ESD防护培训解析课件.ppt
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1、静电放电控制与防护技术静电放电控制与防护技术whatwhyHOWESD1静电放电控制与防护技术静电放电控制与防护技术静电放电(静电放电(ESDESD)基础知识基础知识 ESDESD防护技术的标准与规范防护技术的标准与规范 除静电离子设备系统除静电离子设备系统 ESDESD静电接地系统静电接地系统 2静电放电(静电放电(ESD)基础知识基础知识1、ESD定义定义2、静电的基本起电机理、静电的基本起电机理3、静电放电及其危害、静电放电及其危害4、电子工业中的主要静电源、电子工业中的主要静电源5、电子行业、电子行业ESD控制与防护综述控制与防护综述31.ESD1.ESD定义定义1.1 1.1 静电静
2、电 人们一般意义上所说的静电,是指静电荷或静电场。定义:所谓静电荷,是指相对于观察者而言静止静止的电荷或带电体。无论是静电荷或带电体,都会在空间激发出静电静电场场。静电场才是静电荷或带电体的物理本质。因为其对外表现是通过静电场来实现的。静电场是一种物质存在,对其中的其它带电物体施加力的作用。41.ESD1.ESD定义定义1.2 1.2 静电放电(静电放电(ESDESD)IEC定义:处于不同电位不同电位的两个物体之间,由于直接接触直接接触或静电场感应静电场感应导致的电荷传输电荷传输(转移)。静电与静电放电是完全不同的物理概念或物理过程。一个是“静”,一个是“动”。伴随着静电放电,往往有电量的转移
3、、电流的产生和电磁场辐射。52.2.静电的基本起电机理静电的基本起电机理接触分离起电接触分离起电固体摩擦起电固体摩擦起电 静电感应(静电场作用)静电感应(静电场作用)喷喷射起电射起电其它起电机理其它起电机理62.2.静电的基本起电机理静电的基本起电机理2.1 2.1 接触分离起电接触分离起电 两种不同的物质不同的物质接触时(图a),电子由逸出功低的一方向逸出功高的一方扩散,并在一定的区域内形成偶电层(图b),从外部看是不带电的,如果使两个接触的固体突然分离,它们将分别带上电量相等而符号相反的电荷(图c)。72.2.静电的基本起电机理静电的基本起电机理2.1 2.1 固体摩擦起电固体摩擦起电1
4、1)原理)原理 摩擦带电方法是指任意物体之间相互摩擦并分别带上异号电荷。其起电机理与“接触分离”方式相同,但物体间的摩擦作用增加了接触点数,而且由于热效用可改变相互作用面的表面能量状态,促进了物体的起电。82.2.静电的基本起电机理静电的基本起电机理2.2 2.2 固体摩擦起电固体摩擦起电 2 2)静电序列)静电序列 任意两种固体相互接触并使其突然分离或相互摩擦,均可测得它们各自带上大小相等而符号相反的电荷,并且这种正、负符号由材料种类所决定,并具有一定的规律性。静电序列特性:系列中任意两种物质相互摩擦后,位居前面的带正电前面的带正电、位居后面的带负电后面的带负电;两种物质位置在静电序列表上的
5、位置相距越远,摩擦后产生的电位差越大。92.2.静电的基本起电机理静电的基本起电机理2.3 2.3 静电感应(静电场作用)静电感应(静电场作用)将不带电的中性导体置于带电体附近,由于电场电场的作用的作用,靠近带电体的一侧将聚积与带电体极性相反的电荷。102.2.静电的基本起电机理静电的基本起电机理2.4 2.4 喷喷射起电射起电 当气体中混有悬浮液(固)体微粒时,在高压喷出时,微粒与管壁/喷嘴之间高速摩擦、碰撞、分离高速摩擦、碰撞、分离,引起气、液(固)混合物带电。同时也使管壁、喷嘴带电。112.2.静电的基本起电机理静电的基本起电机理2.5 2.5 其它起电机理其它起电机理断裂起电 压电效应
