1、1,航嘉馳源科技有限公司培訓(xùn)教材,ESD講習(xí) 主講人:吳世武 二00五年五月,2,內(nèi)容: 1.靜電的概念 2.靜電感應(yīng)和靜電量級 3.靜電危害(案例 1，2等)和應(yīng)用(靜 電復(fù)印案例). 4.靜電防護(hù)簡介,第一部分 靜電防護(hù)基礎(chǔ)（ESD BASICS）,3,1.1 靜電的概念,一、靜電的本質(zhì) 物質(zhì)由分子和原子組成,原子由原子核和電子組成.原子 核帶正電,電子帶負(fù)電. 自然條件下,正負(fù)電荷平衡,物體不帶電.這類物體叫電中 性物體. 在某種條件下,正負(fù)電荷的平衡被打破,則物體帶電-這種 現(xiàn)象叫物體帶電. 物體帶電分動電和靜電所謂靜電指對觀察者而言,電荷靜 止不動或運(yùn)動非常緩慢.動電則有電荷的快速運(yùn)

2、動和變化.,4,原子的結(jié)構(gòu),5,二、靜電起電與放電現(xiàn)象 靜電可有很多種方式產(chǎn)生,如物體間的摩擦,電場感應(yīng),介質(zhì)極化,帶電顆粒附著等等 摩擦起電: 當(dāng)兩個物體產(chǎn)生摩擦?xí)r,摩擦表面的電子會從一種物體跑到另一個物體上,分離后,兩個物體的正負(fù)電荷失去平衡,得到電子的帶負(fù)電,失去電子的帶正電. 感應(yīng)起電:當(dāng)有強(qiáng)電場(大的帶電體)存在時,附近的物體被感應(yīng),局部或整體產(chǎn)生電荷,這類帶電稱為感應(yīng)帶電. 當(dāng)帶電的物體與一些導(dǎo)體等接觸時或靠的很近時,電荷會找到一個途徑突然釋放掉,這種現(xiàn)象叫靜電放電. 靜電放電的條件是:首先有靜電存在,其次要有一定的途徑. 靜電放電的原因和條件多種多樣,控制靜電放電是在人們生活和工

3、作中的各個方面所追求的.,6,三、靜電現(xiàn)象 靜電現(xiàn)象舉例 1.握手或手接觸時常被電擊一下,是由于人身帶了靜電.接觸 時突然放電所致 2.自然界中的放電例子很多,如大氣中帶有很強(qiáng)的電荷,在 80KM處,對地電位有200KV. 3.云相互摩擦而帶大量的電荷,相互放電形成能量巨大的雷 電,對地放電則可能形成雷擊. 4.工業(yè)中,如印刷中,紙離開滾筒時靜電電壓高達(dá)20KV. 5.我們生產(chǎn)線中,人體帶電,摩擦帶電,和感應(yīng)帶電等隨時存 在,不加控制,可造成危害.,7,靜電現(xiàn)象-雷電,8,分離,摩擦,靜電產(chǎn)生舉例,9,分離,摩擦等起電的過程,摩擦起電的形成過程 物體接觸后表面電位差,產(chǎn)生接觸電荷轉(zhuǎn)移,形成偶電

4、 層,物體快速分離,產(chǎn)生靜電核,10,11,摩擦起電靜電序列,人手 圖毛 玻璃 云母 人頭發(fā) 尼龍 羊毛 毛皮 鉛 絲綢,鋁 紙 棉花 鋼 木材 琥珀 封蠟 硬橡膠 鎳,銅, 黃銅,銀 金,白金 硫磺,醋酸酯纖維素 聚酯 賽璐珞 奧綸 聚氨酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 硅 聚四氟乙烯 硅橡膠,+,-,離的越近 靜電越輕 前面的帶正電, 后面的帶負(fù)電,12,人體帶電,人體帶電方式 摩擦起電: 1.操作中的動作和肢體運(yùn)動,由衣服,鞋子與其他物體,地面摩 擦,使衣服和鞋子帶電,再通過傳導(dǎo)和感應(yīng),使人體各部分帶 電.人體可以看作一個導(dǎo)體. 2.脫衣帽手套等使物體與人體間或物體與物體間剝離起電,通 過傳

