ESD知识-ESD包装选用的技术考虑(中)
ESD静电防护知识及标准
ESD静电防护知识及标准
表 3-2 典型的静电压生成强度
来源 地毯上行走 聚乙烯地板上行走 工作椅上的人员 聚乙烯封套 (作业指导书) 工作台面上拿起 塑料带 带泡沫垫的座椅 湿度 10-20% 湿度 65-90% 35000V 12000 V 6000 V 7000 V 20000 V 18000 V 1500 V 250 V 100 V 600 V 1200 V 1500 V
0级区域 在正常情况下，爆炸性气体混合物连续地、短时间 频繁出现或长时间存在的场所。 1级区域 在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场 所。 2级区域 在正常情况下，爆炸性气体混合物不能出现，仅在不 正常情况下偶尔短时间出现的场所。
ESD静电防护知识及标准 静电工作服GB 12014-89
部分可燃性气体、蒸气（和空气混合）的引燃危险性表
实验方法
ESD静电防护知识及标准 静电工作服GB 12014-89
A、 衣服接缝
服装的缝合部位，缝合要仔细、紧密。缝合强度按GB 3923 规定进行测定，其断裂强力不得小于98 N。 B、结构设计 1、穿着轻便、舒适、偏于解脱及利于人体活动 2、款式规格 一般工作服上装为 “三紧式” 下装为“直筒裤”
ESD静电防护知识及标准 静电工作服GB 12014-89
静电工作服
本国标规定了防静电工作服（以下简称防静电服）的质量要 求、安全性能、检验规则、标志和包装等。 引用标准 GB 1335 服装号型系列 GB 2668 男女单服上衣规格系列 GB 2669 男女单长裤规格系列 GB 2828 逐批检查计数抽样程序及抽样表（适用于连续批的检 查） GB 3923 机织物断裂强力和断裂伸长的测定（条样法） GB 4288 家用电动洗衣机 GB 4385 防静电胶底鞋、导电胶底鞋安全技术条件
ESD基本知识
contents •ESD概述•ESD的基本原理•ESD的防护措施•ESD在实际应用中的注意事项目录静电放电电荷累积与放电ESD的定义引发火灾或爆炸在特定条件下，ESD可能点燃易燃物质，引发火灾或爆炸，对人员和财产安全构成威胁。
损坏电子元件ESD产生的瞬间电流和电磁脉冲可能损坏电子设备的敏感元件，如CMOS芯片，造成设备故障或性能下降。
对人体健康的影响ESD放电可能对人体造成电击，虽然通常不会对健康人造成严重影响，但对心脏病患者或使用心脏起搏器的人可能构成生命威胁。
ESD的危害ESD的防控意义保障生产安全提升产品质量和可靠性保护电子设备静电的产生摩擦起电当两个不同金属接触后再分开，也会产生静电，通常是由于电子从一种金属转移到另一种金属上所导致的。
接触带电感应带电1静电的放电23在高电压下，空气中的气体分子会被电离，产生带电粒子，这些粒子在空气中形成电流，并伴随着发光、发声等现象。
电晕放电在两个带电物体之间，当电压升高到一定程度时，会突然产生一道火花，使电荷得以中和。
火花放电在大气中，由于云层内部带电粒子的不断运动和碰撞，会产生大规模的静电放电现象，即闪电。
闪电放电静电的传导与消散表面传导01体积传导02消散0303培训与教育人员防护01穿戴防静电服02佩戴防静电手环设备与器材防护使用防静电包装材料对静电敏感器件采用防静电包装材料进行包装，以防止静电对其造成损害。
设备接地确保所有设备良好接地，以及时泄放静电，避免静电积聚。
采用防静电工作台在电子制造过程中，应采用防静电工作台，以防止静电对电子产品的损害。
