正性與愈負(fù)性物質(zhì)互相摩擦產(chǎn)生之靜電愈大)Air空氣Amber琥珀Asbestos石棉AcetateRayon人造絲Aluminum鋁Brass,Silver黃銅,銀Cotton棉 Gold,Platinum金,白金Fur皮革 HardRubber橡膠Glass玻璃 Orlon奧龍Hands手 Polyester多元脂HumanHair頭髮 PolyurethanePU聚亞氨脂LeadHand石墨 PolyvinylPVC聚氯乙烯Mica 雲(yún)母石 PolyethylenePE聚乙烯Nylon尼龍PolypropylenePE聚丙烯Paper紙SealingWax蠟RabbitFur兔毛Silicon矽Silk絲Sulfur硫磺Steel鋼絲 Teflon鐵弗龍Wool羊毛Nickel,Copper鎳,銅Wood木材Positive正性(+)Negative負(fù)性(-)15/41人體電位&元器件承受力

在乾燥的季節(jié)若穿上化纖衣服和絕緣鞋在絕緣的地面行走等活動(dòng)、人體身上的靜電可達(dá)幾千伏甚至幾萬(wàn)伏。人體活動(dòng)靜電電位(單位KV)

RH(10-20)％RH(65-90)%在地毯上走動(dòng)3.51.5在乙烯樹(shù)酯地板上行走120.25在工作臺(tái)上工作60.1裝說(shuō)明書(shū)的乙烯樹(shù)酯袋70.6從工作臺(tái)上拿起普通聚乙烯袋201.2從墊有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起181.5器件類(lèi)型靜電破壞電壓(V)器件類(lèi)型靜電破壞電壓(V)VMoS30～1800OP-AMP190～2500M0SFET100～200JEFT140～1000GaAsFET100～300SCL680～1000PROM100

STTL300～2500CMoS250～2000DTL380～7000HMOS50～500消特基二極管300～3000E／DMOS200～1000雙極型晶體管380～7000ECL300～2500石英壓電晶體＜100002.電子器件所能承受靜電破壞的靜電電壓1.在兩者不同溼度條件下人體產(chǎn)生的靜電電位˙部品別靜電敏感度為CLASS1(0~1KV),CLASS2(1~3KV),CLASS3(3KV以上)˙CLASS1的部品特別敏,製造,運(yùn)輸,保管等,所有過(guò)程中特別注意.17/41靜電衝擊1.

10-100V

損壞元件2.3,000V

感覺(jué)有點(diǎn)疼3.4,000V

感覺(jué)針刺4.5,000V

感覺(jué)到痛5.7,000V

指頭感到痛和麻木6.9,000V手腕感到痛和麻木7.11,000V

指頭感到強(qiáng)烈麻木18/41對(duì)ESD敏感元件--可能容易被ESD損壞的零件--

半導(dǎo)體元件

厚與薄的薄膜電阻

混合電路器件

晶體19/41及組裝半成品(PCBA)元件被ESD破壞的型態(tài)

過(guò)大的電流通過(guò)接面時(shí)，產(chǎn)生極大的熱量，使得接面崩熔。此種破壞是屬於接面短路。

通常在金屬氧化層半導(dǎo)體（MOS）上可以發(fā)現(xiàn)此類(lèi)型之破壞，這是由於外加的靜電壓超過(guò)了氧化層的崩潰電壓所致。其現(xiàn)象亦是短路。EBCEBC2.氧化層貫穿針引線（OxidePunchThrough）1.接面崩熔（JunctionBurnout）21/413.金屬層崩熔（MetalizationBurnout）

由於過(guò)大的電流流經(jīng)金屬層，並在較脆弱的地方產(chǎn)生，由於此種破壞經(jīng)常是伴隨著接面短路或是氧化層短路之後發(fā)生故屬於所謂的二次崩潰（SecondaryBreakdown）。而其現(xiàn)象為斷路。

