ESD静电防护教程课件.ppt

1、昆山驊盛昆山驊盛WIESON (Kun-Shan) Co., Ltd.WIESONTechnologies Co., Ltd.ESD CertificationTrainingPrepared by: jindongxuJun.13, 2014WIESON (Kun-Shan) Co., Ltd.WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 什麽是什麽是ESD？ESD的現象ESD的基本概念ESD的特點電子工業中的靜電問題電子工業中的靜電問題ESD對敏感電子元器件的傷害靜電防護的原理防靜電工作區（EPA）的構成與技術要求防靜電系統的檢驗與測試靜

2、電放電模型的概述靜電防護我們應該做些什麽？靜電防護我們應該做些什麽？WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛2.生活中常见的静电放电现象生活中常见的静电放电现象 握手或手接触時常被電擊一下握手或手接触時常被電擊一下,是由于人身帶了靜電是由于人身帶了靜電.接触時突然放電所致接触時突然放電所致 冬天脱毛衣时，有冬天脱毛衣时，有“啪啪啪啪”的声音，并伴有火花的声音，并伴有火花 用塑膠梳子梳理头发時，會有用塑膠梳子梳理头发時，會有 “啪啪啪啪”的聲音，頭髮會被吸附的聲音，頭髮會被吸附 在商場乘坐扶梯時，手會有被瞬間擊倒刺痛感在商場乘坐扶梯時，手會有被瞬間擊倒刺痛感 其它

3、等等很多現象其它等等很多現象ESD Training 1.什么是什么是ESD？Electro-Static discharge 中文全称静电放电中文全称静电放电定义：电荷从一个物体到另一个物体的转移（定义：电荷从一个物体到另一个物体的转移（带有不同静电电势的物体或表面之间带有不同静电电势的物体或表面之间的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电）的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电）WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 2.静电的概念：静电的概念：靜電：靜電：一種相對穩定狀態的電荷（一種相對穩定狀態的電荷（就是物

4、体上多余的电荷。它所产生的效应包括带电体之间力就是物体上多余的电荷。它所产生的效应包括带电体之间力的作用和电场的作用和电场）衡量靜電物理量：衡量靜電物理量： 靜電電量：表示電荷多少的物理量，即電量，通常用靜電電量：表示電荷多少的物理量，即電量，通常用“Q”表示，單位為庫倫：表示，單位為庫倫：“C” Q = CV （C表示對大地的分佈電容，表示對大地的分佈電容，V表示對大地的電壓）表示對大地的電壓）WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 质子质子+ ve chargeQty = n2原子核原子核n1 = n2 for electrical

5、ly stable中子中子No chargeQty = n3电子电子- ve chargeQty = n1 原子模型原子模型 物质由原子构成，他们在常态下遵守守恒定律，因此此时物质在没有其他外界因素影响下，物质由原子构成，他们在常态下遵守守恒定律，因此此时物质在没有其他外界因素影响下，不显示带电不显示带电 库伦定律：同性相斥，异性相吸库伦定律：同性相斥，异性相吸 注：注：任何物质都是由原子组合而成，而原子的基本结构为质子、中子及电子。质子与中子因质量较任何物质都是由原子组合而成，而原子的基本结构为质子、中子及电子。质子与中子因质量较高，紧密结合在一起称为原子核。电子因质量甚小，环绕于原子核外。

6、依其电气特性，将质子定义高，紧密结合在一起称为原子核。电子因质量甚小，环绕于原子核外。依其电气特性，将质子定义为正电，中子因不具电气特性，称不带电为正电，中子因不具电气特性，称不带电,电子的电气特性与质子相反电子的电气特性与质子相反,为带负电。在正常情况下，一为带负电。在正常情况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现为中性不带电个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现为中性不带电WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training + ve- veFQ1Q2静电荷同样会产生电场效应，即静电场静电荷同样会产生电场效应，即

7、静电场也会产生磁场效应，但相较电场效应可以忽略不计也会产生磁场效应，但相较电场效应可以忽略不计。静电场的静电场的电场线电场线起于正电荷或无穷远，终止起于正电荷或无穷远，终止 负电荷或无穷远，故静电场是负电荷或无穷远，故静电场是有源场有源场在任何两个在任何两个 带电点中存在作用力带电点中存在作用力: :力作用在两点的直接连线方向上力作用在两点的直接连线方向上力的大小和电荷量的乘积成正比力的大小和电荷量的乘积成正比力的大小和距离的平方成反比力的大小和距离的平方成反比 静电场遵循库伦定律，当静电场遵循库伦定律，当一个带电的物体靠一个带电的物体靠 近另一个导体时，导体的电荷发生明显的变化，近另一个导体