5、導(dǎo)和感應(yīng)使人體帶電 感應(yīng)起電 當(dāng)不帶電的人體進(jìn)入帶電體的電場,靜電感應(yīng)而起電. 傳導(dǎo)起電 人體直接接觸帶電體,或與帶電體發(fā)生靜電放電人在由靜電的微塵粉體和務(wù)狀液粒空間活動,使帶電微粒附著在人體及衣服上產(chǎn)生靜電.,13,人體活動帶電圖,14,放電,靜電放電,導(dǎo)體,可以為地,15,電荷積聚,靜電積聚起來,16,靜電感應(yīng)和靜電量級,靜電的定量描述 1.物體帶電量的多少用電量來描述.帶正電荷的物體帶電量 為正,帶負(fù)電荷的帶電量為負(fù).電量的單位為庫化,1個電 子的帶電量為e=1.6021892X10-19 庫倫. 2.電荷密度:電荷聚集程度的標(biāo)志: 單位面積帶電量叫面電荷密度 單位體積的電荷密度,叫體電

6、荷密度 線狀體的單位長度的帶電叫線電荷密度 如:導(dǎo)體帶電的靜電荷分布在導(dǎo)體表面. 由大量粉塵和顆粒組成的帶電分布在每個顆粒上,整體 宏觀來看體內(nèi)帶電.,17,靜電感應(yīng)和靜電量級,面電荷密度: 體電荷密度: 級電荷密度:,18,靜電感應(yīng)和靜電量級-電壓,電荷間的作用力叫庫倫力,由庫倫定律來描述. 帶電體周圍產(chǎn)生電場,電場是電荷間相互作用的壢體.電場的大小用電場強(qiáng)度表示.(E) 表征帶電體在電場中的能量大小叫電勢,也叫電位. 電壓表征電場間兩點(diǎn)的電勢差.用V表示電壓單位為伏特. 電壓好比水壓,水壓使水流動,對水壁產(chǎn)生壓力. 電壓使電荷流動,電壓通過電場使物資內(nèi)部的粒子產(chǎn)生電壓力.,19,靜電感應(yīng)和

7、靜電量級-電流與電阻,如果物體的兩點(diǎn)間有電壓,則會使物體內(nèi)的電子等粒子流動.電荷的流動叫電流.用安培為單位. 同樣的電壓,不同的物資,電流不同,表征物體中電荷流動性質(zhì)的一個物理量叫電阻.電阻用歐姆為單位. 電壓電阻和電流的關(guān)系 由歐姆定律表示. 零電位指計算電位的參考點(diǎn),電位規(guī)定為零.,20,1.2 靜電感應(yīng)和靜電量級-導(dǎo)體,半導(dǎo)體和絕緣體,導(dǎo)體: 具有可移動的電子或價電子.在外電場的作用下, 電子可以在內(nèi)部自由流動.導(dǎo)體的電阻很小,如金 屬則為良導(dǎo)體,其中金的導(dǎo)電性最好. 絕緣體:沒有可移動的電荷存在,電阻率很大.絕緣體也 叫電介質(zhì).如玻璃,普通紙等. 半導(dǎo)體:介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類特別

8、物資.如硅等,21,1.2 靜電感應(yīng)和靜電量級-電容,導(dǎo)體的帶電量為Q,導(dǎo)體就產(chǎn)生了電位U(想象水位), 表征帶電 物體產(chǎn)生電位能力的量叫電容(用C表示,單位法拉,微法-10-6法 拉,皮法-10-12法 ),電容把電量和電位聯(lián)系起來C=Q/U. 電容器是在兩個相互電絕緣隔離的導(dǎo)體之間存儲電荷能力器件(兩個導(dǎo)體帶等量的極性相反的電荷),任何兩個隔離的導(dǎo)體(廣義講物體)均有電容C存在.導(dǎo)體之間有電勢差-電壓V.電 容的大小主要由導(dǎo)體間的相對位置以及絕緣材料的性質(zhì)決定.與電容相關(guān)的絕緣材料的重要特性是介電常數(shù).C=Q/V,22,典型靜電電壓,我們在經(jīng)受3000伏的靜電電壓!,23,人體電容靜電模型

9、,人體的靜電并行 電容模型,充電的導(dǎo)體1,電介質(zhì),充電導(dǎo)體1,地板,腳,鞋,24,人體帶電和環(huán)境的關(guān)系,25,人體電容典型值,26,人體的典型靜電電壓,27,典型靜電電壓,ESD造成 的代價! 30V可能就 把器件給” 斃”了!,28,靜電起電-放電描述圖,帶 電 物 體 如:人體 充電器件,物體2 如大地, 接地線, 工件, 電子元器件 等等,+,_,摩 擦,+,介質(zhì)如空氣,起電的原因和條件 如摩擦起電,不同物體間摩擦起電性質(zhì)和容易程度不同. 靜電序列,直接連接線,+,+,+,耗散,放電,1 物體帶電量用Q庫侖,由產(chǎn)生的電量 耗散的電量 引導(dǎo)走的電量 等決定 2 帶電體對周圍物體的影響是通過