?負(fù)傷而行（WalkingWounded）–許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)靜電能使半導(dǎo)體負(fù)傷，但不致立即完全破壞其功能，而且有多數(shù)這些『負(fù)傷而行』的元件都能通過(guò)測(cè)試直到這些元件送到客戶(hù)之後，隨時(shí)會(huì)從『負(fù)傷而行』變成完全失效。靜電的累積破壞–負(fù)傷而行元件被ESD破壞的型態(tài)22/41基板組件(PCBA)

Printedcircuitboardassembly4.PCBA或單個(gè)的元件暴露在很強(qiáng)的外部電場(chǎng)，誘發(fā)過(guò)大的內(nèi)部電流?；褰M立或單個(gè)元件可能有幾種方式被ESD所損壞:1.手直接接觸到元件引腳。2.非直接接觸，如手接觸連接器或金手指(goldfinger)。ESD“攻擊”沿PCBA的跡線運(yùn)行直到找到一個(gè)脆弱的IC，將它摧毀。3.PCBA或單個(gè)的元件放在一個(gè)充電表面，通過(guò)感應(yīng)“拾取”類(lèi)似靜電充電。這樣，當(dāng)放在一個(gè)金屬表面，迅速放電(慢放電是安全的)。23/41人體模式25/41人體移動(dòng)中會(huì)使人體產(chǎn)生高迖幾千伏靜電勢(shì).這電荷會(huì)通過(guò)手指或其它部位直接傳遞到敏感電子元件中，人體模式表現(xiàn)出來(lái)的特徵為高壓低流，這主要擊穿元件內(nèi)部電容.1.人體模式:機(jī)械模式元件在組裝過(guò)程，會(huì)與許多金屬夾具摩擦，當(dāng)這些金屬帶上靜電并靠近元件時(shí)，會(huì)發(fā)生金屬與元件之間的快速放電，機(jī)械模式表現(xiàn)出來(lái)的特徵為低壓高流，會(huì)直接燒壞元件本身.2.機(jī)械模式裝置/夾具帶電通過(guò)元器件放電裝置/夾具外來(lái)激勵(lì)26/41帶電器件模式27/41元件在電場(chǎng)中接地而放電;或元件的包裝被帶電並接地.3.帶電器件模式元器件帶電通過(guò)導(dǎo)電裝置接地放電導(dǎo)電裝置管腳可移動(dòng)的電荷塑料中不能移動(dòng)的電荷靜電放電之電磁干擾(EMI)靜電放電時(shí)產(chǎn)生的電磁脈衝可使設(shè)置產(chǎn)生誤動(dòng)作,破壞元器件.5.靜電放電之電磁干擾(EMI)1010靜電放電時(shí)產(chǎn)生的電磁脈衝信號(hào)裝置正常工作時(shí)的時(shí)序信號(hào)受干擾後裝置產(chǎn)生無(wú)輸出信號(hào)29/41靜電–隱形殺手只要你機(jī)會(huì)於我,我是靜電我讓你後悔莫及.30/41五個(gè)基本靜電防護(hù)要求(由美國(guó)ESD學(xué)會(huì)定義)1.確定ESD保護(hù)區(qū)域,靜電敏感元件將在此區(qū)域內(nèi)被加工或接觸.2.確定ESD保護(hù)區(qū)中,哪些靜電敏感元件需要被加工或接觸?3.ESD區(qū)域內(nèi),要確保不要被不必要或未經(jīng)防靜電處理的物體污染.4.建立合適的防靜電操作規(guī)程或制度,最大限度的限制靜電的產(chǎn)生,並控制靜電壓值低於大多數(shù)敏感元件的破壞值.提供可靠,安全的靜電放電通路.5.靜電防護(hù)制度化,經(jīng)常檢測(cè)ESD防靜電保護(hù)區(qū)的指標(biāo),確保靜電是在規(guī)定的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)範(fàn)圍之內(nèi).對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題做出文字紀(jì)錄並更正.31/41靜電防護(hù)的基本思路(1)1.靜電對(duì)策的基本思考1)防止靜電發(fā)生.–100V以下.2)防止靜電從外部侵入.–1秒內(nèi)100V以下.3)發(fā)生的靜電通過(guò)接地放電.2.對(duì)策方法1)維持溼度50%以上（上限值為70%）工作臺(tái)上的硅脂膠墊MAT接近化學(xué)物帶電防止處理2KV4KV6KV8KV20%40%60%80%100%（相對(duì)溼度）靜電發(fā)生量-靜電對(duì)策最基本的是除了防止靜電產(chǎn)生外，還要維持溼度管理50%-70%.32/41靜電防護(hù)的基本思路(2)2)冷熱溼度管理