6、 热电效应(冷冻起电)电动电势 沉降起电 溅泼起电123.3.静电放电静电放电及其危害及其危害 3.1 3.1 静电放电的特点静电放电的特点1 1)ESDESD是高电位,强电场,瞬时大电流的过程是高电位,强电场,瞬时大电流的过程 在大多数情况下,静电放电过程产生的放电过程往往会产生瞬时大电流瞬时大电流。尤其是带电导体带电导体或手持小金手持小金属体属体(如螺丝刀或钥匙)的带电人体对接地体产生火花放电时,产生的瞬时脉冲电流的强度可达到几十安培甚至上百安培。133.3.静电放电静电放电及其危害及其危害3.1 3.1 静电放电的特点静电放电的特点2 2)ESDESD会产生强烈的电磁辐射,形成强电磁脉冲
7、会产生强烈的电磁辐射,形成强电磁脉冲 在ESD过程中,会产生上升时间很快、持续时间很短的初始大电流脉冲初始大电流脉冲,并产生强烈的电磁辐射,出现了静电放电电磁辐射(ESD EMP)。它的电磁能量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏、翻转,或引起某些装置中的电火工品误爆,造成事故。143.3.静电放电静电放电及其危害及其危害3.1 3.1 静电放电的特点静电放电的特点3 3)ESDESD是一种很难重复的随机过程是一种很难重复的随机过程 ESD是一个极其复杂的过程,它不仅与材料、物体形状和放电回路参数有关,而且在放电时往往还涉及到非常复杂的气体击穿过程。因此,ESD是一个很很难重复难重复的随机随机过
8、程。153.3.静电放电静电放电及其危害及其危害3.2 3.2 静电放电的类型静电放电的类型 由于静电源或带电体可能是固体、气体、液体,又由于带电体本身的大小、形状、带电量、放电环境条件等的不同,所以ESD可能是多种形态。目前发现的ESD形态有电晕放电电晕放电、刷型放电刷型放电、火花放电火花放电、传播型刷型放电、大型料仓内的粉堆放电、雷状放电、电场辐射放电等7种。163.3.静电放电静电放电及其危害及其危害3.2 3.2 静电放电的类型静电放电的类型1 1)电晕放电)电晕放电 电晕放电是发生在不均匀的电场不均匀的电场中,空气被局部电离的一种放电形式。处在空气中的带电体及接地表面上有突起或棱角突
9、起或棱角部分,当其带电体的电位足够高时,也会产生电晕放电。这种放电有时又称尖端放电尖端放电。电晕放电是一种高电位、小电流高电位、小电流、空气被局部电离的放电过程。173.3.静电放电静电放电及其危害及其危害3.2 3.2 静电放电的类型静电放电的类型2 2)刷型放电刷型放电 刷型放电往往发生在导体与带电绝缘体之间导体与带电绝缘体之间。产生刷型放电时形成的放电通道在导体一端集中在某一点上,而在绝缘体异端有较多分叉,分布在一定空间范围内。根据其放电通道的形状,称为刷型放电。183.3.静电放电静电放电及其危害及其危害3.2 3.2 静电放电的类型静电放电的类型3 3)火花放电火花放电 当静电电位比
10、较高静电电位比较高的带电导体或人体导体或人体,靠近其它导体或人体时,便会引发静电火花放电。火花放电是一个瞬变的过程,放电时两导体间的空气被击穿,形成火花通道。与此同时还伴随着劈啪的爆裂声。火花放电产生的放电电流及电磁脉冲具有较大的破坏力。它可对一些敏感的电子元器件和设备造成伤害。193.3.静电放电及其危害静电放电及其危害人与导体的火花放电之异同人与导体的火花放电之异同 带电导体产生的火花放电和人体产生的火花放电是不完全相同的。在多数情况下,导体的静电放电形成一次火花通道便能放掉绝大部分静电电荷,即静电能量可以集中释放。而对于人体静电放电来说,由于人体阻抗是随人体静电电位的变化而变化,在一次放
