ESD基礎(chǔ)知識(shí)-(2)培訓(xùn)講學(xué)

ESD基礎(chǔ)知識(shí)講解講師：Lvjiang時(shí)間：2012/12/191/191234目錄56789引言靜電的產(chǎn)生及特點(diǎn)靜電的危害靜電測量電子產(chǎn)品制造中防靜電技術(shù)指標(biāo)要求靜電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)靜電相關(guān)常識(shí)靜電防護(hù)附加2/19

在干燥的冬季，你是否有過被電擊的感覺？人體感覺電擊時(shí)，身上靜電電壓已超過2000V；看到放電火花時(shí)，身上靜電電壓已高達(dá)5000V；聽到放電聲音時(shí)，身上靜電電壓已高達(dá)8000V。但現(xiàn)代許多高速超大規(guī)模集成電路碰到僅幾十伏或更低的靜電就會(huì)遭到損壞。也就是說當(dāng)你接觸這些電路時(shí)，你既沒有感覺到又沒有看到更沒有聽到靜電放電時(shí)，這塊電路就已部分損傷或完全損壞，但是你可能還在找其硬件或軟件的原因。靜電已成為現(xiàn)代高科技的危險(xiǎn)因素之一。

ESD解釋

ESD即英文：Electro-StaticDischarge的縮寫，即“靜電放電”的意思。ESD是本世紀(jì)中期以來形成的以研究靜電的產(chǎn)生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應(yīng)如電流熱（火花）效應(yīng)和電磁效應(yīng)（如電磁干擾）等的學(xué)科。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用及電磁環(huán)境的日趨復(fù)雜，對(duì)靜電放電引起的電磁場效應(yīng)如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問題越來越重視。一引言3/19感應(yīng)靜電起電：

感應(yīng):帶有靜電的物體在電場的作用下使另一個(gè)物體也帶有靜電,示意圖如下:——++

——++——++++++++++++++電場注：靜電感應(yīng)只對(duì)導(dǎo)體和半導(dǎo)體才有作用。帶電體對(duì)不帶電體的感應(yīng)起電，實(shí)例圖：5/19靜電的基本物理特性：高電位、低電量、小電流、作用時(shí)間短、復(fù)現(xiàn)性差、瞬間現(xiàn)象多、受濕度影響大、吸引或排斥、與大地有電位差、會(huì)產(chǎn)生放電電流。濕度對(duì)靜電壓的影響產(chǎn)生源濕度（10～20%RH）濕度（65～90%RH）地毯上行走35000V1500V帆布上行走12000V250V工作臺(tái)面上工作6000V100V從塑料管中取出DIP2000V200V拿起一只塑料袋20000V1200V布套椅上工作18000V1500V注：本表節(jié)自美國國防部手冊(cè)263.1980例如：6/19靜電按起電方式分類：①接觸摩擦分離起電②靜電感應(yīng)起電③電磁感應(yīng)起電④射線電離空氣起電⑤物質(zhì)三態(tài)變化起電⑥分子分裂起電⑦極化起電⑧場致發(fā)射起電各類起電詳細(xì)解釋靜電按電荷性質(zhì)分類：可分為單極性電荷、雙極性電荷、正電荷、負(fù)電荷為壓電極化。

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靜電學(xué)主要研究的是靜電防護(hù)技術(shù)，如電子工業(yè)、石油工業(yè)、兵器工業(yè)、紡織工業(yè)、橡膠工業(yè)以及航天與軍事領(lǐng)域的靜電危害。但也有靜電應(yīng)用技術(shù)，如靜電除塵、靜電復(fù)印、靜電噴涂、靜電生物效應(yīng)、農(nóng)業(yè)上的靜電噴霧等。靜電基本物理特性決定其對(duì)電子元件的四種影響：

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)品造成干擾甚至損壞（電磁干擾）。靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害所具有的特點(diǎn)：

隱蔽性、潛在性、隨機(jī)性、復(fù)雜性

詳細(xì)解釋三靜電的危害8/19靜電放電引起的組件擊穿損害是電子工業(yè)中最普遍﹑最嚴(yán)重的靜電危害,它分硬擊穿和軟擊穿.硬擊穿是一次性造成元器件介質(zhì)擊穿﹑燒毀或永久性失效；軟擊穿則是造成器件的性能劣化或參數(shù)指標(biāo)下降.磨擦起電和人體靜電是電子﹑微電子工業(yè)中的兩大危害源，但產(chǎn)生靜電并非危害所在，危害在于靜電積累及由此產(chǎn)生的靜電電荷放電；帶電的物體，在其周圍形成靜電場，會(huì)產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)，放電效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)。一些詳細(xì)信息：正常狀況下，人體內(nèi)可蓄積超過20，000V的靜電電壓。當(dāng)人體給電子流動(dòng)提供一條導(dǎo)電路徑時(shí)，蓄積在體內(nèi)的電荷就會(huì)沖出體外，向離用戶最近的金屬物體流去，結(jié)果發(fā)生短促而刺痛的放電，但這一般對(duì)人體沒有危害。然而，對(duì)于從事電子方面的專業(yè)技術(shù)人員來說，問題可就不一般了。電子方面的人員在處理或替換電路板、集成電路塊，需頻繁地接觸各種元器件，而半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)于來自靜電的刺激極其敏感，元器件的損壞只是在一瞬間。

