2023/10/141防靜電基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)教材ＥＳＤ介紹2023/10/142ＥＳＤ介紹目錄一.靜電基本概念及產(chǎn)生原理二.靜電對(duì)電子工業(yè)的危害三.靜電的防護(hù)與控制四.靜電標(biāo)示及其意義五.生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)靜電防護(hù)實(shí)例2023/10/143ＥＳＤ介紹一.靜電基本概念及產(chǎn)生原理2023/10/144ＥＳＤ介紹靜電的基本概念之一靜電（Electrostatic）就是物體表面過剩和不足的靜止電荷，靜電是一種電能，它留存與物體表面；靜電是正電荷和負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果；靜電是通過電子和離子的轉(zhuǎn)移而形成的。靜電放電（ESDElectroＳtaticDischarge）：帶有不同靜電電勢(shì)的物體或表面之間的靜電電荷轉(zhuǎn)移。有兩種形式：接觸放電，電場(chǎng)擊穿放電。靜電敏感度(ESDSElectrostaticDischargeSensitivity)靜電敏感器件(ESSDElectrostaticSensitiveDevices)EPA:ESDProtectArea(ESD防護(hù)區(qū)域)ECA:ESDControlArea(ESD控制區(qū)域)---+2023/10/145ＥＳＤ介紹靜電的基本概念之二靜電問題依附于物體（氣、液、固體）而存在。如果物體帶有過剩的電荷則成為帶電體。物體間的電荷轉(zhuǎn)移過程就是起電過程。靜電產(chǎn)生的方式很多，接觸、摩擦、沖流、冷凍、電解、壓電、溫差等都可以產(chǎn)生靜電。但基本過程可歸納為：接觸--》電荷轉(zhuǎn)移--》偶電層的形成--》電荷分離。人體的充電過程剝離帶電摩擦帶電2023/10/146ＥＳＤ介紹靜電的基本概念之三在一般工業(yè)生產(chǎn)中，靜電具有高電位、低電量、小電流（脈沖電流，有爭(zhēng)議）和作用時(shí)間短的特點(diǎn)，設(shè)備或人體的靜電位最高可達(dá)數(shù)萬(wàn)伏以至數(shù)十萬(wàn)伏；這要比市電220v、380v高得多。但所積累的靜電量卻很低，通常為微庫(kù)侖級(jí)；靜電電流多為毫安級(jí)；作用時(shí)間多為毫秒級(jí)。靜電通世界上任何事物一樣具有兩重性：既能為人類造福，如靜電復(fù)印、靜電涂敷、靜電除塵等靜電應(yīng)用技術(shù)；亦會(huì)帶來許多危害，諸如石化、電子及電工領(lǐng)域。就電子元器件的生產(chǎn)及電子設(shè)備的裝聯(lián)、調(diào)試作業(yè)而言，因接觸摩擦起電、人體靜電與接地問題能造成很大經(jīng)濟(jì)損失。初步研究發(fā)現(xiàn)，摩擦起電、人體靜電乃是電子、微電子工業(yè)中之間兩大危害源。2023/10/147ＥＳＤ介紹靜電概念小結(jié)靜電是電荷的產(chǎn)生與消失過程中產(chǎn)生的電現(xiàn)象的總稱

特點(diǎn)

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)象多受濕度影響較大2023/10/148ＥＳＤ介紹1.接觸起電當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸時(shí)就會(huì)使得其中一個(gè)物體失去一些電荷帶正電，而另一個(gè)物體得到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會(huì)積累使物體帶上靜電。

例A.剝離塑料薄膜時(shí)就是一種典型的“接觸分離”起電B.脫衣服產(chǎn)生的靜電也是“接觸分離”起電。C.摩擦起電是一種接觸又分離的造成正負(fù)電荷不平衡的過程。實(shí)質(zhì)上是接觸分離起電。2023/10/149ＥＳＤ介紹當(dāng)帶電物體接近不帶電物體時(shí)會(huì)在不帶電的導(dǎo)體的兩端分別感應(yīng)出負(fù)電和正電2.感應(yīng)起電ABC3.熱電和壓電起電、噴射起電等氣體,液體的流動(dòng)與噴射2023/10/1410ＥＳＤ介紹靜電產(chǎn)生的物理過程靜電產(chǎn)生的方式接觸摩擦沖流冷凍電解壓電溫差