8、时，导体的电荷发生明显的变化， 物理学中把这种现象叫做物理学中把这种现象叫做静电静电感应感应 ( )F =41Q1Q22WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 靜電的產生：影响电子工业生产所涉及的起电方式主要有三種：摩擦分離起電，膠粘靜電的產生：影响电子工业生产所涉及的起电方式主要有三種：摩擦分離起電，膠粘剝離起電，靜電感應起電。剝離起電，靜電感應起電。静电的主要来源:接触 + 摩擦或压力 + 分离 “摩擦摩擦”生电生电Contact + Friction + SeparationContact + Pressure + Separat

9、ion 1.摩擦起電摩擦起電摩擦是一个不断接触和分离的过程，实质上是物体接触分离造成正负电荷不平衡的过程。當兩摩擦是一个不断接触和分离的过程，实质上是物体接触分离造成正负电荷不平衡的过程。當兩種具有不同的電子化學勢的材料接觸時，電子將從化學勢高的材料向化學勢低的材料轉移種具有不同的電子化學勢的材料接觸時，電子將從化學勢高的材料向化學勢低的材料轉移WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 实验证明：表面起电临界值与空气湿度，物体表面形态，物体的绝缘程度，摩擦介质实验证明：表面起电临界值与空气湿度，物体表面形态，物体的绝缘程度，摩擦介质种类，

10、摩擦速率等因素有关，一般空气湿度为种类，摩擦速率等因素有关，一般空气湿度为70%以上时，起电现象会明显减少；物体以上时，起电现象会明显减少；物体的体积电阻率和表面电阻率分别为的体积电阻率和表面电阻率分别为1*10e10m、1*10e10以上时，物体会明显地呈现以上时，物体会明显地呈现起电现象起电现象绝缘物体会带较高的电位，湿度较大时，绝缘物体会呈现导体特性，但导体不会（表绝缘物体会带较高的电位，湿度较大时，绝缘物体会呈现导体特性，但导体不会（表面会中和）面会中和）静电不是由摩擦产生的!摩擦过程增加接触面,接触产生静电(接触面越大,其产生的静电越大).许多物料的表面都不够平整或具备足够的柔性,来

11、达到接触/分离所需要产生静电的程度.片状物和粘带具备良好的接触条件,所以较容易产生静电.除了增加接触面,也可以增加分离速度. 摩擦过程所产生的热能增加电荷的迁移程度.“接触生电”较“摩擦生电”的观念要正确! WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 空气中的水气增加空气的导电性，因此减少静电的积累。相对湿度越高越好（60%）高湿度对于一些考虑（如腐蚀、污染等）不利折中湿度要求 40% 60%低于30%的湿度对于Class 1(100V)防御要求十分困难干燥并带杂质的空气，在高速流动下（如清洗工艺）也容易产生静电。vSFI环境要求：55 1

12、0 %(SFI：美国汽车零部件贸易组织）WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 一切活动都可能产生静电！ 即使在高达90%湿度下，大量的静电还是可能产生！ 湿度不应该作为主要的ESD控制手段！ 只能作为后备的“安全网”！湿度的作用类似离子风机，但效率较低。而且湿度控制的成本也相当客观相对湿度10%40%65%拆除PCBA的非防静电气泡包装26KV20KV7KV走过毛地毯35KV15KV7.5KV工作台上的一般移动6KV800V400V从工作

13、台上拾取塑料胶袋20KV3KV1.2KVWIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 2.剝離起電剝離起電 兩個緊密接觸的物體在外力作用下迅速分離，一些電子從一個物體轉移到另一個物體上，使兩者 都帶電。同種物質間的剝離或不同物質間的剝離都會產生靜電。现象：撕不乾膠、傳送帶WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 3.感应起电感应起电针对导电材料而言，导体靠近带电体时，由于电场的作用使导体带电绝缘体不能够被电感生电!導體和半導體會發生感應生電 WIESONTechnologies Co.,

