ESD基础知识

38
静电放电的特点
ESD会产生强烈的电磁辐射，弄成强电磁脉冲（EMP)
近年来，随着静电测试技术、测量仪器及测试手段的不断完 善和迅速发展，使人们对ESD这一瞬态过程的认识越来越清 楚。在ESD过程中，确实会产生上升时间很快、持续时间很 短的初始大电流脉冲，并产生强烈的
电磁辐射，出现了静电放电电磁脉冲
• 静电放电的能量E=0.5CV2 • 静电放电的敏感器件接受的能量：
E=0.5CV2（R item/ R total) • V=q/C,静电电压受电容的影响很大
C= ε0 εrA/d ε0=8.85×1012F/m εr=材料的相对介电常数
15
第二章 静电产生的方式和途径
16
常见的静电产生方式
• 接触分享起电（最常见摩擦起电） • 静电感应 • 断裂起电（分裂起电，破碎起电） • 剥离起电 • 离子溅射 • 传导带电 • 电容效应
17
接触分离起电
接触分离带电 摩擦起电
18
什么影响“摩擦带电”
• 摩擦产生的静电的大小取决于： -互相摩擦的材料
-接触的紧密程度 -分离的速度 -接触面的清洁度 -其他物理和化学的因素 表面粗糙度 环境因素
喷射生电 （任何液体）
28
特殊带电现象
• 粉体带电：因为破裂、摩擦、分离、吸附 等因素带电。电量小，但电压可能较高， 可能引发爆炸危险。
• 液体带电：因为流动、冲流、沉降、喷射 等方式起电，多出现在电阻大的液体、管 道、喷嘴和分散的液滴。
• 气体带电：纯净气体通常情况下不会起电 。气体的带电一般与其中的杂质相关。
48
火花放电
• 在发生火花放电时，静电能量瞬时集中释放，其 引燃、引爆能力较强。另外，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 些敏感的电子器件和设备造成危害。
• 由于涉及到空气的击穿，火花放电是一个非常复 杂、多变的过程。
• 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，由于人体阻抗是随着人 体静电电位变化而变化，在一次放电过程中可能 包含了多次火花通道 的形成 、消失过程，即重复放电。在每次放电过程中仅仅放掉一部分电荷。即每次 释放人体静电能量 的一部分。
1erg=10-7J esu:1个静电库仑就是电荷的量,它与相距 1cm的同样电量有1达因的排斥
力,1esu=3.3×10-10C
11
什么是ESD
• ESD:静电放电（Electro Static Discharge) • 由一个高电场引起的快速、自发的电荷转移 • The rapid spontaneous transfer of
绝缘体 不能够 被感应 带电！
22
断裂起电
23
剥离带电
• 物质原有的电荷平衡被打破，两边带上相 反的电荷。
• 同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会 产生静电。 通常电压都比较高！
24
离子溅射
当电场强度 超过3MV/m 时，击穿空气， 产生正/负离子
25
传导带电
• 带电物体通过接触将电荷传导给未带电物 体
装配，清洁， 喷气清洁容器
测试及维修 普通塑胶焊锡吸管
区域
烙铁头未接地
刷子（骆驼/猪毛和人造纤维）
用流体流动或蒸发清洁或干燥
*烘箱
低温喷涂
*加热枪和吹风机
*真空吸尘器
喷砂
复印设备
CRT显示器
*独立项目不是静电源。它们包含颗粒的空气
流动产生静电。
34
电子制造业中最常用的材料有很多绝缘体！
我们要得到没有静电的环境是不可能的，我 们只能控制它！
46
刷型放电
这种放电往往发生在导体与带电绝缘体之间。带电 绝缘体可以是固体、气体或低电阻率液体。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，而在绝缘体一端有较多分叉，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。
47
火花放电
当静电电位比较高的带电 导体或人体，靠近其它导 体、人体或接导体时，便 会引发发静电火花放电。 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“快如闪 电”的火花通道。与此同时 ，还伴随着劈啪的爆裂声。
electrostatic charge induced by a high electrostatic field.—ESD ADV1.0-2003 • 处于不同电位的两个物体之间，由于直接接 触或静电场感应导致的电荷传输（转移）IEC定义
12
静电和ESD的区别