對(duì)于靜電釋放最為敏感的元件是以金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)為主的集成電路。PC中的門陣CMOS芯片能夠承受靜電沖擊電壓為200V，DRAM、EPROM芯片為300V，TTL芯片為1000V。對(duì)靜電敏感的產(chǎn)品，如半導(dǎo)體分立器件、集成電路、厚薄膜電路及電阻器、電容器、壓電晶體管等，尤其是前三種電子敏感器件，它們可謂是電子設(shè)備的“心臟”。

9/19靜電損害的實(shí)例圖：芯片內(nèi)部被靜電擊穿靜電高壓擊穿芯片靜電對(duì)人體的傷害靜電ESD電流導(dǎo)致電路熔斷

嚴(yán)重后果靜電擊穿在不經(jīng)意間將昂貴電子器件擊穿，造成電子工業(yè)年損失達(dá)上百億美元

對(duì)P/N結(jié)造成軟擊穿芯片內(nèi)單晶硅金屬鍍模擊穿芯片內(nèi)引線擊穿10/19靜電放電損害：靜電放電產(chǎn)生電磁脈沖，可使智能電子設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作；當(dāng)具有強(qiáng)能量脈沖時(shí),可使靜電敏感器件直接被破壞，下面就以此對(duì)計(jì)算機(jī)信號(hào)的影響做簡單解釋。靜電放電時(shí)產(chǎn)生的電磁脈沖信號(hào)：1100計(jì)算機(jī)正常工作是電平信號(hào)：受干擾后計(jì)算機(jī)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)信號(hào)：尖脈沖11/19

為了解電子相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)或檢驗(yàn)過程中靜電起電情況，判別生產(chǎn)及檢驗(yàn)過程中靜電的影響程度以及檢驗(yàn)靜電防護(hù)用品﹑裝備質(zhì)量就需要測量靜電及有關(guān)參數(shù)。靜電的測量，主要是對(duì)靜電電壓﹑材料電阻﹑接地電阻﹑靜電衰期﹑靜電電量﹑靜電消除器消電性能的測量。四靜電測量1、測試條件

應(yīng)符合EPA所規(guī)定的條件：環(huán)境溫度為20～25℃，濕度40～60%RH。對(duì)于產(chǎn)品有明確測試標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)優(yōu)先考慮其相應(yīng)測試條件。SJ/T10694-20062、測試儀器測試儀器包括：非接觸式和接觸式靜電電壓表、接地電阻測試儀、兆歐表及標(biāo)準(zhǔn)電極、靜電電量表、腕帶測試儀、人體綜合電阻測試儀、離子平衡分析儀、摩擦起電機(jī)、法拉第筒、靜電屏蔽測試儀、直流電壓（電流）表、直流電壓源。所用儀器精度不低于5%，量程大于實(shí)際測試范圍20%。3、測試方法

詳細(xì)的測試方法請(qǐng)參考附件（SJ/T10694-2006電子產(chǎn)品制造與應(yīng)用系統(tǒng)防靜電檢測通用規(guī)范）。12/19

消除靜電的措施，可用物理或化學(xué)的方法：一般可歸結(jié)為一靠“地”；二靠“器”（裝消除器）；三靠“劑”（加抗靜電劑）；四靠“屏蔽”。

各類防護(hù)方法詳解

靜電防護(hù)，基本做法是設(shè)法減小帶電物的電壓，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的安全值以內(nèi)。即要求下式中的電荷（Q）與電阻（R）要小，靜電容量（C）要大。

