ESD防静电常识

一﹑ESD常识﹕1. ESD简介﹕ESD(Electro Static Discharge)即” 静电放电”的意思﹐是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减﹑静电放电模型﹑静电放电效应﹐如电流热(火花)效应(如静电引起的着火与爆炸)和电磁效应(如电磁干扰)等的学科。

随着科学技术的飞速发展﹑微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂﹐对静电放电的电磁场效应﹐如电磁干扰(EM1)及电磁兼容性(EMC)问题越来越重视。

2. 静电的产生﹕物质是由分子组成﹐分子由原子组成﹐原子由带负电的电子和带正电的质子组成。

在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。

但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子而侵入其它的原子B，A原子因缺少电子数而带有正电现象，称为阳离子、B原子因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。

(如图所示﹕)造成不平衡电子分布的原因是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能……等)。

------- 常见的静电产生方式有以下几种﹕A “接触分离”起电﹕任何两个不同材质的物体接触后再分离﹐会因外力(如动能﹑位能﹑热能﹑化学能等)作用造成两个物体正负电荷分布不平衡﹐即产生静电。

通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的”接触分离”起电﹐在日常生活中脱衣服产生的静电也是”接触分离”起电。

固体﹑液体甚至气体都会因接触分离而带上静电﹔我们的周围环境甚至我们的身上都带有不同程度的静电﹐当静电累积到一定程度时就会发生放电。

------摩擦起电实质上也是接触分离起电。

在日常生活﹐各类物体都可能由于移动或摩擦而产生静电,如工作桌面﹑地板﹑椅子﹑衣服﹑卷宗﹑包装材料﹑流动空气等。

B 感应起电﹕✧当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电﹔✧当物体Ａ与Ｃ发生放电时会造成Ｃ与Ｂ之间放电﹔✧若Ｃ与Ｂ之间不发生放电，则Ｃ会带上剩余的电荷。

C 起电方式还有﹕热电和压电起电﹑亥姆霍兹层﹑喷射起电等。

-------人体是最为常见的静电源:人在行走，站起等活动中都会产生静电，因此人体的静电防犯是最为重要的。

3. 静电对电子工业的危害3-1静电时时刻刻存在﹐对静电的认识经历了以下过程﹕✧40—50年代很少有静电问题﹐因为那时是晶体三级管和晶体二极体﹐而所产生静电也不如现在普遍存在。

✧60年代﹐随着对静电非常敏感的MOS器件的出现﹐静电问题也显得更加明显。

✧70年代静电问题越来越严重。

✧80—90年代﹐随着积体电路的密度越来越大﹐一方面其二氧化硅膜的厚度越来越薄(微米—纳米)﹐其承受的静电电压越来越低﹔另一方面﹐产生和积累静电的材料如塑料﹑橡胶等大量使用﹐使得静电越来越普遍存在﹐仅美国电子工业每年因静电造成的损失达几百亿美元﹐因此静电防护已成为电子工业的隐形杀手﹐是电子工业普遍存在的”硬病毒”﹐在某个时刻内外因条件具备时就要发作。

✧目前静电造成的危害越来越广泛和突出﹕随着工业生产的高速发展以及高分子材料的迅速推广应用﹐一方面﹐一些电阻率很高的高分子材料如塑料﹑橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化﹐使得静电能积累到很高的程度﹐另一方面﹐静电敏感材料的生产和使用(如轻质油品﹑火药﹑固态电子器件等)。

使得静电造成的危害越来越广泛和突出﹐如在航天工业﹐静电放电造成火箭和卫星发射失败﹐干扰航天飞行器的运行﹔在石化工业引起的火灾爆炸事故。

3-2静电对电子工业危害很大﹐对电子产品的损害具有隐蔽性﹑潜在性﹑随机性和复杂性等特点﹕✧隐蔽性﹕人体不能直接感知静电﹐除非发生静电放电﹐但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉﹐这是因为人体感知的静电放电电压为2—3KV﹐所以静电具有隐蔽性。