• 静电与静电放电（ESD）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、电 流的产生和电磁场辐射。
13
电量衰减
• 常见概念-形象化 • 在容量系统中，电量衰减的速度是物体电
容和对地电阻的函数（RC） • 衰减时间常数（τ）=RC
Vt= V0e-t/τ t=1τ, Vt= 37% V0 t=5τ, Vt= 0.7% V0
14
静电放电能量
29
流动生电 （高阻抗液体）
喷嘴处带电
30
影响带电的因素
• 物质的性质 • 表面特征 • 作用力的大小、速率、频次、时间 • 环境因素：湿度、温度 • 物体带电历史
• 温度对静电影响：温度升高物质活性增加摩擦电压增加： 同时温度升高部分物质的导电性增强，易于消除静电。
31
第三章 电子生产环境中主要的静电源
32
物体或过程
材料或活动
工作台面 打蜡，涂层或油漆面/普通乙烯类或塑胶
地面
密闭混凝土 打蜡，抛光木板 普通乙烯类胶片
衣服
普通净化工作服 普通纤维工作服 非静电鞋 未处理棉花（温度低于30%）
座椅
抛光木板 乙烯基材料 玻璃纤维
普通塑胶袋，包裹，信封 包装及搬运 普通气泡袋，发泡袋
普通塑胶箱，手提箱，小瓶，塑胶件箱柜 33
49
传播型刷型放电
• 传播型刷型放电又称沿面放电，还称 Lichtenberg放电。只有当绝缘体的表面电 荷密度大于2.7×10-4C/m2时才可能发生。
带电体
9
电场，电场强度，电力线
10
静电电压
• 按定义：电压=电场强度（作用力/电荷）× 距离
• 单位静电压(Statvolt)=1dyne ×1cm/电荷 电位： 1sV≌1erg/esu ≌ 10-7J/3.3×10-10C ≌ 300V
dyne:使1g物体得到每秒1cm的加速度的力。 erg:以1dyne之力作用于物体，其使作用点移动1cm所做的功，
时往往还涉及到非常 复杂的气体击穿过程。 因此，ESD是一种很 难重复的随机过程。
40
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，因此，ESD 可能有多种形态。特别是近几十年来人类 又不断发现了新的放电形态与类型，因此 ，目前的ESD类型，已由经典电学的3种（ 电晕放电，刷型放电，火花放电）发展为 如下的7种。
3
静电的本质
• 无论是静电荷或是带电体，都会在空间激 发出静电场。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，有 能量，有动量，对其中的其他带电体施加 力的作用。
4
与静电有关的概念
• 正电荷：质子带正电荷 • 负电荷：电子带负电荷 • 带电体：得到或失去电子的物体。 • 电量：物体所带电荷量的大小。 • 静电场：由于电荷导致的吸引或者排斥力。 • 电荷守恒定律：在任何物理过程中电荷的代
数和是守恒的。
5
6
电荷特性
• 电荷不能够被生产或消灭，只能够被转移。 • 电子电量=-1.6×10-19C
质子电量=+1.6×10-19C • 量化预测电荷量的产生是不可能的。 • 一块布料和片塑胶的摩擦可以促使百万亿电
荷的转移。 电荷守恒定律-在任何物理过程中电荷的代数和
是守恒的。
7
电荷的互影响
ESD基础知识
1
第一章
ESD的定义
2
什么是静电
• 静电（Electrostatic Charge） • 静止不动的电荷
Electric Charge at rest ---ESD ADV1.02003 • 电荷：得到或者失去电子 Electric Charge : An absence or excess of electrons—ESD ADV1.0-2003 • 静电的基本单位是库仑Coulomb(C) 1C=6.24×1018个电子所带的电量
• 带电绝缘体仅能从较小 面积释放大量电荷。
• 带电导体能释放大量电 荷给给另一导体。
26
电容效应
C= ε0 εrA/d
ε0=8.85×1012F/m εr=材料的相对介电常数
V=Q/C
d↑→V↑
电荷保持不变，但静电压并非固定值！
27
其他带电方式
• 热电现象：某些物质温度的变化，产生静电。 • 压电：压电现象。石英、水晶、陶瓷等。 • 电解：固体与电解溶液 • 液体喷射
（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。目前ESD EMP已受到人们
的普遍重视。作为近场危害源，许多人把它与高空核爆炸弄 成的核电磁脉冲（NEMP)及雷电放电时产生的雷电电磁脉冲 相提并论。
39
静电放电的特点
但是，应当注意地是，ESD是一个极其复杂 的过程不仅与材料、物体形状和放电回路 参数有关，而且放电