ESD知識及防護控制

ESD知識介紹主要內容:1、什么是ESD?2、ESD產生機理和模型3、靜電的危害4、ESD日常防護和檢測5、與ESD相關的標準和測試方法介紹6、常見改善ESD的方法1、什么是ESD?ESD--ElectroStaticDischarge靜電放電:具有不同靜電電位的物體相互靠近或直接接觸引起的電荷轉移。(GB/T4365-1995)常見的ESD現(xiàn)象:冬天脫毛衣時噼叭聲接觸金屬門把手時感覺到的電擊汽珠袋磨擦后的電擊聲，電批漏電的電擊ESD的基本術語ESD的基本術語：ESD（靜電放電）ElectrostaticDischargeESDS(靜電放電敏感度）：ElectrostaticDischargeSusceptivityESSD(靜電敏感器件）:ElectrostaticSensitiveDeviceHBM(人體模式）：HumanBodyModelCDM(器件充電模式）：ChargedDeviceModelMM(機器模式）：MachineModelEPA(ESD防護區(qū)域）：ESDProtectAreaCDE(電纜靜電放電）：CableDischargeElectrostatle2、ESD產生機理和模型靜電的產生:

物質是由分子組成,分子是由原子組成,原子中有帶負電的電子和帶正電荷的質子。在正常狀況下，一個原子的質子數(shù)與電子數(shù)量相同，正負平衡，所以對外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。但是電子脫離軌道，離開原來的原子而進入其他的原子，A原子因缺少電子數(shù)而帶有正電，稱為陽離子，B原子因增加電子數(shù)而帶負電，稱為陰離子。

靜電產生的主要形式：電子的轉移造成電荷不平衡分布而產生靜電。轉移的主要原因是電子受外力而脫離原來運行的軌道，這個外力包含各種能量(如動能、熱能、化學能等)。1、磨擦起電:因不同材質的原子核對電子的吸引力不同,任何不同物體接觸后再分離，即會有電子轉移的現(xiàn)象。2、接觸起電:與已帶電的人或物體接觸發(fā)生的電荷轉移。3、感應起電:當帶電物體接近不帶電物體時會在不帶電的導體的兩端分別感應出負電和正電。靜電測量的主要參數(shù)：1、電荷量

電荷是所有的有關靜電現(xiàn)象本質方面的物理量。電位、電場、電流等有關的量都是由于電荷的存在或電荷的移動而產生的物理量。表示靜電電荷量的多少用電量Q表示，其單位是庫侖C。

1電子電量=1.6x10-19庫侖2、靜電電壓

由于在很多場合測量靜電電壓較容易，另一個常用的靜電參數(shù)是靜電電壓(V)，由于靜電電壓通常很高,因此常用一個較大的單位:千伏(kV)

測量靜電電壓的儀表通常分為接觸式和非接觸式。與人體靜電相關的一些數(shù)據(jù)1、人體活動可產生的靜電電壓：地毯上走動

從工作臺上站起從工作椅上操作

相對濕度10－20％

３５KV１８KV６KV相對濕度65－90％

１.５KV１.５KV０.１KV2、人體靜電電位和靜電感度的關系人體電位（kV）1.02.02.54.0電擊感度無感覺手指外側有感覺發(fā)出微弱的放電聲有針刺的感覺，但不疼有針深刺的感覺手指微疼有放電微光靜電放電模型1.人體模型:可用一個100P電容串聯(lián)一個1.5K的電阻構成。放電峰值電流達幾安培，持續(xù)時間幾十納秒。2.機器模型:可用一個200P電容串聯(lián)一個0歐的電阻和一個500nH電感構成，放電峰值電流可達幾百安培，持續(xù)時間幾百納秒。3.帶電器件模型：器件本身積累的靜電迅速放電造成元器件的損壞.4.人體增強型模型：人體通過手握金屬體如鑷子放電的模型,場集中在工具的最尖處，有效放電電阻減小。這模型由電阻為330Ω，150PF電容構成。在電壓相同時，其放電電流比人體模型更大。5.電場影響模型:

電場感應會在IC阻性線路間產生電位差，引起絕緣體介質擊穿。3、靜電的危害

由于電子制造技術的迅速發(fā)展，制程工藝越來越精密，器件或導線間距越來越小，絕緣膜越來越薄，致使耐擊穿電壓也愈來愈低，許多高速超大規(guī)模集成電路碰到僅幾十伏或更低的靜電就會遭到損壞。也就是說當你接觸這些電路時，你既沒有感覺到又沒有看到更沒有聽到靜電放電時，這塊電路就已部分損傷或完全損壞。美國公布涉及10多個行業(yè)的因靜電造成的損失調查結果，平均每年的直接經濟損失高達200多億美元，僅電子工業(yè)部門每年因靜電危害損壞電子元件的損失高達100多億美元。靜電危害的分類從危害程度分為：災難性的事故(化工石油易燃易爆)產品的損壞(元器件失效)潛在的損傷(性能降低)靜電直接損壞元器件占10%，潛在的損壞占90%從危害種類分為：靜電吸附(印刷)靜電放電(ESD)ESD可以通過五種耦合途徑進入電子設備：1.初始的電場能容性耦合到表面積較大的網(wǎng)絡上，并在其附近產生高達4000V/m2的電場強度。2.通過電弧注入電荷/電流。3.電流會導致導體上產生電壓脈沖，這些導體可能是電源、地或信號線，這些電壓脈沖將進入與這些網(wǎng)絡相連的每一個元器件。4.電弧會產生一個頻率范圍在1MHz到500MHz的強磁場，并感性耦合到臨近的每一個布線環(huán)路。5.電弧輻射的電磁場會耦合到長的信號線上，這些信號線起到接收天線的作用。ESD造成微電子電路損傷的形式：1.IC引腳之間、相鄰線路之間被高壓擊穿瞬間短路；2.高壓強電場導致元器件內部薄的絕緣層(PN結、電容的介質層等)被擊穿損毀(或者瞬間短路)，使器件失效或性能下降;3.大電流流過PN結產生焦耳熱，使PN結溫升高燒毀，金屬化電極和布線熔解、“球化”，造成電路開路導致器件損壞。4.電磁場干擾使CMOS器件的觸發(fā)器鎖死,或內部寄存器、計數(shù)器內容的錯誤,導致功能異常.擊穿靜電擊穿靜電擊穿引起的元器件擊穿損壞是電子工業(yè)中，特別是電子產品制造中最普遍、最嚴重的危害。靜電放電可能造成器件硬擊穿或軟擊穿。硬擊穿是一次性造成器件的永久性失效，如器件的輸出與輸入開路或短路。軟擊穿則可使器件的性能劣化，并使其指標參數(shù)降低而造成故障隱患。由于軟擊穿可使電路時好時壞（指標參數(shù)降低所致），且不易被發(fā)現(xiàn)，給整機運行和查找故障造成很大麻煩。軟擊穿時設備仍能帶"病"工作，性能未發(fā)生根本變化，很可能通過出廠檢驗，但隨時可能造成再次失效。多次軟擊穿就能造成硬擊穿，使設備運行不正常，既給用戶造成損失，也影響廠家聲譽和產品的銷售。4、ESD日常防護和檢測電子工業(yè)生產過程中的靜電防護目的:在生產制造過程中通過采取一定的措施，防止因靜電的力學效應和電學效應而產生或可能產生的危害，或將危害限制到最小程度，確保產品的設計性能和使用性能不因靜電作用而受到損害。靜電防護措施的幾個基本思路:盡量減少靜電荷的產生,防止靜電荷聚集。對已產生的靜電荷盡快予以消除，包括加速其泄漏、中和及降低它的強度和影響。建立一套綜合的靜電防護體系，最大限度地減少靜電危害。嚴格靜電防護管理，以保證各項措施的有效執(zhí)行。盡量減少靜電荷的產生,防止靜電荷聚集。控制生產工藝過程和合理選擇適合的材料和生產設備。消除已產生的靜電或降低靜電的影響

一般可歸結為一靠“地”，二靠“器”（裝消除器），三靠“劑”（加抗靜電劑），四靠“屏蔽”。靜電接地：當帶電的物體是導體時，則采用簡單的接地泄露辦法，使其所帶電荷完全消除。通過導線將生產設備、周轉容器、工作臺面、操作員工等連接到接地線上，將這些物體或人體上產生的電荷泄放到大地，避免電荷的積累導致過高的靜電電壓。常用的有：靜電手腕帶、臺墊接地線、拉臺接地線、儀器設備接地線等靜電消除器(離子風機):當絕緣物體帶電時，電荷不能流動，無法進行泄漏，可利用靜電消除器產生異性離子來中和靜電荷。原理：由高壓電源產生器產生高壓加到放電電極上，通過尖端高壓電暈放電把空氣電離為大量正、負離子，這些正、負離子可與生產過程中產生的單極性離子中和，從而消除物體表面所帶靜電（30CM）.靜電消除液：在靜電敏感設備表面噴撒靜電消除液，可降低設備表面的絕緣電阻，加快表面靜電的泄放速度。靜電屏蔽法：采用接地的屏蔽罩把帶電體與其它物體隔離開，這樣帶電體的電場將不影響周圍其它物體，這種屏蔽方法叫內場屏蔽。(如改善T300不開機）用接地的屏蔽罩把被隔離物體包圍起來使被隔離物免受外界電場的影響，這種屏蔽方法叫外場屏蔽。建立一套綜合的靜電防護體系人體防靜電系統(tǒng)：主要由防靜電腕帶、防靜電工作服、鞋襪等組成。必要時還需要輔以防靜電工作帽、手套、腳套等物品。