✧潜在性﹕有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降﹐但多次加放电会给器件造成内伤而形成隐患。

因此静电对器件的损伤具有潜在性。

✧随机性﹕电子组件什幺时候会遭受静电破坏呢?可以这幺说﹐从一个组件产生以后﹐一直到它损坏以前﹐所有的过程都受到静电的威胁﹐而这些静电的产生也具有随机性。

其损坏也具有随机性。

✧复杂性﹕静电放电损伤的失效分析工作﹐因电子产品的精﹑细﹑微小的结构特点而费时﹑费事﹑费钱﹐要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。

即使如此﹐有些静电损伤现象也难以与其它原因造成的损伤加以区别﹐使人误把静电损伤失效当作其它失效。

这在对静电放电损害未充分识别之前﹐常常归因于早期失效或情况不明的失效。

从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。

所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性。

3-3.静电对电子产品损害的几种形式﹕静电的基本物理特性为﹕吸引或排斥﹑与大地有电位差﹑会产生放电电流。

1.静电吸附灰尘﹐降低组件绝缘电阻(缩短寿命)﹔2.静电放电破坏﹐使组件受损不能工作﹔3.静电放电电场或电流产生的热﹐使组件受伤(潜在损伤)﹔4.静电放电产生的电磁场幅度很大(近几百伏/米)频谱极宽(从几十兆到几千兆)﹐对电子器件造成干扰甚至破坏(电磁干扰)﹔------ 如果组件全部损坏﹐必能在生产及品管中被察觉而排除﹐影响较小。

如果组件轻微受损﹐在正常测试下不易发现﹐在这种情形下﹐常会因经过多层之加工﹐甚至已在使用时﹐才发现破坏﹐不但检查不易﹐而且其损失亦难以预测。

要耗费多少人力及财力才能清查出所有问题﹐而且在使用时才察觉故障﹐其损失将可能巨大。

3-4静电对人体的危害﹕除静电对人体电击外﹐静电放电所产生的电磁场强度很强﹐人体长期遭受静电电击和这种强电磁辐射的作用对人体不利﹐但是否与致癌有关﹐需进一步研究。

3-5 哪些电子工业过程会产生静电危害?----- 组件从生产到使用的整体过程中都会产生静电，详细可分为：1. 组件制造过程---- 在这个过程包含制造，切割、接线、检验到交货。

2. 印刷电路版生产过程---- 收货、验货、储存、插入、焊接、品管、包装到出货。

3. 设备制造过程---- 电路板验收、储存、装配、品管、出货。

4. 设备使用过程---- 收货、安装、试验、使用及保养。

5. 设备维修过程---- 在这整个过程中，每一个阶段中的每一个小步骤，组件都可能遭受静电的影响，而实际上，最主要而又容易疏忽的一点却是在组件的传送与运输的过程。

在这整个过程中，不但包装因移动容易产生静电外，而且整个包装容易暴露在外界电场(如经过高压设备附近，工人移动频繁、车辆迅速移动等)而受到破坏，所以传送与运输过程需要特别注意。

4. 静电测量的主要参数﹕电荷量﹕测量防静电服的性能时都要测量其带电电荷量﹐用法拉第简和静电计及静电电容测量﹐测量繁琐且误差大﹔目前已经有一种能准确迅速测量物体电荷量的专用仪器---数字电量表。

静电电压﹕较易测量﹐测量仪表分为﹕接触式(如测量静电发生器(高压电源)等的Q-V系列静电表)﹑非接触式(如EST101型防爆静电电压表)。

--- 目前我们使用的是非接触式的静电电压表。

5. 材料静电性能的参数﹕材料静电性能的参数通常用电阻﹑电阻率﹑体积电阻率﹑表面电阻率﹑电荷(或电压)半衰期﹑静电电容﹑介电常数等。

最常用最可靠的还是电阻及电阻率。

6. 静电敏感度﹕为定量描述不同组件的相对敏感程度进行的敏感度分类﹐为制定先进的ESD防护措施提供原始资料。

-------敏感电压阈值大于16000V的产品，属于非敏感产品。

-------按照GJBl649—93的规定，组件设计应能为最敏感的元器件提供最低2000V的静电放电保护；整机设计应能为最敏感的元器件提供最低4000V的静电放电保护。