…...接觸電荷轉(zhuǎn)移偶電層形成電荷分離靜電產(chǎn)生2023/10/1411ＥＳＤ介紹二.靜電對(duì)電子工業(yè)的危害2023/10/1412ＥＳＤ介紹靜電的危害一ESD是英文ElectrostaticDischarge的縮寫，即"靜電放電"的意思。當(dāng)某些電介質(zhì)、導(dǎo)體帶上靜電荷后，盡管所帶電荷量不多，但由于自身對(duì)大地分布電容非常小，使得靜電電位較高。當(dāng)垂直于帶電物體表面的靜電電位達(dá)到2000伏時(shí)，就會(huì)向空氣放電。在日常生活中，許多ESD現(xiàn)象，我們都親身經(jīng)歷過。譬如，在冬季一間溫暖的房間里，走在覆蓋地毯的地面時(shí)，當(dāng)你伸手接觸門的把手時(shí)，就會(huì)有電擊的感覺；脫下合成纖維衣服時(shí)產(chǎn)生噼啪聲，夜間還可以看到火花（空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為30kv/cm）；天氣干燥時(shí)，用塑料梳子梳頭時(shí)會(huì)產(chǎn)生放電聲。對(duì)于人體而言，這種靜電的突然放電不會(huì)造成任何傷害；可是，對(duì)于ESDS（靜電放電敏感器件）器件，靜電放電就可能損害電子器件。ESD對(duì)電子器件的損害是人體覺察不到的，具有隱蔽性，需通過儀器才能檢測(cè)出電子器件發(fā)生ESD事件，主要是各種靜電源（人體、工作臺(tái)等）對(duì)電子器件放電所致。在集成電路（integratedcircuit）工業(yè)中，靜電放電可以使集成電路芯片介質(zhì)擊穿，芯線熔斷、漏電流增大加速老化、電性能參數(shù)改變等等。靜電放電對(duì)電子器件損害具有潛在和緩慢失效性，這種情況危害更大。通常，ESDS（靜電放電敏感器件）器件易發(fā)生靜電放電，所以，受ESD的危害更大。2023/10/1413ＥＳＤ介紹靜電的危害二今天，大多數(shù)電子器件采用對(duì)靜電極為敏感的MOS工藝制作，因此，無(wú)論從器件的發(fā)展還是器件的應(yīng)用出發(fā)，為了防止ESD對(duì)電子器件的危害，有必要對(duì)電子器件受靜電危害的機(jī)理以及相應(yīng)的防護(hù)措施進(jìn)行探討。試圖闡明電子器件ESD產(chǎn)生的原因，并對(duì)IC的ESD保護(hù)提供指導(dǎo)。

靜電危害具有以下特性：隱蔽性：除非發(fā)生靜電放電，人體不能直接感知靜電，但發(fā)生靜電放電人體也不一定能有電擊的感覺，這是因?yàn)槿梭w感知的靜電放電電壓為2~3kv，所以靜電具有隱蔽性。潛在性：有些會(huì)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(huì)給IC器件造成內(nèi)傷而形成隱患。因此靜電對(duì)IC的損傷具有潛在性。隨機(jī)性：IC什么情況下會(huì)遭受靜電破壞呢?可以這么說，從一個(gè)IC芯片產(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)性，其損壞也具有隨機(jī)性復(fù)雜性：靜電放電損傷的失效分析工作，因微電子IC產(chǎn)品的精、細(xì)、微小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而費(fèi)時(shí)、費(fèi)事、費(fèi)財(cái)，要求較高的技術(shù)并往往需要使用高度精密儀器，即使如此，有些靜電損傷現(xiàn)象也難以與其它原因造成的損傷加以區(qū)別；使人誤把靜電放電損傷的失效當(dāng)作其它失效，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，從而不自覺地掩蓋了失效的真正原因。所以分析靜電對(duì)IC的損傷具有復(fù)雜性。2023/10/1414ＥＳＤ介紹靜電的危害三ESD對(duì)電子器件侵害方式ESD對(duì)電子器件侵害方式主要有三種：①靜電源直接對(duì)電子器件放電；②帶電器件對(duì)其他導(dǎo)體的靜電放電；③電場(chǎng)感應(yīng)放電。Ⅰ、靜電源直接對(duì)電子器件放電