静电消除器严格管理控制室内温度和湿度环境防护电子产品的ESD防护设计030201生产过程中的ESD防护措施工作人员应穿戴防静电服、防静电鞋、防静电手环等防护用品，以减少静电产生和积累。
人员防护环境控制设备防护物料管理生产现场应保持一定的湿度，减少静电产生。
使用防静电地板、防静电工作台等设施。
对生产设备采取防静电措施，如使用防静电涂料、安装防静电装置等。
几种ESD器件的特性及选型原则
ESD器件ESD器件概述ESD保护元件的作用是转移来自敏感元件的ESD应力，使电流流过保护元件而非敏感元件，同时维持敏感元件上的低电压；ESD保护元件还应具有低泄漏和低电容特性，不会降低电路功能；不会对高速信号造成损害，在多重应力作用下保护元件的功能不会下降。
瞬态电压抑制器（TVS）、压敏电阻和聚合物是近几年发展起来的几种专用ESD呆护元件。
其中前两种元件均采用电压钳位的方式进行保护，采用带导电粒子的聚合物则是采用消弧（crowbar）保护策略。
压敏电阻和聚合物支持双向保护，但TVS可支持单向或双向保护。
传统的压敏电阻虽然在成本上具有一定优势，但它存在的一个最大问题是体积太大，无法满足手持设备的封装要求。
事实上，与压敏电阻相比，基于硅材料的TVS和聚合物材料ESD具有更好的钳制性能、更低的泄漏和更长的使用寿命。
高分子聚合物和TVS在多重应力下仍然可保持强大的性能，而压敏电阻则会随着使用次数的增多性能下降。
TVS技术利用的是半导体的钳位原理，在经受瞬时高压时，会立即将能量释放出去，而压敏电阻采用的是物理吸收原理，因此每经过一次 ESD事件，材料就会受到一定的物理损伤，形成无法恢复的漏电通道。
“TVS技术的原理就好像传统的打太极，可以轻松释放掉能量而不是直接与之对抗”。
这样做的好处是器件不会受到损害，基本上没有寿命限制。
从现场展示的TVS与压敏电阻的钳制电压曲线来看，TVS器件可以在极短时间内将输入的大电压钳制到5至6伏的水平，而压敏电阻的曲线则下降得非常缓慢，并且无法达到TVS器件的效果。
这表明 TVS器件在响应时间和钳制性能方面均优于压敏电阻。
几种ESD器件的比较1、普通二极管，只能起到箝制电压的作用，不能响应高达几百兆频率的ESD脉冲。
2、压敏电阻/热敏电阻/PTC，压敏电阻抗一次ESD脉冲后特性就会改变，而ESD 保护器件抗几万次也不会改变特性。
3、压敏电阻能承受更大的浪涌电流，而且其体积越大所能承受的浪涌电流越大，最大可达几十kA到上百kA;但压敏电阻的非线性特性较差，大电流时限制电压较高，低电压时漏电流较大。
ESD行业标准及产品资料
静电放电及防护培训
——选材与防护
代理销售品牌
一． 静电的产生与能量特征
• 根据分子和原子结构的理论,自然界中的一切物质都是由分子构成的,而 分子又是以原子组成的.原子是构成一切化学元素的最小粒子,它由带正 电的原子核和带负电的电子组成.在自然状态下,正负电荷是相等的,物质 处于电平衡的中性状态,即不带电.但当物体间发生摩擦、电场感应、介 质极化、带电微粒附着等物理过程时，物质原子中的电平衡状态被打破， 产生得失电子，物质由中性状态改为带电状态.物质带电按带电的存在 与状态变化可分为动电(流电)现象和静电现象.静电现象指相对于观察者 而言,所带的电荷处于静止或缓慢变化的相对稳定状态.而动电则与其相 反. • 静电也是一种能,它是以静电荷聚积的方式被存储起来的,它可以通过其 所形成的电场直接做功(如吸引或排斥带电物体),也可以通过放电等方式 转化为其他形式的能量(如光、声、热等形式）.