11、电过程中可能包含了多次火花通道的形成、消失过程,即重复放电重复放电。在每次放电过程中仅仅放掉一部分电荷。即每次仅释放人体静电能量的一部分。203.3.静电放电静电放电及其危害及其危害3.2 3.2 静电放电的类型静电放电的类型4 4)其它放电类型 传播型刷型放电、大型料仓内的粉堆放电、雷状放电、电场辐射放电等放电类型,在一般的电子行业生产中,很少出现。不作详细讨论。213.3.静电放电静电放电及其危害及其危害3.3 3.3 静电放电对电子行业的危害静电放电对电子行业的危害1)ESD使ESDS元器件硬击穿或失效硬击穿或失效。2)ESD使元器件软击穿软击穿。3)静电吸附(影响元器件或整机质量)。4
12、)ESD电磁辐射引起电磁干扰。上述危害可能发生在预处理、各生产工艺流程、测试、组装、调试、包装、储存、发送维修、运输等环节。223.3.静电放电及其危害静电放电及其危害3.3 3.3 美国军事标准的相关阐述美国军事标准的相关阐述(1)MOS器件(金属氧化物半导体器件)成品率低是静电损伤的影响。通过使用、试验和失效分析,确认其它一些元件对ESD的敏感性的敏感性也变得十分明显:由于工艺越来越复杂,集成度也越来越高,因此有源元件之间电介质更薄,对ESD更敏感;由于当代微细结构和设计特点,使元件在低于20V的ESD电压下就被破坏或损伤。233.3.静电放电及其危害静电放电及其危害3.3 3.3 美国军
13、事标准的相关阐述美国军事标准的相关阐述(2)现在已确定,对一般由生产、测试、工作和维护人员产生的静电电压电平敏感的各种电子和电气元件包括:微电子和半导体器件、薄厚膜电阻、芯片、微电子和半导体器件、薄厚膜电阻、芯片、混合电路和电压晶体混合电路和电压晶体。另外,由这些元件组成的子组件、组件和设备若没有采用适当的保护电路,也对ESD敏感。243.3.静电放电及其危害静电放电及其危害3.3 3.3 美国军事标准的相关阐述美国军事标准的相关阐述(3)在设备使用寿命期制造、组装、检查、处置、包装、运输、保管、储存、测试、安装和维修过程中,敏感元件会不断受到损坏敏感元件会不断受到损坏。因此不实行ESD控制已
14、经引起昂贵的修理成本、设备(仪器)过长时间的停机、使用效率低等。253.3.静电放电及其危害静电放电及其危害3.3 3.3 美国军事标准的相关阐述美国军事标准的相关阐述(4)人们未认识到ESD对电子、电气产品的影响,因为他们被以下原因掩盖:1)经常把ESD失效分析为瞬态过程电应力,而不是静电应力引起的;2)由于失效分析不深入,经常把ESD引起的失效错误归为随机的、未知的初步失效、制造或缺陷或其它方面。3)只有很少的实验室配备有分析ESD失效所需要的扫描电镜或其它仪器和技术;263.3.静电放电及其危害静电放电及其危害3.3 3.3 美国军事标准的相关阐述美国军事标准的相关阐述4)有些设备和项目
15、被认为出现大量失效是正常的,因此他们不是去认识和解决ESD问题,只是简单的采取采购大量配件的方法;5)人们认为只是MOS元件生产线和军事上使用的场合需要静电控制;6)许多人认为由二极管、电阻网络或其它保护技术所“保护”的ESDS元件是非ESDS元件。7)静电放电失效并不总是暴露在静电场后立即发生的,而有时可能只产生潜在缺陷。274.4.电子行业中的主要静电源电子行业中的主要静电源典型的主要静电源典型的主要静电源 材料或活动材料或活动 工作表面 打蜡的、油漆的、涂清漆的表面;普通的乙烯基材料、各种塑料 地板 封闭式混凝土;打蜡或油漆木地板;普通乙烯地砖或薄板 工作服 一般清洁室工作服;一般人造丝