ESD事件常常發(fā)生在帶電導(dǎo)體（包括人體）對(duì)ESDS的放電過程中。一般的靜電危害是人體或帶電導(dǎo)體直接對(duì)ESDS放電造成。Ⅱ、帶電器件對(duì)其他導(dǎo)體的靜電放電當(dāng)靜電放電敏感器件在操作過程中，或者與包裝材料、機(jī)器表面接觸后，就會(huì)積累靜電荷。當(dāng)器件在包裝盒移動(dòng)或震動(dòng)時(shí)就會(huì)發(fā)生靜電放電。這種放電情況，涉及的電容和能量不同于人體對(duì)ESDS器件的放電情況。在某些情況下，CDM事件比HBN事件所造成的危害更大。Ⅲ、電場(chǎng)感應(yīng)放電感應(yīng)場(chǎng)可以直接或間接對(duì)地造成危害。因?yàn)槿魏螏щ婓w周圍都存在靜電場(chǎng)。如果ESDS器件進(jìn)入靜電場(chǎng)范圍，就會(huì)因?yàn)楦袘?yīng)而帶電。如果器件在電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)接地，電荷轉(zhuǎn)移到地的過程稱為CDM事件。2023/10/1415ＥＳＤ介紹靜電的危害四人體帶電電壓電沖擊程度備注1,000[V]

幾乎感覺不到.微小的放電聲音發(fā)生看到發(fā)光手指頭放電發(fā)光.2,000[V]

用手指頭接觸稍微感覺到.2,500[V]

放電部分感覺被針扎到3,000[V]

感覺稍微疼，感覺到被針扎的感覺4,000[V]

感覺是手指頭被針扎的比較深.5,000[V]

手心和手腕也感覺到電沖擊6,000[V]

手指頭及胳膊感覺到很強(qiáng)的電沖擊。7,000[V]

手指頭，手心感覺到很強(qiáng)的疼痛及麻痹的感覺8,000[V]

手心到手腕感到麻痹9,000[V]

手腕和胳膊感覺到疼痛和感到麻痹.10,000[V]

手全部疼痛和感覺到通電。11,000[V]

手指頭感到麻痹和手受到強(qiáng)的電沖擊12,000[V]

因受很強(qiáng)的沖擊全身感到疼痛.2023/10/1416ＥＳＤ介紹靜電的危害五靜電損傷的兩種失效形式1.

硬損傷：又稱“突發(fā)性完全失效”、“一次性損壞”，約占10%表現(xiàn)為器件電參數(shù)突然劣化，失去原有功能。主要原因是靜電放電造成過壓使得介質(zhì)被擊穿，或過流使得內(nèi)部電路金屬導(dǎo)線熔斷、硅片局部融化等。硬損傷可通過常規(guī)的性能測(cè)試手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)軟失效而言危害要小得多。2.

軟損傷：又稱“潛在性緩慢失效”、“多次損傷累積后失效”，約占90%受到軟損傷的器件，雖然當(dāng)時(shí)各類電參數(shù)仍合格，然而其使用壽命卻大大縮短了。含有這些器件的產(chǎn)品或系統(tǒng)，可靠性變差，可能會(huì)在后續(xù)過程中（直至最終用戶）繼續(xù)遭受ESD軟損傷或其它過應(yīng)力損傷積累而過早地失效。由于軟損傷是潛在的，運(yùn)用目前的技術(shù)還很難證明或檢測(cè)出來，特別是器件被裝入整機(jī)產(chǎn)品之后，因此具有更大的危害性。這些產(chǎn)品流入市場(chǎng)后的維護(hù)成本和造成的其它損失，將比在生產(chǎn)中發(fā)生的直接損失要放大幾十甚至上百倍！

2023/10/1417ＥＳＤ介紹靜電的危害六蓄積在導(dǎo)體上的電荷，會(huì)在一次放電中將能量完全釋放，是常見靜電危害產(chǎn)生的原因。靜電放電可概分為火花放電、電暈放電、刷狀放電、射狀放電等形式。不同放電形式的發(fā)生，與放電的電極形狀、材質(zhì)距離、阻抗、數(shù)量有密切的關(guān)系，同時(shí)亦會(huì)產(chǎn)生不同的危害。2023/10/1418ＥＳＤ介紹靜電的危害七電子行業(yè)如微電子、光電子的制造和使用廠商因?yàn)殪o電造成的損失和危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。據(jù)美國(guó)1988年的報(bào)道，它們的電子行業(yè)中，由于ESD的影響，每年的損失達(dá)億美元之多；據(jù)日本統(tǒng)計(jì)，它們不合格的電子器件中有45％是由于靜電而引起的；我國(guó)每年因靜電危害造成的損失也至少有幾千萬(wàn)。下左圖是美國(guó)Ti公司對(duì)某一年對(duì)客戶失效器件原因進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，從中可以看到由EOS/ESD引起的失效占總數(shù)的47%下；下圖是美國(guó)半導(dǎo)體可靠性新聞對(duì)1993年從制造商、測(cè)試方和使用現(xiàn)場(chǎng)得到的3400例失效案例進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)，從中可以看到,EOS/ESD造成的失效也達(dá)到20%。2023/10/1419ＥＳＤ介紹電子產(chǎn)品生產(chǎn)中的典型靜電源地板工作面主要設(shè)備清潔室原材料生產(chǎn)輔助物包裝材料身體衣服