接地電阻或表面阻抗要求：腕帶1x106歐鞋對地電阻1x109歐工作服1x105-1x1011歐環(huán)境濕度控制：40％－70％工作臺面、生產線、工裝工具、包裝帶/盒、轉運車、清洗液和宣傳品等對其進行防靜電處理，或用相應的防靜電物品代替，減少在生產中產生電荷積聚，并將產生的電荷通過接地系統(tǒng)泄放到大地中。防靜電臺墊防靜電軟塑料包裝防靜電包裝盒生產線用防靜電周轉小推車防靜電器具

對生產中的各個環(huán)節(jié)，根據(jù)其特點設置相應的靜電安全控制點，以達到對靜電放電的有效控制。設立靜電安全區(qū)，加強該區(qū)域的管控（EPA控制區(qū)，如燒錄房）靜電敏感器件在進廠檢驗中注意靜電防護要求注意靜電敏感器件在收、發(fā)、配、領、退料、加工、包裝、運輸、存儲中的靜電防護要求制定ESD防護的方案計劃ESD防護的培訓靜電防護設施的定期檢查靜電防護中常用的測試儀器：靜電電壓表表面電阻測試儀接地電阻測試儀靜電腕帶測試儀靜電防護要求1、車間地線系統(tǒng)保證有效接地2、儀器、設備（包括電烙鐵、示波器等）必須有效接地。（生產線上的黑色線為儀器設備地線，黃色線為靜電地線，靜電環(huán)、靜電臺墊與設備、儀器統(tǒng)一接在一根地線上后，儀器、設備的靜電比人的靜電大得多，如果一個儀器或設備漏電會影響到整個靜電系統(tǒng)，操作員戴上靜電環(huán)有麻的感覺，漏電通過靜電環(huán)到人后接觸機板又傳送至機板，這樣，就有可能把機板上的元件（邦定、IC等）損壞，增加了壞機，影響直通率及提高了成本。）。3、接觸靜電敏感元件人員必須佩戴有繩靜電環(huán)，其工作臺面必均須放置防靜電臺墊。4、接觸靜電敏感元件（如IC、晶片等）的電烙鐵需使用恒溫防靜電烙鐵，烙鐵焊咀到設備地之間的電阻要求小于10Ω。靜電防護要求5、生產線各工位、修理工位盛放靜電敏感元件的元件盒，必須是防靜電元件盒，盛放非靜電敏感元件的元件盒，可使用普通元件盒。6、車間半成品、成品的堆放嚴禁用非防靜電墊隔開（汽珠袋、PE膠袋等）須用防靜電臺墊、防靜電袋、防靜電托盤來隔開。7、生產線上的操作人員必須穿純綿工衣和工褲，穿防靜電拖鞋方可進入車間。8、所有人員進入車間盡量避免跑動、快速動作和材料磨擦，以免產生靜電。靜電環(huán)及靜電報警器的使用要求1、直接生產人員（包括維修），只準戴有繩靜電環(huán)（禁止使用無繩靜電環(huán)）。2、非崗位操作人員（包括外來參觀人員、管理人員、技術人員）需接觸靜電敏感元件、半成品時需佩戴有繩靜電環(huán)或防靜電手套。靜電環(huán)佩戴基本要求：1、使用前自檢外觀，確保靜電環(huán)無損壞，連接地線處與靜電環(huán)接觸良好。2、使用時橡筋帶盡量拉緊，確保腕帶無松動，從而使導電體完全與手腕肌膚接觸。3、作業(yè)員就近下拉取物料活動范圍小于1.50米，禁止隨意使腕帶超限度拉直。4、摘取手腕帶時按要求摘取，禁止強行摘取，以免損壞。靜電環(huán)報警器使用基本要求1、生產線在安裝報警器時，一定要安裝牢固，靜電環(huán)報警器的安裝距離在70-100CM之間2、生產線在使用靜電環(huán)報警器時，禁止將靜電環(huán)報警器的開關關掉，不使用時撥掉電源。3、靜電環(huán)報警器的調試維修需專業(yè)指定人員進行4、當靜電環(huán)報警器的紅燈閃爍并伴有報警聲時，證明靜電環(huán)未戴好，靜電環(huán)壞或靜電環(huán)報警器未接好靜電地或要求找專業(yè)人員調試。有繩靜電環(huán)的檢查1、使用者自檢外觀，發(fā)現(xiàn)導線斷裂或在報警器上使用時報警的要求班組長換新；2、有繩靜電環(huán)按如下方法檢查：將靜電測試儀的一端頭夾于地線上，佩戴好靜電環(huán)的人員用手按壓在靜電測試儀的金屬測試盤上：A.若測試儀“LD-FALL”燈亮，表明靜電環(huán)內阻小于500KΩ；