10、電場決定的 3 表征電場能量的量為電位. 4 電容表征物體帶電量產(chǎn)生多強(qiáng)的電位的特征物理量,電壓,29,物體靜電 產(chǎn)生,電量Q,摩擦,分離,感應(yīng),離子附著,熱,壓, 駐極體,電場-電場強(qiáng)度E 對電荷作用力,電場 電荷的移動作功 電勢能-電位U,兩點(diǎn)間 電位差- 電壓V=U1-U2,電場內(nèi)的物體中 自由電荷 受電場力作用 會流動-電流 I,不同物體, 在同樣電壓下 電流不同取 決于物體的 電阻特性,歐姆定律 I=V/R,面 電 阻 率,體 電 阻 率,線 電 阻 率,不同的物體 (材料,形狀,環(huán)境) 同樣電量電位不同,極板間,物體的電容C: 儲存電量 和 電壓(電位)的關(guān)系 C=Q/V,儲存電荷

11、, 就有能量儲存,物體電荷的消 亡,取決于接 觸的物體和周 的環(huán)境: 由導(dǎo)電導(dǎo)體把電荷流掉 通過耗散體逐漸耗散掉 通過放電等突然放掉 被電荷相反的離子中和掉等等,物體分類 導(dǎo)電性物體 電耗散性物體 抗靜電性物體 絕緣性物體,電荷 產(chǎn)生的多少 和快慢,30,人體的放電過程,器件,電容,電 阻,31,靜電的衰減和積累,實(shí)際過程中,靜電一邊產(chǎn)生一邊衰減 靜電的衰減符合指數(shù)規(guī)律 為時間常數(shù),表明衰減的程度,0,Q(t),t,32,導(dǎo)體上靜電荷的衰減規(guī)律,帶電導(dǎo)體,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,

12、大地,+,+,+,+,-,-,-,-,-,R,C,U(t),電容越大,電阻越大,時間越長,衰減越慢,33,帶電和放電綜合過程,帶電導(dǎo)體,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,大地,+,+,+,+,-,-,-,-,-,R,C,U(t),達(dá)到穩(wěn)定時,Qs恒定,稱穩(wěn)態(tài)電量,充電速率 I,34,充電波形,t,Q(t),Q0,t=,0.732Qs,35,充放電時間常數(shù)舉例,人體的對地電容為200pF,若站到絕緣電阻為1012的普通橡膠墊上,充電速率為I0時間常數(shù)為 穩(wěn)定電量為Qs =I0RC=200I0

13、 若站到電阻為R=105 的導(dǎo)電橡膠上, 時間常數(shù)為 穩(wěn)定電量為Qs =I0RC=20*10-6I0,36,1.3 靜電危害和利用-案例一,某大電信公司單板損害案 維修部門發(fā)現(xiàn)某批次以后生產(chǎn)的交換機(jī)用戶板,在打雷時特別容易損壞,但以前生 產(chǎn)的同類用戶板抗雷能力要強(qiáng)的多.大量的用戶板返修,維護(hù)成本,賠償成本,形象成 本損失巨大.電信局長直接找老板問罪.老板下達(dá)必須盡快查找原因.并暫停該單板 的生產(chǎn). 分析從設(shè)計到生產(chǎn)過程的可能原因: 1. 單板升級一次,改動一個電阻 2. 110種物料20種換過一個批次,其中包含一個CMOS專用集成電路. 3. 生產(chǎn)過程基本未變,但換過一個測試針床,增加一個測試

14、單元. 4. 單板的前面板在新升級板上,增加了一個測試口. 經(jīng)過從設(shè)計到生產(chǎn),包裝運(yùn)輸入庫,各個環(huán)境的努力,近一個月的攻關(guān),大量的分析,終于 發(fā)現(xiàn),是上述CMOS電路軟損傷造成. 原因: 新板單板的升級時,設(shè)計人員為減少成本,物料選用把抗ESD指標(biāo)降格,同時設(shè)計時增加的測試口,剛好占用了以前的保護(hù)地的一小點(diǎn),使面板與保護(hù)地接觸不良,致使,塑料面板上的靜電荷不能與板地電位持平.測試時增加的針床,剛好造成一種約800V的放電,使器件造成軟損傷. 這次靜電損害使公司損失近5000萬.(為此每個開發(fā)人員,減少1萬元獎金),37,1.3 靜電危害和利用-案例二,某公司生產(chǎn)的可切換逆變電源,因是老板高價聘