U=IR與Q=CU

當(dāng)然電阻值也不是越低越好，特別是在大面積場所的防靜電區(qū)域內(nèi)必須考慮漏電等安全措施之后再進(jìn)行材料的選取。五靜電防護(hù)具體靜電防護(hù)方法：（1）使用防靜電材料（2）泄漏與接地（3）導(dǎo)體帶靜電消除方法（4）非導(dǎo)體帶靜電的消除方法（5）工藝控制方法13/191、生產(chǎn)過程中靜電防護(hù)主要措施為靜電泄露、耗散、中和、增濕、屏蔽與接地。2、人體靜電防護(hù)系統(tǒng)主要有防靜電手腕帶、腳腕帶、工作服、鞋襪、帽、手套或指套等組成，具有靜電泄露，中和與屏蔽等功能。生產(chǎn)制造中主要的兩種防護(hù)方法：主要的防靜電器材及設(shè)備儀器：在生產(chǎn)制造車間里，主要運(yùn)用到的防靜電器材、設(shè)備儀器有：防靜電地板、地墊復(fù)合膠板；防靜電腕帶、手套、衣服、鞋；防靜電包裝袋、海綿箱盒等?；拘阅芘c使用GB12158-90規(guī)定，總泄漏電阻不應(yīng)小于1M歐姆14/19(1)防靜電地極接地電阻＜10Ω。

(2)地面或地墊：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻值104～1010Ω；系統(tǒng)電阻104～109Ω;摩擦電壓＜100V。

(3)墻壁：表面電阻值105～1010Ω。

(4)工作臺(tái)面墊：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻值105～109Ω；系統(tǒng)電阻105～109Ω；摩擦電壓＜100V。

(5)座椅和運(yùn)轉(zhuǎn)車表面：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻值105～1010Ω；系統(tǒng)電阻105～109Ω。

(6)工作服：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻值105～1010Ω；電荷量＜0.6μC。(7)帽、手套、指套：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻105～1010Ω。

(8)工作鞋（鞋底）：靜電耗散型（體積電阻105～109Ω）；導(dǎo)靜電型（體積電阻＜105）六電子產(chǎn)品制造中防靜電技術(shù)指標(biāo)要求15/19(9)柔韌性包裝類：衰減期≦2s；靜電屏蔽性能＜30V。

(10)周轉(zhuǎn)容器：靜電耗散型（衰減期≦10s）；導(dǎo)靜電型（衰減期≦2s）。

(11)腕帶穿戴下系統(tǒng)電阻7.5×105～107Ω；腕帶內(nèi)表面對(duì)電纜扣的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻≦105Ω；腕帶連接電纜兩端的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻7.5×105～107Ω。（12）存放架：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻105～109Ω。（13）防靜電傳送帶：體積電阻105～109Ω；系統(tǒng)電阻105～109Ω；摩擦電壓＜100V（14）集成電路防靜電包裝管：摩擦電壓≦50V；電荷量≦0.05μC。（15）進(jìn)入EPA人員的人體綜合電阻105～109Ω。16/19

近幾年來，電子產(chǎn)品防靜電標(biāo)準(zhǔn)工作已有一定的進(jìn)展。航天系統(tǒng)、電子產(chǎn)品工藝標(biāo)委會(huì)、全國無線電干擾標(biāo)委會(huì)都相繼組織人員制定標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)有：GB12059-89《電子工業(yè)用合成纖維防靜電網(wǎng)性能及試驗(yàn)方法》、GB／T13926.2—92《工業(yè)過程測量和控制裝置的電磁兼容性

靜電放電要求》，SJ20154-92《信息技術(shù)設(shè)備靜電放電敏感度試驗(yàn)》、QJ1875—90《靜電測試方法》、QJ1693—89《電子元器件防靜電要求》、QJ1950-90《防靜電操作系統(tǒng)技術(shù)要求》、SJ10694Y2006《電子產(chǎn)品制造防靜電系統(tǒng)測試方法》、SJ-T10533-94《電子設(shè)備制造防靜電技術(shù)要求》、GB/T17626.2《電磁兼容試驗(yàn)和測試技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)》等。七靜電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)17/19人走過化纖的地毯靜電大約是35000伏脫衣靜電高達(dá)5000伏梳頭靜電高達(dá)2000伏翻閱塑料說明書大約7000伏八靜電相關(guān)常識(shí)靜電相關(guān)的生活常識(shí)：靜電防護(hù)中的一些相關(guān)符號(hào)：ESD敏感符號(hào)ESD防護(hù)符號(hào)軍標(biāo)MIL-STD-129H制定的符號(hào)防靜電工作區(qū)域符號(hào)18/19現(xiàn)以人體為例，計(jì)算人體的帶電情況。當(dāng)人們穿著化纖織物時(shí)，人體運(yùn)動(dòng)的充電電流約為106～107A，總的充電電荷約（0.1～5）×106庫侖。人體的靜電放電模型可用電阻和電容的串聯(lián)來模擬。設(shè)人體電阻R=500Ω，人體電容C=300pF，人體帶靜電電壓U=10kV，則靜電所含能量為：W=1/