B.若測儀“HL-FALL”燈亮，表明內阻大于10MΩ；

C.靜電測試儀“PASS”燈亮，表明靜電環(huán)阻在500K——10MΩ之間；

A、B兩種不能正常使用，須責令班組長給予解決，并跟蹤驗證此項靜電防護失效的改善情況；更換下失效的靜電環(huán)，送設備室處理；C種情況正常，可以繼續(xù)使用。3、近期天氣干燥，空氣越干燥，靜電放電量越大，可用潤膚產品（凡士林）擦試接觸靜電環(huán)處的皮膚，每兩小時擦拭一次。車間也可考慮增加空氣加濕機來增加空氣的濕度，以降低ESD數(shù)量。接地系統(tǒng)檢測1、將接地系統(tǒng)監(jiān)視器插上電源插頭。2、選擇電源的極性：極性顯示燈一定要亮，如不亮則需反切極性選擇開關。3、打開電源開關，此時FAIL紅燈會亮且應有警報聲響起（聲音可隨意調整）。4、請將測試線末端鱷魚夾夾在欲測試的接地系統(tǒng)地線上，此時警報聲應停止，顯示接地狀況OK的綠燈也會亮起。如警報聲不停，即表示接地系統(tǒng)有問題，應立即通知設備科人員處理。5、每天一次檢查接地系統(tǒng)接地情況，并填寫《接地系統(tǒng)查核表》。防靜電設備的檢測和使用：1、生產部每月測試防靜電設備的表面電阻（防靜電設備包括防靜電臺墊、防靜電膠箱、防靜電元件盒、防靜電袋及托盤），該電阻阻值在1×105Ω—1×1010Ω之間，并作標識。2、防靜電設備在使用的過程中不要與非防靜電設備混用。備注：非防靜電設備（白色的膠袋、白色氣泡袋等）。3、半成品（未打底殼螺釘前）在維修、運輸、儲存過程中要求使用防靜電的包裝，如：用Flash包裝袋、防靜電氣泡袋、防靜電膠箱、防靜電托盤等。防靜電設備的檢測和使用：4、不防靜電的設備需要達到防靜電要求時，注意要噴涂（或擦拭）防靜電液，比如：電腦顯示器、不防靜電的測試架及夾具等；ME（5KV）在做測試架和夾具時需充分了解測試架和夾具對防靜電的要求，測試架和夾具的防靜電材料為：防靜電壓克力、電木等。5、噴涂或擦試防靜電液后，需等待防靜電液徹底涼干后方可使用，噴涂或擦試防靜電液后使用時間根據(jù)實際的情況而定即用測試其表面電阻或用靜電測試儀測試即可。6、接觸靜電敏感元件的工位，需要做一些靜電消除措施，即增加離子風機和使用離子風槍。設備漏電測試方法1、取數(shù)字萬用表，萬用表端的接地線接于COM處，地線端接一拉線接地線的黑線上面，測量線接于萬用表的VR處。2、將萬用表的檔位打于AC~檔200V處。3、將萬用表的測量頭與被測設備的有效部分接觸，（一般測烙鐵頭、電批頭、儀器的接線頭上面）觀察萬用表的電壓數(shù)字顯示應＜1V則OK，如果大于等于1V則要查找原因，一般的原因為，接地線斷，未接地。設備漏電測試方法4、三相插頭的則要檢查接地片與排插的接地片接觸是否良好，如果因接觸不良，一般情況需在有問題的排插上面作一個記號（打×），插孔壞的多了以后通知設備科更換，避免下次插入問題排插孔導致設備漏電。5、設備要求全部要接地，接地全部接于黑色的接地線上面。接地時設備頭與接地處預先用萬用表測量是否導通，如不導通則要重新選擇設備的接地處。5、與ESD相關的標準和測試方法介紹與靜電相關的國家標準、國際標準、行業(yè)標準、軍方標準等共有400多個，內容涉及靜電相關的材料標準、靜電防護設備及測量儀器、產品及測試標準、術語定義等。GB/T17618-1998信息技術設備抗擾度限值和測量方法GB/T9383-1999聲音和電視廣播接收機及有關設備抗擾度限值和測量方法GB17626.2-1998(idtIEC61000-4-2:1995)