15、請的某大電信公司的設(shè)計人員設(shè)計,樣機(jī)整機(jī)性能指標(biāo)均上佳.老板攻關(guān)有一套,設(shè)計人員準(zhǔn)備采用.請物料認(rèn)證部門進(jìn)行考擦,發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)不規(guī)范,工人無ESD基本知識,也無相應(yīng)的ESD防范程序,而其產(chǎn)品必須達(dá)到電信標(biāo)準(zhǔn),可靠性受到懷疑.物料經(jīng)理不敢批準(zhǔn).因此設(shè)計部門只能選其他廠家.該老板一下子損失每年近2000萬的訂單.,38,靜電造成的損害,靜電電擊 火災(zāi)及爆炸 產(chǎn)品品質(zhì)不良 絕緣設(shè)備破環(huán),39,1.4 靜電防護(hù)簡介,靜電是有產(chǎn)生原因的-消除靜電產(chǎn)生的根源 靜電產(chǎn)生無處不在,靜電產(chǎn)生防不勝防-減少靜電的強(qiáng)度,采用靜電衰減.減少靜電的積累 靜電產(chǎn)生,但要發(fā)生危害,必須是一定條件的放電才能產(chǎn)生危害,對要保護(hù)的

16、器件進(jìn)行抗靜電設(shè)計.并設(shè)計抗靜電生產(chǎn)過程. 靜電的危害產(chǎn)生多由物體的不規(guī)則運(yùn)動產(chǎn)生,必須對各個環(huán)節(jié)的運(yùn)動進(jìn)行規(guī)范和控制. 對于人這個高度能動性的動物的活動,必須從人的主觀和意識上進(jìn)行靜電防止,為此要建立完整的ESD培訓(xùn)和控制程序. 由于靜電危害貫穿到產(chǎn)品從生產(chǎn)到維護(hù)的各個時期,為了企業(yè)間 的生產(chǎn)協(xié)調(diào)和一致性,還建立了各種防靜電標(biāo)準(zhǔn),執(zhí)行這些標(biāo)準(zhǔn),是 業(yè)界的基本要求.,40,各項防護(hù)措施綜合表,一 防止靜電的產(chǎn)生,二 減少和消除靜電,三 減少靜電危害,四 嚴(yán)格防靜電管理,主 要 內(nèi) 容,具 體 措 施,41,一、 防止靜電的產(chǎn)生,控制靜電的 生成環(huán)境,1.濕度控制,在不導(dǎo)致器材或產(chǎn)品腐蝕生銹或其

17、他 危害前提下，盡量加大濕度,2.溫度控制,在可能條件下盡量降低溫度,包括 環(huán)境溫度和物體接觸溫度,3.塵?？刂?此為防止附著（吸附）帶電的重要 措施,4.地板,桌椅面料和工作臺等應(yīng)由防靜電材料制成, 并正確接地,5.靜電敏感產(chǎn)品的運(yùn)送傳遞和存儲及包裝與拆包 裝應(yīng)采取靜電防護(hù)措施,6.噴射、流動、運(yùn)送、纏繞和分離速度應(yīng)予控制, 在液體,扭體等材料的輸送管道中使用級和器,42,防止人 體帶電,1.佩戴防靜電腕帶,2.穿戴防靜電服裝、衣、幗,3.穿武防靜電鞋襪、腳鏈,4.佩戴防靜電手套、指套,5.嚴(yán)格禁止與工作無關(guān)的人體活動（例 如做操、打鬧、梳頭發(fā)、吃東西等）,6.進(jìn)行離子風(fēng)浴,一、 防止靜電的

18、產(chǎn)生,43,材料選 用要求,1.凡必須或有可能發(fā)生接觸分離的材料應(yīng)考 慮使其在靜電序列表上的位次盡量靠近,2.應(yīng)使材料的表面光滑、平整、潔凈無污,3.使用靜電導(dǎo)體材料和低電阻耗散材料,一、 防止靜電的產(chǎn)生,44,工藝控 制措施,1.制定并實(shí)施防靜電操作程序,2.使用防靜電周轉(zhuǎn)、運(yùn)輸盤、盒、箱及其他 容器、小車,3.使用防靜電工具（烙鐵、吸銀器等）,4.采用防靜電包裝,5.對有靜電燃燒、爆炸可能性的液體材料設(shè) 置必要的靜止時間,6.盡量減少物體間的接觸壓力、時間、面積 （例如布匹、紙張、線材、薄膜材料膠帶等 的運(yùn)送、傳遞輥簡、卷筒、線軸和產(chǎn)品之 間）并限制運(yùn)行速度不可過快,一、 防止靜電的產(chǎn)生,