人材料環(huán)境墻壁天花板光源固定器通風(fēng)架2023/10/1420ＥＳＤ介紹三．靜電的防護(hù)與控制2023/10/1421ＥＳＤ介紹靜電的防護(hù)與控制ESD控制的基本原則.做好ESD防護(hù)設(shè)計(jì)：器件選型、合理布線、設(shè)計(jì)保護(hù)電路等.消除和減少靜電的產(chǎn)生：減少或消除靜電產(chǎn)生的過程、維持過程和材料處于等電勢(shì)等.使靜電荷瀉放與中和：使用靜電導(dǎo)體、接地、電離器來瀉放與中和靜電.保護(hù)產(chǎn)品免遭ESD傷害：使用防靜電材料包裝和儲(chǔ)運(yùn).防靜電區(qū)設(shè)計(jì)原則.抑制靜電荷的積累和靜電壓的產(chǎn)生。如設(shè)備、儀器、工裝不使用塑料、有機(jī)玻璃、普通塑料袋。.安全、迅速、有效地消除已產(chǎn)生的靜電荷，使用有繩防靜電腕帶、防靜電椅、防靜電周轉(zhuǎn)車、防靜電周轉(zhuǎn)箱。.保證靜電壓小于100V。2023/10/1422ＥＳＤ介紹靜電的防護(hù)與控制防靜電系統(tǒng)要素1.地面防靜電地面（防靜電水磨石，防靜電地板）體電阻105～109Ω，敷設(shè)地線網(wǎng)。2.工位（見附圖）3、接地a、防靜電工作區(qū)必須有安全可靠的防靜電接地裝置，地電阻小于4Ω。防靜電地線不得與電源零線相接，不得與防雷地線共用，使用三相五線制供電時(shí)，其地線可以作防靜電地線。b、工作臺(tái)面、地墊、坐椅和其它導(dǎo)靜電的ESD保護(hù)設(shè)施均應(yīng)通過限流電阻接入地線，腕帶等應(yīng)通過工作臺(tái)頂面接地點(diǎn)與地線連接，工作臺(tái)不可相互串聯(lián)接地。c、防靜電工作區(qū)接地系統(tǒng)，包括限流電阻和連接端子應(yīng)連接可靠并具有一定載流能力，限流電阻阻值選擇應(yīng)保證漏泄電流不超過5mA，下限值取為1MΩ。4、溫濕度20~30℃，相對(duì)濕度30~70%。5、增濕增濕器使空氣潮濕，防止靜電荷積累，此法不適于增濕后會(huì)產(chǎn)生有害影響的場(chǎng)地。2023/10/1423ＥＳＤ介紹靜電的防護(hù)與控制６、人體穿防靜電工作服、工作鞋，戴有繩防靜電腕帶、手套、指套等。７、包裝靜電敏感器件應(yīng)采取防靜電保護(hù)性包裝，如防靜電袋、防靜電盒等。８、貯存、運(yùn)輸靜電敏感器件必須存放在防靜電容器（箱、袋）內(nèi)，并用防靜電運(yùn)輸工具（箱、車）周轉(zhuǎn)。貯運(yùn)中要遠(yuǎn)離靜電場(chǎng)、電磁場(chǎng)或放射場(chǎng)，如電腦顯示器頂部。2023/10/1424ＥＳＤ介紹靜電的防護(hù)與控制人員防靜電接地技術(shù)要求1)

人員防靜電接地應(yīng)使用腕帶、工鞋等。2)

所有生產(chǎn)操作員工進(jìn)入防靜電區(qū)域必須著裝防靜電工鞋工衣；外來人員進(jìn)入防靜電區(qū)域穿防靜電鞋套和穿防靜電大褂。3)

進(jìn)入防靜電區(qū)域的所有作業(yè)人員、物料員、技術(shù)員、班組長(zhǎng)等，及在現(xiàn)場(chǎng)辦公的其他人員，每天上班前應(yīng)對(duì)自身人體綜合電阻進(jìn)行測(cè)試，對(duì)有可能要接觸產(chǎn)品的人員，還應(yīng)進(jìn)行防靜電腕帶測(cè)試，并保存測(cè)試結(jié)果，做好測(cè)試記錄。4)

