电子厂静电基本知识

1、电子厂静电防护基础知识何为静电？静电就是物体表面过剩或不足的相对静止电荷，它是电能的一种表现形式。静电是正负电荷在局部范围内失去平衡的结 果，是通过电子转移而形成的。这些不平衡的电荷，就产生 了一个可以衡量其大小的电场，称为静电场，它能影响一定 距离内的其它物体，使之感应带电，影响距离之远近与其电 量的多少有关。二、静电放电（ESD）现象静电放电（ESD），就是具有不同静电势的实体之间发生电 荷转移。例如：1、雷电。2、小实验：有机玻璃用丝绸或棉布摩擦后产生静电，能 吸住小纸屑。3、在空气较干燥的冬天，脱下合成纤维衣服时发出劈啪 声，夜间可见火花（空气击穿场强为 30KV/cm） 。4、穿化纤内衣容易皮肤过敏是怎么回事？换棉质内衣试 试！三、静电的可利用之处与危害可利用之处：力学效应 异性相吸，同性相斥；静电吸 附特性已被 广泛用于静电成像、复印、喷涂、植绒、除尘 等实践中。静电的危害：就电子工业而言，静电放电能够改变半导体器 件的电气特性，使之退化或者完全毁掉。静电放电还可能干 扰电子系统的正常运行，导致器件故障或瘫痪。1、第一艘阿波罗载人宇宙飞船，由于静电放电(ESD)导致火灾和爆

2、炸，三名宇航名全部丧生。2、日本 IC 生产中的不合格器件有 45%是由静电造成的。3、88 年美国因 ESD 影响损失 50 亿美元。4、90 年代初北京某公司试生产的高档数字万用表，由于IC 没注意防静电，使其产品大部分不合格。5、工业领域的有关专家曾作过估计，由于静电所造成的平均产品损失大约在 8-33%之间，见下表：静电平均损失 报告描述最小损失最大损失估计平均损 失制造商4%97%16-22%分包商3%70%9-15%承包商2%35%8-14%用户5%70%27-33%四、静电的特点高电位：可达数万至数十万伏，操作时常达数百和数千伏(人产生方式10-25% RH65-90% RH在地毯上行走35000V1500V在乙烯瓦上行走12000V250V手拿乙烯塑料袋装入器7000V600V通常对3.5KV以下静电不易感觉到）低电量：静电流多为微安级（尖端放电例外） 作用时间短：微秒级 受环境影响大：特别是湿度，湿度上升则静电积累减少，静 电压下降，如下表：件时坐在椅子上的工人6000V100V在流水线工位接触聚酯塑袋时20000V1200V在操作工位与聚胺酯类接触时18000V15

3、00V从椅子上拿起涤纶包20000V1200V带有聚氨酯泡沫的椅子18000V1500V五、静电的度量1、静电荷单位：库仑（C）。通常我们讲到静电势，则以“伏特（V） ”为单位。2、面电荷密度：o二Q/S （ o单位：C/m2 ）式中:Q 电量，S 表面积3、 库仑定律：Q=CV 式中： Q 电量， C 电容V电压六、从静电学来区分材料的导电情况静电导体:10 5 W cm （体电阻）例：金属 静电亚导体： 106 1010 W cm 防静电器材 静电绝缘体：上10 ii W cm普通塑料注意：由于静电的特点（电位高，电量小），因此它与普通电工学中导体和绝缘体划分有所不同。第一节 静电产生的物理过程、 静电起电原理Triboelectric ChargeTriboelectric Charge造成不平衡电子分布的原因是电子受到外力而脱离轨 道，这个外力包括各种能源，如动能、位能（势能）、热能、 化学能等等，它使电子获得足够能量而做功逃逸。二、 静电的产生方式 摩擦、接触（传导）、分离、感应、冲流、辐射、压电、温 差、电解等；固体、液体、粉末流体都可能产生静电三、摩擦静电序列 + （正极

4、）：空气f人手f石棉f兔毛f玻璃f云母f人发 f尼龙f羊毛f铅f丝绸f铝f纸f棉花f钢铁f木f琥 珀f蜡f硬橡胶f镍、铜f黄铜、银f金、铂f硫黄f人造 丝f聚酯f赛璐珞f奥轮f聚氨酯f聚乙稀f聚丙稀f聚 氯乙稀（PVC）f二氧化硅f聚四氟乙稀：一（负极） 上述任意两种介质摩擦后前者带正电，后者带负电，且相距 较远的两种介质通常比相距较近的两种介质所产生的摩擦 电量大。但也不是绝对的，与材料表面清洁程度、环境条件、 接触压力、光洁程度、表面大小、分离速度等有关。四、 固体起电 除摩擦起电之外，其它表现形式：断裂带电：材料因机械破裂使带电粒子分离，使两侧带等量、异性电荷。2、压电效应：石英 0.5V 电位差，如：电光鞋、煤气打火3、 热电效应：压电晶体加热时，一端带正电，一端带负 电；冷却时，反极性4、剥离起电：相互密切结合的物体剥离时，会引起电荷 分离，引起分离物体双方带电，如：叠在一起的塑料袋分 离时。5、感应起电：静电场范围内的物体会因感应而带电。6、辐射起电：射线冲击使部分电子获得能量而摆脱原子 引力束缚，如：视保屏五、粉末流体起电粉体与器壁、粉体与粉体碰撞，接触分离、摩擦、碎裂而