19、45,接地,1.地板和工作桌、椅、臺面、臺墊正確接地,2.人體接地,3.工具（烙鐵、吸銀器、臺架、運(yùn)輸小車等） 接地,4.設(shè)備、儀器接地,5.管路、運(yùn)輸傳送設(shè)施、裝罐設(shè)備、存儲設(shè) 施（設(shè)備）接地,二、減少和消除靜電,46,增濕,1.使用各種適宜的加濕器、噴霧裝置,2.采用濕拖布拖擦地面或通過灑水等方 法以提高帶電體附近或環(huán)境的濕度,3.在允許的情況下盡量選用吸濕性材料,中和,針對場所和帶電物體的形狀、特點(diǎn)，選用適宜類型的靜電消除器，以消除具、器材、產(chǎn)品、場所、設(shè)備和人體上的靜電,二、減少和消除靜電,47,摻雜,1.在非導(dǎo)體材料、器具的表面通過噴、涂、 鍍、敷、印、貼等方式附加上一層物質(zhì)以 增加

20、表面電導(dǎo)率,加速電荷的泄漏與釋放,2.在塑料、橡膠、防腐涂料等非導(dǎo)電材料中 村加金同粉末、導(dǎo)電纖維、炭黑粉等物質(zhì), 以增加其體電導(dǎo),3.在布匹、地毯等織物中，混人導(dǎo)電性合成 纖維或金屬絲,以改善織物的抗靜電性能,4.在易于產(chǎn)生靜電的液體（如汽油、航空煤 油等）中加人化學(xué)藥品作為抗靜電添加劑, 以改善液體材料的電導(dǎo)率,二、減少和消除靜電,48,控制靜電的 生成提高 產(chǎn)品自身 抗靜電能力,1.對 CMOS等靜電敏感染集成電路采用輸入、輸出保護(hù)電路設(shè)計,2.對于靜電敏感電子組件和電子設(shè)備,采用抗 靜電防護(hù)設(shè)計（設(shè)置輸出、輸入保護(hù)電路 和網(wǎng)絡(luò),使用隔離電阻器，設(shè)置邊界保護(hù)環(huán), 盡量選用非敏感元器件等）

21、,3.對敏感元器件進(jìn)行靜電防護(hù)設(shè)計（設(shè)置串 聯(lián)限流電阻器、設(shè)置鉗位放電間 隙、降低 瞬態(tài)能量密度、避免引線交迭和寄生CMOS 電容的形成等,三 、減少靜電危害,49,采用靜電 屏蔽和接 地設(shè)計,1.對敏感部位和敏感元器件采用加防護(hù) 蓋、罩、片等靜電屏蔽措，以減少電 的力學(xué)、感應(yīng)和放電危害,2.應(yīng)盡量避免孤立導(dǎo)體的存在,3.在液體儲油罐等設(shè)施中設(shè)立具有屏蔽 作用的檢測井，以保證采樣和檢測,三 、減少靜電危害,50,確保設(shè)備, 設(shè)施和 作業(yè)場所 的靜電 安全要求,1.控制易燃、易出的液體或粉體使爆炸性化 合物濃度在燃燒、爆炸的極限度之下,2.保持作業(yè)場所各種接地設(shè)施和系統(tǒng)（雷電 保護(hù)、故障保護(hù)、信號參考、大地電極、 防靜電操作等）正確和有效接地,3.控制作業(yè)區(qū)內(nèi)各點(diǎn)靜電電位在標(biāo)準(zhǔn)允許的 范圍之內(nèi),4.安裝局部放電器、放電刷等，以通過電暈 放電不斷釋放低電能量使其積聚的能量在 安全范圍之內(nèi),5.嚴(yán)格靜電安全作業(yè)操作規(guī)范,三 、減少靜電危害,51,建立健全 責(zé)任制和 規(guī)章制度,1.建立健全各類人員（領(lǐng)導(dǎo)者、技術(shù)和管理 人員、操作人員）的靜電安全防管理職責(zé)， 并備有檢查制度,2.建立靜電安全事故分析制度,3.編制具體詳細(xì)的防靜電操作規(guī)范,4.對設(shè)備、裝置、器材、器具、工