進(jìn)入防靜電區(qū)域前必須應(yīng)對(duì)人體綜合電阻進(jìn)行測(cè)試，如果外來人員有可能要接觸產(chǎn)品，也應(yīng)進(jìn)行防靜電腕帶測(cè)試，并保存測(cè)試結(jié)果做好測(cè)試記錄。5)

防靜電腕帶或人體綜合電阻測(cè)試未通過者，不得進(jìn)入防靜電區(qū)域，更不得接觸ESSD（靜電敏感器件）及組件。人體綜合電阻測(cè)試、腕帶測(cè)試未通過的，必須立即查找原因并作出相應(yīng)處理，直至合格為止。腕帶接地要求防靜電腕帶與皮膚應(yīng)保證接觸良好，并接入防靜電地線系統(tǒng)，在戴腕帶的皮膚上不得涂護(hù)膚油、防凍油等油性物工鞋接地要求1)

防靜電鞋內(nèi)不得墊鞋墊。2)

為了使人體靜電能很好的通過工鞋、鞋跟瀉放，操作人員要求穿棉襪。3)

保持工鞋干凈清潔。

2023/10/1425ＥＳＤ介紹靜電的防護(hù)與控制靜電材料制品的種類相當(dāng)繁多，但主要可以歸為以下幾類：防靜電服裝和腕帶防靜電服裝和腕帶是消除人體防靜電系統(tǒng)的重要組成部分，可以使消除或控制人體靜電的產(chǎn)生，從而減少制造過程中最主要的靜電來源。防靜電服裝包括防靜電的套裝、大褂、鞋、帽、防靜電手套、防靜電指套、防靜電腳束等。防靜電服裝是用不同色的防靜電布制成。布料紗線含一定比例的導(dǎo)電紗，導(dǎo)電紗又是由一定比例的不銹鋼纖維或其它導(dǎo)電纖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服裝上的靜電。由于不銹鋼纖維屬金屬類纖維，所以，由它織成的防靜電布料的導(dǎo)電性能穩(wěn)定，不隨服裝的洗滌次數(shù)而變化。防靜電腕帶是操作人員在接觸電子元器件時(shí)最重要的靜電防護(hù)用品，通過接地通路，可以將人體所帶的靜電荷安全地謝放掉。它由防靜電松緊帶、活動(dòng)按扣、彈簧軟線保護(hù)電阻及插頭或夾頭組成。松緊帶的內(nèi)層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。2023/10/1426ＥＳＤ介紹靜電的防護(hù)與控制

防靜電包裝和運(yùn)輸制品等。防靜電包裝制品非常多，如防靜電屏蔽袋、防靜電包裝袋、防靜電海綿、防靜電IC包裝管、防靜電元件盒(箱)、防靜電氣泡膜和防靜電運(yùn)輸車等。這些包裝制品除靜電屏蔽用靜電導(dǎo)體外，多數(shù)是用靜電耗散材料制成的，也有些是用抗靜電材料制作。目的都是對(duì)裝入的電路或器件及印刷電路起靜電保護(hù)作用。下圖是一些常用的靜電包裝制品。2023/10/1427ＥＳＤ介紹靜電的防護(hù)與控制

防靜電地板和臺(tái)墊防靜電地坪和臺(tái)墊也是靜電防護(hù)工程中不可或缺的。防靜電地坪的也有多種，按時(shí)效性分，有永久性的和臨時(shí)性的；按材料分有導(dǎo)電橡膠、PVC、導(dǎo)電陶瓷等；按鋪設(shè)方式分，有地面直接鋪設(shè)的和架空的活動(dòng)地板。可根據(jù)實(shí)際需要和成本決定。如需要在地面走多種電纜、渠道的環(huán)境如計(jì)算機(jī)防選擇架空鋪設(shè)的活動(dòng)地板比較好下左圖是一些防靜電地板。防靜電臺(tái)墊主要是防靜電復(fù)合膠板，主要用于捕墊桌面、流水線工作臺(tái)面、貨架及制做地墊等。材料面層分為草綠色，導(dǎo)電物質(zhì)是抗靜電劑；底層為黑色，導(dǎo)電物質(zhì)是碳黑。2023/10/1428ＥＳＤ介紹靜電的防護(hù)與控制上述三大類制品外，還有其他一些防靜電制品，如防靜電電烙鐵、防靜電座椅、椅套、防靜電維