電磁兼容試驗和測量技術靜電放電抗擾度試驗GB17626.2-1998(靜電放電抗擾度試驗)

本標準規(guī)定電氣和電子設備遭受直接來自操作者和對鄰近物體的靜電放電的抗擾度要求和試驗方法,還規(guī)定了不同環(huán)境和安裝條件下試驗等級的范圍和試驗程序。包括：放電電流的典型波形試驗等級的范圍試驗設備試驗配置試驗程序放電電流的典型波形放電電流的波形參數(shù)試驗等級的范圍

試驗設備:

因為ESD偶然性較大,為了便于研究,需要能較好地重復ESD的裝置。1984年的IEC801-2使用簡單的RC模型,150PF電容串一個150歐姆電阻，其放電電流波形上升時間約為5ns。

由于以前測量儀器的性能低以及人們對ESD研究不夠深入,較早期的一些標準對人體電容或人體放電電阻,規(guī)定得較粗糙,相差較大。近年來由于帶寬大于1GHz的數(shù)字存儲示波器的應用，大部分研究結果認為，通常人體靜電電容為100-300PF,放電電阻約為幾百歐姆，放電時間常數(shù)為幾十納秒。最新的標準采用電容為150PF串330Ω電阻作為人體ESD模型。靜電放電模擬器,也稱為靜電放電發(fā)生器(ESDGenerator)，俗稱靜電槍(ESDGUN)。其電氣簡圖如下所示.它主要由充電電阻Rc

儲能電容器Cs分布電容Cd

放電電阻Rd電壓指示器放電開關可更換放電電極頭放電回路電纜電源裝置組成。靜電放電發(fā)生器主機靜電放電發(fā)生器放電槍頭靜電放電發(fā)生器的特性規(guī)范:儲能電容(Cs+Cd)150pF±10%放電電阻(Rd)330歐;±10%充電電阻(Rc)50兆歐與100兆歐之間輸出電壓接觸放電8KV;空氣放電15KV輸出電壓示值的容許偏差±5%輸出電壓極性正和負性保持時間至少5S放電,操作方式單次放電放電波形 符合要求靜電放電發(fā)生器放電槍頭結構尺寸試驗配置試驗配置由試驗發(fā)生器、受試設備以及輔助儀器組成，該配置應能以直接放電和間接放電的方式進行以下試驗對導電表面和對耦合平面的接觸放電;在絕緣表面上空氣放電.試驗的兩種類型：在試驗室進行的型式(適應性)試驗.(優(yōu)先選用)在最終安裝條件下對設備進行的安裝后試驗典型的試驗室試驗的配置(臺式設備)實驗室的地面應設置接地參考平面,它應是一種最小厚度為0.25mm銅或鋁的金屬薄板,其他金屬雖可使用但它們至少有0.65mm的厚度.接地參考平面的最小尺寸為1m*1m,實際尺寸取決于受試設備的尺寸,而且每邊至少應伸出受試設備或耦合板之外0.5m,并將它與保護接地系統(tǒng)相連.耦合板應采用和接地參考平面相同的金屬和厚度,而且經過每端設置一個470千歐的電阻電纜與接地參考平面連接,當電纜置于接地參考平面上時,這些電阻器應能耐受住放電電壓且具有良好的絕緣,以避免對接地參考平面的短路.試驗配置包括一個放在接地參考平面上的0.8m高的木桌,放在桌面上的水平耦合板(HCP)面積為1.6m*0.8m,并用一個厚0.5mm的絕緣襯墊將受試設備和電纜與耦合板隔離.試驗程序氣候條件:環(huán)境溫度:15℃-35℃相對濕度:30%-60%大氣壓力:86Kpa-106Kpa電磁環(huán)境條件:實驗室的電磁環(huán)境不應影響試驗的結果幾種不同放電方法的定義：接觸放電方法(contactdischargemethod):試驗發(fā)生器的電極保持與受試設備的接觸并由發(fā)生器內的放電開關激勵放電的一種試驗方法.空氣放電方法(airdischargemethod):將試驗發(fā)生器的充電電極靠近受試設備,并由火花對受試設備激勵放電的一種試驗方法.直接放電(directapplication):直接對受試設備實施放電.間接放電(indirectapplication