7. 人体静电常识。

-----权威机构试验过﹐人体带静电现象﹕5万伏时没有不适的感觉，8万伏高压静电时依然面带微笑，10万伏（最高试验过12万伏）时也没有生命危险！下表是在两种不同湿度条件下﹐人体活动产生的静电电位﹕---- 在干燥的季节，人体静电可达几千伏甚至几万伏。

8. 电子器件所能承受的静电破坏电压﹕---- 从上表可见大部分器件的静电破坏电压都在几百至几千伏，而在干燥的环境中人活动所产生的静电可达几千伏到几万伏﹐故要高度重视静电破坏问题。

---- 人体对静电放电的感知电压约为3ＫＶ，因此大多数ＥＳＤ损害是我们的感觉无法感知的﹐故更要提高我们全体人员的ＥＳＤ防获意识。

9. 静电敏感材料﹕所有含CPU ﹑IC ﹑敏感晶体的电路板和单体CPU ﹑IC ﹑敏感晶体都属于静电敏感材料﹐需ESD 防护(不在静电安全工作站时﹐应放在完全封闭的静电防护容器内)。

10. 其它存在静电危害的工业﹕除了电子工业中存在静电危害﹐在石油、化工、航空航天、火炸药、造纸、印刷、塑料橡胶等行业﹐也都存在都存在较为严重的静电危害问题。

11. 静电的应用﹕静电这个神秘的东西, 既给人类造成很多危害, 同时又能被人类所利用，为人类造福﹐如﹕静电复印, 静电除尘, 静电喷雾, 静电喷涂等。

二﹑ESD 常用物品﹑工具﹑材料说明。

------ 所有防静电用品都应具备厂商出厂合格证明及规格/使用说明﹐及平时耗材检验判定和仪器设备的校验措施。

1. 防静电鞋﹕人体是最普遍存在的静电危害源。

对于静电来说，人体是导体。

因此，要消除人体静电最简单的办法是对人体采取接地的措施。

穿防静电鞋，能使静电从人体导向大地，从而消除人体静电。

鞋底电阻105～108(Ω)。

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2. 防静电腕带﹕消除人体静电另一个简单的办法是戴防静电腕带并接地，使人体静电从手导向大地。

防静电腕带由防静电松紧带、活动按扣、弹簧软线．保护电阻(1M Ω)及插头或夹头组成。

松紧带的内层用防静电纱线编织，外层用普通纱线编织。

使用时不可断开并且需扣紧腕带。

主要指标是﹕弹簧软线最大长度250cm ； 泄漏电阻106－107 Ω(保护电阻106Ω)静电电位衰减到100Ｖ以下的时间小于0.1s- - - - 纳入每日点检。

3. 防静电大褂﹑防静电工作帽﹑防静电上衣﹑防静电裤﹕用不同色的防静电布制成。

布料纱线含一定比例的导电纱，导电纱又是由一定比例的不锈钢纤维或其它导电纤维与普通纤维混纺而成。

通过导电纤维的电晕放电和泄漏作用消除服装上的静电。

由于不锈钢纤维属金属类纤维，所以，由它织成的防静电布料的导电性能稳定，不随服装的洗涤次数而变化。

主要指标是﹕织物的面电荷密度＜7μc ／m 2； 服装的摩擦带电电量＜0.6μc ／件；---- 因为普通服装能带上很高的静电，特别是现在的大部分服装都是化纤，能产生几千上万伏的静电﹐故穿防静电工作服非常必要。

4. 防静电桌垫﹕防静电桌垫可覆盖在普通桌面上形成防静电工作台，用复合胶皮（板）按桌面大小做成﹐上表面为绿色，配接地线。

5. 防静电手套﹕它用防静电布或防静电针织物制成。