五. 电子产品静电放电损害的特点
. 隐蔽性:一般情况下人体电位都在1-2KV范围, 此电压水平人 体静电放电并无直观察觉,电子元器件在不知不觉中受到损 伤; • 失效分析的复杂性:电子产品因结构的精、细、微，静电损 伤难以与其它的原因所造成的损伤加以区别. • 损伤具有潜在性:电子产品受静电放电损伤后,仅表现出产 品某些性能参数的下降,尚未完全失效,不全面检测往往无 法发现;或产品出现可自愈的击穿或其它非致命的可累加的 损害时,形成潜在隐患. • 损伤的随机性。电子元器件的静电放电损伤有可能在产品 从加工制造到使用维护的任一环节、任一步骤、与任何有 关带电人体（或物体）接触时发生，具有很大的随机性。
减 少 静 电 危 害
提高产品 自身抗静 电能力 采用静电 屏蔽和接 地设计
ESD知识讲座
子产品制造中最普遍、最严重的危害。静电放电可能造成器件硬击穿或软击穿。 硬击穿是一次性造成器件的永久性失效，如器件的输出与输入开路或短路。 软击穿则可使器件的性能劣化，并使其指标参数降低而造成故障隐患。由于软击 穿可使电路时好时坏（指标参数降低所致），且不易被发现，给整机运行和查找 故障造成很大麻烦。软击穿时设备仍能带“病”工作，性能未发生根本变化，很
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十一、认证
11-1 11-2 11-3 11-4 11-5
认证的意义 ESDA 协会 美国国家标准认证 各单位应制定一个静电放电控制方案计划 ESD控制是一个持续性系统化的工作 1/2
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十二、结束语
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一、什么是ESD
1 ESD名词解释
ESD是代表英文ElectroStatic Discharge即“静电放电”的意思。 ESD是上世纪中期以来形成的研究项目：
为使电子器件及产品在购买、入库、发料、检验、储存、调测和安装 等过程中免受静电危害,了解静电产生的机理和一些防止静电产生危害的 相关知识是非常必要和重要的。
电子行业中静电障害可分为两类：一是由静电引力引起的浮游尘埃的 吸附；二是由静电放电引起的介质击穿；
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2-2-1 静电吸附
在半导体元器件的生产制造过程中, 由于大量使用了石英及高 分子物质制成的器具和材料，其绝缘度很高，在使用过程中一 些不 可避免的摩擦可造成其表面电荷不断积聚, 且电位愈来愈高，
由于静电的力学效应，在这种情况下, 很容易使工作场所的浮游尘 埃吸附于芯片表面，而很小的尘埃吸附都有可能影响半导体器件的良 好性能。所以电子产品的生产必须在非常清洁的环境中操作，并且操 作人员、器具及环境必须采取一系列的防静电措施，以防止和降低静 电危害的形成。
ESD知识培训
实施ESD管理
按照ESD管理标准，对ESD进 行全面、系统、科学的管理。
制定ESD管理计划
明确ESD管理的目标、任务、 时间表和资源需求。
确定ESD管理标准
制定ESD管理的标准、规范和 制度，确保ESD管理的规范化 和标准化。
监督与评估
对ESD管理进行监督和评估， 及时发现问题并采取措施进行 改进。
安全行为观察
通过观察员工在工作中对安全制度的遵 守情况和安全意识表现，评估员工的安 全意识和文化素养。
05
esd实践案例分析
企业esd实践案例
01
案例一
某大型制造企业ESD管理体系建设
02
背景介绍
该企业是一家大型制造企业，产品涉及多个领域。为了提高产品质量
和生产效率，该企业决定建立ESD管理体系。
符合法规要求
随着环保法规的日益严格，企业需要遵守相关法规，而环境可持 续性设计可以帮助企业满足这些要求。
esd相关术语
生命周期评估（Life Cycle Asse…
一种用于评估产品或服务在整个生命周期中对环境影响的方法，包括原材料的获取、生产 、运输、使用、回收和处理等环节。
绿色材料（Green Materials）
esd培训方法
理论授课
实操演练
通过讲解、演示、案例分析等方式，使员工 全面了解紧急情况下的应对策略和技能要求 。
组织员工进行模拟紧急情况下的演练，包括 疏散、救援、灭火等操作，使员工掌握实际 操作技能和应对技巧。
视频教学
网上学习
通过观看安全教育视频、事故案例分析等， 使员工更加直观地了解安全事故的危害和应 对方法。