16、工作服;普通鞋子;干净棉花(RH30以下)椅子 油漆木质椅子;乙烯基椅子;玻璃纤维椅子284.4.电子行业中的主要静电源电子行业中的主要静电源典型的主要静电源典型的主要静电源 材料或活动材料或活动 包装和处置 一般塑料袋、皮包、信封;一般气泡、泡沫材料;一般塑料盘、周转箱、运输盒、小瓶、元件盒;各种元件存储器 组装、清洗、测试、维修区 喷雾清洗器;一般吸锡器;烙铁头未接地的烙铁;刷子(人造硬毛);用液化或蒸发来清洗或干燥;烘箱;低温喷雾;热喷雾枪或热吹风;喷沙;静电复印 294.4.电子行业中的主要静电源电子行业中的主要静电源典型的静电电压典型的静电电压静电产生方法静电电压相对湿度101020
17、20相对湿度65659090走过地毯350001500走过乙烯地板12000250工作台处的操作者6000100包说明书的乙烯封皮7000600拿起一般的聚乙烯袋200001200305.ESD5.ESD敏感度等级敏感度等级ESDS分级表1级,静电敏感度范围 01999V微波器件(肖特基势垒二极管、点接触二极管、其他检波二极管)(10200V)离散型MOS FET器件(100200V)表面声波(SAW)器件(150500V)结型场效应晶体管(J FET)(1407000V)电耦合器件(6001000V)精密稳压二极管(加载电压稳定度0.5%)(600V)运算放大器(OP Ams)(140250
18、0V)薄膜电阻器(1403000V)集成电路(IC)、使用使用1 1级元器件的混合电路级元器件的混合电路、超高速集成电路(UHSIC)(3002500V)可控硅整流器(SCR)当100时ID0.175A(600V1000V)315.ESD5.ESD敏感度等级敏感度等级ESDS分级表2级,静电敏感度范围 20003999V由试验数据确定为2级的元器件和微电路离散型NDS FET结型场效应(J FETS)运算放大器(OP Ams)集成电路(IC)超高速集成电路(UHSIC)精密电阻网络(RZ)使用2级元器件的混合电路低功率双极性晶体管PT100mN,IC 100mA(800V)325.ESD5.E
19、SD敏感度等级敏感度等级ESDS分级表3级,静电敏感度范围 400015999V由试验数据确定为3级的元器件和微电路离散型MOS FET、运算放大器(OP Ams)集成电路(IC)、超高速集成电路(UHSIC)所有未包括1或2级的其他微电路小信号二极管(功率1W或ID0.175A)低功率双极性晶体管(100mWPT350mW)100mAIC350mA)光电器件(LEDS,光晶体管,光耦合器)片状电阻器、使用3级元器件的混合电路、压电晶体336.6.电子行业电子行业ESDESD控制与防护综述控制与防护综述 6.1 ESD6.1 ESD控制的纲领性文件控制的纲领性文件 MIL-STD-1686A
20、ESD Control Program(DOD-STD-1686)(1686A,1988;1686B,1992;1686C,1995,重申263是该文件的一部分)MIL-HDBK-263 ESD Control Handbook(DOD-HDBK-263 保护电气和电子元件、组件和设备(不包含电引爆器件)的静电放电控制手册 主要内容:主要内容:定义,ESDS分类,失效类型,ESD保护区(防护材料,防护设备,接地),操作顺序,保护网络,人员培训人员培训等。346.6.电子行业电子行业ESDESD控制与防护综述控制与防护综述 6.2 6.2 其它有影响的国际标准其它有影响的国际标准 EOS/ESD