14、 Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 4.其他：其他：(1)斷裂起電斷裂起電 ：物質破斷后能在宏觀範圍內導致正負電荷的分離。如固體粉碎、斷裂。(2)传导起电：传导起电：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如 与带电物体接触，将发生电 荷转移(3)流动、热电、光电、压电等流动、热电、光电、压电等WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛Rabbit fur(兔毛) Glass(玻璃)Mica(云母)Human hair(人类毛发)Nylon(尼龙)Wool(羊毛)Fur(毛皮)Lead(石墨)Silk(丝绸)Aluminum(铝)Paper(

15、纸张)Cotton(棉花)Steel(钢材)Wood(木材)Sealing wax(封蜡/火漆)Nickel,copper,brass,silver(镍/铜/黄铜/银)Polyester(聚酯)Silicon(硅)Teflon(聚四氟乙烯)More PositiveMore Negative表中是电子制造业常用的表中是电子制造业常用的材料材料ESD風險風險.ESD Training WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛靜電的特點：靜電的特點：小電容；高電壓；受環境影響較大（濕度）；靜電場是矢量，可疊加；放電時間短（微妙小電容；高電壓；受環境影響較大（濕度）；

16、靜電場是矢量，可疊加；放電時間短（微妙/納秒）；納秒）；瞬間電流很高瞬間電流很高靜電與直、交流電的區別：靜電與直、交流電的區別：靜電靜電直、交流直、交流現象現象靜止的電荷靜止的電荷流動的電荷流動的電荷放電時間放電時間瞬間放電（皮秒瞬間放電（皮秒微妙）微妙）持續放電持續放電能量能量通常情況下能量很小通常情況下能量很小能量大能量大人體感覺人體感覺不易感覺（通常在不易感覺（通常在3000V以上才能被感覺到以上才能被感覺到）36V以上的電壓即可對人體構成威脅以上的電壓即可對人體構成威脅ESD Training WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛 濕度對靜電電壓的影

17、響濕度對靜電電壓的影響一般來說，靜電存在于物體的表面，不會造成任何的影響，一般來說，靜電存在于物體的表面，不會造成任何的影響，静电产生环境与条件静电电压(V)10%RH40%RH55%RH人在地毯上行走35000150007500人在塑胶地板上行走1200050003000坐在椅子上的工人1200050003000从包装箱上拿出泡沫26000200007000无接地措施时人体的运动6000800400穿着合适的脚带在静电地板上行走15ESD Training WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD是指處於不同靜電電位兩個物体间的静电电荷的转移。这种转移的

18、方式有多种，如接触放电、是指處於不同靜電電位兩個物体间的静电电荷的转移。这种转移的方式有多种，如接触放电、 空气放电等（空气放电等（电荷从一个物体到另一个物体的转移即电荷从一个物体到另一个物体的转移即带有不同静电电势的物体或表面之间带有不同静电电势的物体或表面之间 的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电的静电电荷转移。有两种形式：接触放电，电场击穿放电ESD Training WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛什麽是什麽是ESD？ESD的現象ESD的基本概念ESD的特點電子工業中的靜電問題電子工業中的靜電問題ESD對敏感電子元器件的傷害靜電防護

19、的原理防靜電工作區（EPA）的構成與技術要求防靜電系統的檢驗與測試靜電放電模型的概述靜電防護我們應該做些什麽？靜電防護我們應該做些什麽？ESD Training WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛靜電放電的危害：靜電放電的危害：靜電帶電放電現象力學現象電擊火災産生故障静电危害的方式 1. 吸附尘埃 对微电子生产业影响很大，在现代大规模集成电路生产中，如果静电吸附几微米的尘对微电子生产业影响很大，在现代大规模集成电路生产中，如果静电吸附几微米的尘埃在芯片上，会造成十几根芯线之间的绝缘阻抗，引起短路，使芯片损坏埃在芯片上，会造成十几根芯线之间的绝缘阻抗，引起短

20、路，使芯片损坏 2. 静电放电 当带电物体与一些导体接触时或靠得很近时，电荷会找到一条途径突然放掉，瞬间产当带电物体与一些导体接触时或靠得很近时，电荷会找到一条途径突然放掉，瞬间产生高电能，如途径是半导体电路，就会产生静电损坏生高电能，如途径是半导体电路，就会产生静电损坏 3. 静电感应 感应放电产生的宽频带脉冲干扰可对计算机和低电平数字电路发生反转效应或导致仪感应放电产生的宽频带脉冲干扰可对计算机和低电平数字电路发生反转效应或导致仪器运转失常器运转失常ESD Training WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛人體對靜電電壓的感覺電位(V)電擊程度備註1