RoHS指令的要求，各国纷纷制定了自己的ESD标准和流程。 • 实施过程：欧盟的RoHS指令要求电子产品中禁止含有铅、汞、镉等有害物质。为了符合这一要求，各国纷
ESD静电防护知识及标准
ESD静电防护知识及标准 静电工作服GB 12014-89
女下装尺寸控制要求
ESD静电防护知识及标准 静电工作服GB 12014-89
4、服装上一般不用金属附件，必须使用时（纽 扣、拉锁等）时，应保证穿着时金属附件不直接暴露。
5、服装应全部使用防静电织物，不使用衬里， 如必须使用时， 露出面积不得超过防静电服内面露出面积的20% 如超过，应可拆卸式
ESD静电防护知识及标准
表 3-2 典型的静电压生成强度
来源 地毯上行走 聚乙烯地板上行走 工作椅上的人员 聚乙烯封套 (作业指导书) 工作台面上拿起 塑料带 带泡沫垫的座椅 湿度 10-20% 湿度 65-90% 35000V 12000 V 6000 V 7000 V 20000 V 18000 V 1500 V 250 V 100 V 600 V 1200 V 1500 V
ESD静电防护知识及标准 静电工作服GB 12014-89
防静电服穿着要求
1、气体爆炸危险场所的区域等级属0区、1区且可 燃物的最小点燃能量在0.25 mJ以下者，应穿用防静电 服。 2、禁止在易燃易爆场所穿脱。 3、禁止在防静电服上附加或佩戴任何金属物件。 4、穿用防静电服时，必须与GB 4385中规定的防静 电鞋配套穿用。
ESD静电防护知识及标准 静电工作服GB 12014-89
2、洗涤时间 A级：大于30小时 B级：大于16.5小时 洗涤方法：参见国标 A级大约100次 B级大约50次
ESD静电防护知识及标准 静电工作服GB 12014-89
EPA 区域要求（军标3007）
ESD静电防护知识及标准 静电工作服GB 12014-89
ESD静电防护知识及标准
ESD静电防护知识及标准
ESD基础知识培训(的讲义)-文档资料
五、防静电工衣 作用：屏蔽人体身上衣服的静电； 要求：进入车间必须穿防静电工衣；
必须保持干净，袖口束紧、不能有破损。
六、防静电工帽 作用：屏蔽人体头发的静电； 要求：进入车间必须穿防静电工帽；
头发必须塞在帽内。
七、除静电离子风枪 作用：中和物体上的静电电荷,同时高速离子气流将静
电吸引的尘粒吹除,并阻止其再次吸引尘埃粒子. 要求：必须插上电源线才能产生离子；
手机的ESD测试标准
1、静电敏感器件 人们把对静电反应灵敏的电子器件称静电敏感器件（Static Sensitive
Device简称SSD）。 按静电的敏感程度分三级。 1级：静电敏感电压范围0-2019V 2级：静电敏感电压范围2000-3999V 3级：静电敏感电压范围4000-15990V 2、静电放电发生器 (ESD Generator)
②作业人员(人体)的除电 使用静电环、导电鞋等可以使人身体上的静电导走，就可除电。
③工作台的除电 使用防静电垫，且导电垫子必须接地就可除电。
ESD发生原理
ESD发生原理： 当集成电路（IC）经受ESD时，放电回路的电阻通常都很小，无法限 制放电电流。例如将带静电的电缆插到电路接口上时，放电回路的电 阻几乎为零，造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流，流入相应的IC 管脚。瞬间大电流会严重损伤IC，局部发热的热量甚至会融化硅片管 芯。ESD对IC的损伤还包括内部金属连接被烧断，钝化层受到破坏， 晶体管单元被烧坏。
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ESD包装选用的技术考虑（中）
摘要
本文描述了ESD防护包装及工作表面使用材料必须考虑的基本技术问题。
这些基本原理可用于传统的包装材料如纸箱、包装袋和周转箱，也可以用于暂时性包装材料，如制造过程中的周转包装袋。
这些原理同样也可以用于器件在组装过程中可能接触到的工作台台面和传送带。
几种典型的包装应用
卷盘包装.SMT的普及让卷盘成为集成电路（IC）取放方式的首选包装。
因为卷盘能够大幅度提高生产能力，并能减少操作人为影响，这种包装方式很大程度上取代了IC包装管。
然而，
卷盘包装最早用于分立型被动器件，如片式电阻的包装，因为这些器件通常不是ESD敏感器件。
早期的卷盘包装不是防静电的，结果，在将卷盘覆盖层从载带剥离时经常会产生超过10000V的静电。
此时片状器件甚至会受静电引力在载带上直立起来，这对自动化的生产过程有极大的危害。
这一点要求卷盘生产中与IC相接触的材料必须使用安全的材料。
因为会增加器件的潜在损伤缘故，我们努力寻找合适的材料来解决这一问题。