21、系列 1.0,2.0,20.20 ANSI系列 NFPA系列 美军标系列、英国标准、日本标准 IEC系列 EMC系列 基础标准(Basic STD,涉及定义,试验测量)通用标准(Generic STD,涉及标准试验方法)产品类标准(Products-Family STD)356.6.电子行业电子行业ESDESD控制与防护综述控制与防护综述 6.3 6.3 静电耗散与接地静电耗散与接地 接地种类繁多接地种类繁多 安全接地:安全接地:设备安全接地 接零保护 防雷接地 静电接地(硬接地,软接地)信号接地:信号接地:单点接地 多点接地 混合接地 悬浮接地 366.6.电子行业电子行业ESDESD控制与
22、防护综述控制与防护综述 6.4 6.4 静电中和静电中和 有源静电消除器:AC DC 单极性 双极性 强逼送风 无源静电消除器 最大特点:安全;最大缺点:残余电压高放射性静电消除器376.6.电子行业电子行业ESDESD控制与防护综述控制与防护综述 6.5 6.5 静电屏蔽与接地静电屏蔽与接地 静电干扰分为静电场感应作用和静磁场耦合作用,它们都可以用屏蔽方法来抑制。屏蔽原理如图1所示。设导体A带正电。若临近有导体B,则因静电感应,B靠近A的一端带负电。如果将A用金属屏蔽体包围起来,则出现图2所示的复杂情况。但是,若将金属屏蔽体接地,就可时屏蔽体外侧电场消失,导体B就不会受到电磁干扰。这就是静电
23、屏蔽的基本原理。-+AB1-+2-+-+-+386.6.电子行业电子行业ESDESD控制与防护综述控制与防护综述 6.5 6.5 静电屏蔽与接地静电屏蔽与接地 静电屏蔽两个基本要点静电屏蔽两个基本要点 完善的屏蔽体完善的屏蔽体、良好的接地良好的接地是静电屏蔽的两个基本要点。只有两者具备,才能达到屏蔽目的。396.6.电子行业电子行业ESDESD控制与防护综述控制与防护综述 6.6 6.6 增湿增湿 湿度越高,静电越易于泄露湿度越高,静电越易于泄露,但电气设备也易于发生故障。因此,我们要维持一定的空气湿度,以利于产品的生产。关于湿度要求,各标准有种不同的要求,较有代表性的有GJB的45%75%,
24、IEC的30%70%等。相比之下,30%70%的标准较受推崇。由于湿度高易于对产品造成其它的潜在影响,因此,连静电学上的专家都不主张增加湿度来控制静电。406.6.电子行业电子行业ESDESD控制与防护综述控制与防护综述 6.7 6.7 材料控制材料控制(1)选用不产生或少产生静电的材料。(2)对材料进行处理。通过使用表面活性剂(抗静电剂)、增加表面光洁度、喷涂导电油漆或导电涂料浸泡等方法,对材料进行处理,以使材料呈静电耗散性。(3)巧妙利用静电序列。在工艺设计时,如果一种材料在上一道工序中产生正电,则下一道工序中选择材料使其产生负电。416.6.电子行业电子行业ESDESD控制与防护综述控制
25、与防护综述 6.8 6.8 静电敏感器件防护静电保护网络设计静电敏感器件防护静电保护网络设计 外部保护网络外部保护网络 输入端串联电阻(限流);并联二极管(能量旁路)。内部保护网络内部保护网络426.6.电子行业电子行业ESDESD控制与防护综述控制与防护综述 6.9 6.9 人体静电及其控制技术人体静电及其控制技术1 1)人体静电的充电与放电)人体静电的充电与放电人体起电方式人体起电方式 接触分离起电:最主要的起电机理。感应起电:有时电位很高。如:在雷云下行走,可达50KV。传导起电:接触其它带电体。吸附起电:主要吸附粉体或水雾。人体吸附电位可达50KV。436.6.电子行业电子行业ESDE
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