靜電引起的不良多發(fā)生在冬季和夏季居多，這說(shuō)明對(duì)溼度沒(méi)有進(jìn)行管理。（在北方冬季更容易發(fā)生，這是由於溼度低且乾燥。但在潮濕的夏季也有發(fā)生，這說(shuō)明溼度未管理好是由於空調(diào)使?jié)穸炔罴卞嶙兓鸬模?3)帶電體全部接地-帶靜電環(huán)（內(nèi)藏

1Mohm）-防靜電服-使用防靜電墊-使用導(dǎo)電容器-設(shè)備,儀器接地等等33/41靜電防護(hù)的基本思路(3)4)高阻接地原理5)材質(zhì)的變更峰值電流

(Ip)延遲時(shí)間接地電阻0Ω(電流急遽洩放)

接地線電阻1MΩ

工作原理圖防止瞬間放電使用帶電困難的材料或該材料的組裝品.34/41如何防護(hù)靜電?

本方法乃是靜電防護(hù)最好的辦法，但在設(shè)計(jì)半導(dǎo)體的抗靜電電路時(shí)，必須考慮到電路產(chǎn)生熱的影響、反應(yīng)時(shí)間、最大電壓、能量傳導(dǎo)、寄生電容等等因子，故並非隨心所欲可以辦到。因此靜電防護(hù)仍必須靠一些治標(biāo)的方法。

◆

晶片設(shè)計(jì)的靜電防護(hù)(治本方法)3.摒蔽靜電場(chǎng)

2.疏導(dǎo)或中和所產(chǎn)生之靜電1.避免靜電產(chǎn)生

◆靜電防護(hù)的基本原則35/411.避免靜電產(chǎn)生(B)抗靜電塗佈法(Anti-StaticCoating)–有部份溶液可噴灑於絕緣體表面降低物體表面電阻，達(dá)到靜電防護(hù)的目的。但此種塗層，日久會(huì)脫落而漸漸失去其效果，故必須考慮其有效期。

(C)內(nèi)部靜電劑法(ImbededAnfi-StaticAgent)–這是在材料中加入具有導(dǎo)電性或吸溼性的物質(zhì)，使其外層具有輕微導(dǎo)電性。此方法可以不必考慮有效期，但成本較高。(A)潮溼法(Moisturing)–水氣本身會(huì)有導(dǎo)電現(xiàn)象，故可降低絕緣體表面電阻，達(dá)到靜電防護(hù)目的。36/41(A)疏導(dǎo)法(Bleed-Off)–

典型的疏導(dǎo)法就是配帶靜電環(huán)(WristStrap)，是將人體產(chǎn)生之靜電電荷，藉由導(dǎo)線將所產(chǎn)生之電荷傳導(dǎo)出去。通常靜電環(huán)中會(huì)接一1MΩ之接地電阻，以保護(hù)人員工作之安全.2.疏導(dǎo)或中和靜電法(B)中和法(Neutralization)–

利用靜電消除器(Ionizer)來(lái)釋出正、負(fù)離子以中和消除靜電效應(yīng)。37/413.屏蔽靜電場(chǎng)（FieldShielding）

此種方法乃利用FaradyCage之原理使靜電場(chǎng)被屏蔽在容器之外圍。左圖是－5KV電場(chǎng)下各種容器內(nèi)測(cè)得的靜電場(chǎng)，右圖是一屏蔽電場(chǎng)之模型電場(chǎng)無(wú)法貫穿僅分佈表面電壓

(kv)時(shí)間(秒)01.02.03.01.02.03.0導(dǎo)電袋防靜電袋一般PE袋金屬容器38/41防靜電專(zhuān)有名詞-1˙ESDS(ElectrostaticDischargeSensit