21、000完全無感覺2000手指外側有感覺，但不痛发出微弱的放电声2500有針觸的感覺，有哆嗦感，但不痛3000有被針刺的感覺，微痛4000有被針深刺的感覺，手指微痛见到放电的微光5000從手掌到前腕感到痛指尖延伸出微光6000手指感到劇痛，后腕感到沉重7000手指和手掌感到劇痛，稍有麻木感覺8000從手掌到前腕有麻木感覺9000手腕子感到劇痛，手感到麻木沉重10000整個手感到痛，有電流流過的感覺11000手指劇痛，整個手感到被強烈電擊12000整個手感到被強烈電擊ESD Training WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛静电危害的特点隐蔽性：一般情况下，

22、人体不能直接感知一般情况下，人体不能直接感知2KV以下的静电放电，而接触到电子产品元器件时，会以下的静电放电，而接触到电子产品元器件时，会不知不觉受到伤害不知不觉受到伤害潜在性：有些电子元器件受到静电损伤后仅表现出某些参数的下降，或使产品出现可自愈的击穿有些电子元器件受到静电损伤后仅表现出某些参数的下降，或使产品出现可自愈的击穿，或其他非致命的损害，但随着工作时间的延长，最终发生致命失效，或其他非致命的损害，但随着工作时间的延长，最终发生致命失效损坏的随机性：可能在产品从进料一直到出货的所有过程都会受到静电损坏的威胁，具有很大的可能在产品从进料一直到出货的所有过程都会受到静电损坏的威胁，具有很

23、大的随机性随机性失效分析的复杂性：静电放电造成器件损伤的分析工作非常困难，一是需要高精密的仪器设备，静电放电造成器件损伤的分析工作非常困难，一是需要高精密的仪器设备，二是与其他原因造成的损伤难以区分二是与其他原因造成的损伤难以区分严重性：表面上看来只影响了制成品的用户，但实际上亦影响了各层次的制造商，如：维修费、表面上看来只影响了制成品的用户，但实际上亦影响了各层次的制造商，如：维修费、赔款及公司的声誉等等赔款及公司的声誉等等以上以上:人体能感觉出静电存在的水平为 2000 4000 volts,但敏感器件只需 100 volts便能被损坏(大部分地区1米/1英尺)。2.使用具有屏蔽功能的包装

24、或盒子来运送ESDS器件。3.具屏蔽功能的材料必须是： Surface resistance 104/sq 或 Volume resistance 800VCDMClass C1Class C2Class C3Class C4Class C5 100V101V 200V201V 400V401V 800V 800V2000 to 4000VClass 24000 to 8000VClass 3A500 to 1000VClass 1B1000 to =8000VClass 3B250 to 500VClass 1A250VClass 0Voltage RangeClass较常用的ESDA标准M

25、IL-STD-1686C美国军用标准WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training 器件种类器件种类ESD电压范围（电压范围（HBM V）硬盘磁头硬盘磁头10-100VVMOS半导体器件半导体器件30-1800VMOS场效应管器件场效应管器件100-200V砷化镓场效应管器件砷化镓场效应管器件100-300V存储器存储器100V结型场效应晶体管结型场效应晶体管140-7000V声波表面滤波器声波表面滤波器150-500V运算放大器运算放大器190-2500VCMOS250-3000V肖特放大器肖特放大器300-2500V薄膜电阻薄膜电阻300-

26、3000V双极型晶体管双极型晶体管380-7000V射极耦合逻辑电路射极耦合逻辑电路500VLED500-8000V可控硅器件可控硅器件680-1000Vv部份元器件的ESD敏感度WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training vHBM的考虑：的考虑：人体接地的实现以降低人体静电压，一般以100V/35M为基本要求 模式电路模拟带电人体对器件放电的情况典型参数数据：Cp = 50 250pF80%人体容值小于100pFRp = 1 5KCpRRpCurrentTime(nsec)典型 rise time: 10 nsec典型 decay tim

27、e: 50 300 nsecWIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛ESD Training .High Voltage Pulse Generator.DUT faucet.Short500S1S2C1100pFR11500OhmR2Terminal ATerminal BHBM discharge via shorting wireHBM discharge via 500 load100 Nanoseconds per division5 Nanoseconds per divisionHBM的模擬電路的模擬電路WIESONTechnologies Co., Ltd.昆山驊盛昆山驊盛Thank YouAutomotive Electronic Division2014WIESON Kun-Shan