5、引 起的静电颗粒越小，相互作用越强烈，碰撞面积越大，起电 越强烈。弹药库、纺织厂、面粉厂均须严格控制空气中的粉尘浓度。 六、 液体起电1、液体的偶电层液相与固相界面亦能形成偶电层：液体（如石油）中的可电 离杂质和其它离子被吸引到金属壁上。正负离子对金属不可 能具有相同的亲和力，亲和力大的就被金属表面所吸引并吸 附着，而液体中电荷量相等的异性离子留在液相内，并聚集 在界面附近。在界面处形成偶电层，内层是紧贴在固体表面 上的离子称固定层，而外层离子是可动的称活动层或扩散层。2、流体带电全属昏七、 人体静电人体是最主要的静电源之一人体对地电阻主要由鞋、袜、地面决定当液体流动时，流动层的带电粒子随液体流动形成流动电流，异性带电粒子留在管道中，如管道接地则流入大地，流 动的电荷形成电流。稳态时，带电粒子不断被流动液体所带 走，固定层电荷经接地管道而被中和，此现象有点像电解。不同的亲和力，扩散与液体流动的综合作用取代了电解中的 电场作用。影响电量大小与极性的因素有：1、液体种类及特性；2、管道材料及表面光滑度； 3、流速、温度、含水量和空气、混合物及杂质微粒。体的活动使部分机械能转换为电能，4.1

6、8X10 7 J = lOKWh，瞬间放电功率达9(人体等效电容：100PF （电容有充放电效应）人体等效电阻： 1K W （1.5K W ）安全静电电压：100V （国标SJ/T 1063095）第二节 静电损伤一、静电损伤的两种失效形式1. 硬损伤：又称“突发性完全失效”、“一次性损坏”，约 占 10% ；表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能。主要原因是静 电放电造成过压使得介质被击穿，或过流使得内部电路金属 导线熔断、硅片局部融化等。硬损伤可通过常规的性能测试手段及时发现，相对软失效而 言危害要小得多。2. 软损伤：又称“潜在性缓慢失效”、“多次损伤累积后失效”，约占 90% 受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使 用寿命却大大缩短了。含有这些器件的产品或系统，可靠性 变差，可能会在后续过程中（直至最终用户）继续遭受 ESD 软损伤或其它过应力损伤积累而过早地失效；由于软损伤是潜在的，运用目前的技术还很难证明或检测出 来，特别是器件被装入整机产品之后，因此具有更大的危害 性。这些产品流入市场后的维护成本和造成的其它损失，将 比在生产中发生的直接损失要放大几十甚至上

7、百倍！3. ESD 损伤二极管之金相图2、 器件自身发生静电放电 CDM3、电场感应放电三、 ESD 事件模型1、人体模型（HBM）静电损伤最普遍的原因之一是通过从人体或带电材料到静电放电敏感（ESDS）器件之间的一系列有效电阻（11.5KQ）发生静电电荷的直接转移。当人走过楼面时，静电电荷就在人体上积累。手指与 ESDS 器件或组件表面的简单接触 就可使人体放电，可能造成器件损坏。用以模拟这类事件的 模型就叫人体模型（HBM）,其等效电路如图所示。RbCbRsDUTK1E 高压直流电源 （ 05kV ）人体等效电阻（15k%）人体等效电容（100PF10%）充电限流电阻（110哼）被试器件高压继电器2、机器模型（MM）与 HBM 事件类似的放电还可发自导电物体,例如金属做 的工具或设备。机器模型源自日本,是试图建立一个最恶劣 的HBM事件的结果。这个ESD模型包含一个200pF的电容， 它向未串联阻抗的一个元件直接放电。与最恶劣的人体模型 相比，机器模型也许过于严格。然而，现实世界确实有该模 型所代表的情况存在。例如，来自充电板组件或自动测试器 电缆的快速放电。3、带电器件模型（CD

8、M）来自ESDS器件的电荷转移也是ESD事件。例如，一个器 件可能在顺着送料器滑入自动装配机时被充电。如果它随后 接触到插头或其它导电表面，从该器件到金属物体的快速放电就可能发生。这个事件就是带电器件模型(CDM)事件， 对某些器件而言可能比HBM更具破坏性。尽管放电持续时间 非常短暂(通常小于 1 纳秒)，但电流峰值可达几十安培 ，甚至数百安培。四、器件敏感度的分级ESD 事件导致的敏感器件受损程度，主要取决于器件耗表1 ESDS器件敏感度分级一-人体模型HBM( ESDSTM5.11998)表2 ESDS器件敏感度分级-一机器模型 MM (ANSI/ESD-S5.2-1994)表3 ESDS器件敏感度分级一带电器件模型CDM(E0S/ESD-DS5.3-1993)散放电能量或承受电压的能力，即静电敏感度。 任一种测 试方法均包括一个分级体系，定义器件对应指定模型的敏感 度(详见表 1，表 2 和表 3)。这些分级体系有很大的利用 价值，它使得我们可以根据器件的ESD敏感度来进行方便的 分组和比较，并确定器件所需的ESD防护级别。等级电压范围等级电压范围等级电压范围0级250VM0级V25VC0级125V1A级250V500V （不含Ml级C1级125V250V （不500V）25V100V （不含 100V）含 250V）1B级500V1000V （不含M2级C2级250V500V （不1000V）100V200V （不含 200V）含 500V）1C级1000V2000V （不含M3级C3级500V1000V （不2000V）200V400V （不含 400V）含 1000V）2级2000V4000V （不含M4级C4级1000V2000V4000V）400V800V （不含 800V）（不含 2000V）3A级4000V8000V （不含8000V）

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