有一点是明确的，卷盘材料对器件产生的静电比包装管对器件产生的静电确实要高，尽管在它们的广告上说是ESD安全的，或者说是按照EIA541之类标准制作的。
表1 器件在包装管和不同材料的卷盘包装中产生的静电。
一些卷盘带上的确使用了抗静电材料，但这些材料仅仅是在外面的非粘贴层，粘贴面与器件接触后，仍会产生超出预料的高静电压。
除此之外，另外一点需要注意的是，载带材料的导电性过强，还可能会导致场感应的CDM失效。
其原因是，当时没有能与典型的抗静电材料相匹配的粘胶。
导电材料载带的这种缺陷在CDM敏感器件（150V）的一系列实验中可以得到证实。
将敏感器件装入表面电阻率为1~100 Ω/sq材料的载带，做振动试验，以模拟器件的运输和取放过程，然后测试其是否失效。
结果显示，器件中有相当大的数量击穿电压等电性能显著下降；相反，使用104Ω/sq载带和绝缘材料的覆盖带做同样的实验，却没有出现电性能的下降。
图1是实验结果的汇总。
防静电包装袋.对于屏蔽袋的使用，在ESD行业曾经有许多误区。
这些误区主要与早期的静电场敏感器件有关。
尽管在ESD保护环境中，很难发生无保护的MOSFET的器件失效，但是人们还是普遍相信这些器件会在静电场中损坏。
表2 各类ESD包装袋所能提供器件保护电压
现在这些观点已经基本被摒弃了，但是许多产业仍然保留着使用屏蔽袋的要求。
尽管器件会因感应带电，这取决于其在电场中停留的时间，而屏蔽层确实可以减少感应的影响，但这些屏蔽层既不是唯一的解决办法，也不是最佳的解决办法。
表2是几种包装抗静电能力的测试结果。
其实验基本方法是，将HBM敏感度200V的敏感器件或同等电压敏感度的探头放在包装袋中，再使用HBM模拟器放电测试其静电破坏情况。
数值指示的是器件在袋中被损坏时施加电压。
这些数据表明，在一个常规的ESD控制条件下的环境中，如电子产品生产车间，表中所列的任何一种材料都可以使用。
此环境的静电压完全可以保持在2500V以下，低于最小的静电损伤电压。
屏蔽包装袋在使用后效果会大大减弱，因为折叠或弯曲都会造成金属层穿孔和破裂。
因此，包装袋或盒最重要的特性是它们的抗静电性、静电耗散性以及物理保护性能。
表2的数据还说明，屏蔽包装袋不是解决电子产品在非控制环境中取放的最理想的材料。
相比之下，刚性材料的包装可以提供适当的空隙，对器件的ESD保护和物理保护都能收到较好的效果。
电容耦合和空气间隙
导电和屏蔽材料多数情况下不是必须的包装材料，其中一个原因是，器件相对于静电源的方位可以最大限度地减少其受到的影响。
图2中所列示的材料都能够通过空气间隙达到这一目的，接下来我们逐一讨论。
集成电路（IC）包装管：图3是放置在IC包装管中的器件受到外界静电场影响的示意图。
其中，Vs是静电源的电压，C C是静电源与器件之间的电容，C D是器件对地的电容，此时器件的电压可以以下公式计算：
从式中可以看到，刚性结构的包装管会有空隙间距，有助于减少V D。
尽管Unger对此有不同认识，一般认为V D/V S的比值通常为1：50。
以此计算，在这种结构下，静电耐受能力大于100V的器件放在包装管中，外界5000V的静电也不会对其形成威胁。
从这一点讲，除非器件极端敏感或包装放在很高的静电场中，
导电材料或金属材料的IC包装管完全没有必要。
事实上，Unger的研究表明，导电材料的包装管更容易将电荷传导到器件上，因为它们允许电荷在整个包装管上快速流动。
周转箱：多数的周转箱使用静电耗散材料制作，其表面的静电荷可以通过接地，或放置在静电耗散材料或导电材料的桌面上泄。
图4是存放线路板的耗散材料周转箱的示意图，其外侧及周边周转箱的电荷可能无法通过接地消除，但箱子的结构及线路板的方位可以让其与这些静电源的耦合最小：
从平行电容模型来看，周转箱与线路板接触的部分与后者垂直，能够将电容降低到最小，因而耦合较弱，而与线路板平行的表面，由于线路板与箱面之间能保持大约为1/2英寸以上的距离，因而也能够降低其电容值，有效减少耦合。
这种结构能够提供的保护很难量化。
相比线路板放水平面静电源上的耦合，这种结构通常情况下能够让其耦合减少一半。
因为箱体经常需要进行滑动，而其摩擦所产生的静电会在表面停留，从这一点来说，图4是方式是可以接受的。
发泡包装与（屏蔽）包装袋：使用刚性或半刚性包装材料时，能够在运输和取放时让器件与外界保持适当的空隙，这些空隙可以让包装在不使用导电材料的前提下，提供物理性保护的同时减少场强的影响。
我们所看到的多数对屏蔽研究的文献，是假设包装袋处于极端恶劣的环境下，周围的静电源高达
15,000-35,000 V，得出的结论，实际在通常的情况下，刚性包装与其他的包装结合使用已经足够减少ESD 的损坏。