1、静电防 护基 本知 识 1 静电防 护的基本 概念 静电（Electrostatic ）: 静电就是 物体表面 过剩或不 足的静止 电荷。 静 电是一种 电能， 它 留存于物 体的表面 ； 静电是 正电荷和 负电荷在 局部范围 内失去平 衡 的 结果；静 电是通过 电子或离 子的转移 而形成的 。 静电放 电 ESD （Electrostatic discharge-ESD）： 具有不同静电 电位的物 体， 由于 直接接触 或静电感 应引起物 体 间 的静电电 荷转移。 静电感应 （Electrostatic induction）： 当带静电的物体靠近某一介质时，在该介质表面因感应而带电 荷，
2、并形 成感应电 场。 静电敏感 器（Static sensitivity device-SSD）： 对静电放电敏 感的器 件 中和（Neutralization）： 利用异性电荷 使静电消 失 接地（Grounding）： 电气连接到能 提供或接 受大量电 荷物体上 （如大地 、 船舰或 运 载 工具外壳 ） 泄放（Leakage）： 将 静电荷安 全泄放到 大地 1 硬接地（Hard ground）： 直接与大地电 极作导电 性连接的 一种接地 方式（R 10 软接地（Soft ground ） ： 通过一足以限制流过人体的电流达到安全值的电阻连接到大地 电极的一 种接地方 式（100 ,0
3、00 R 1,000,000 防静电工 作区（Electrostatic discharge protected area）： 配备各种防静 电设备和 器材， 能 限制静电 电位具有 确定边界 和 专 门标记的 适于从事 静电防护 操作的场 所。 ESD 保护 材料（ESD-Protected materials）： 具备下列特征 的材料： 防止 产生摩擦 起电； 免受静电场的 影响； 防止与带 电人体或 与带电物 体接触而 产生直接 放电。 2 静电的 产生 摩擦起电 ： 两物体接 触时， 在 界面处由 于两个作 用面能态 的差异， 如电子 逸 出 功（功函 数 ） 、温 度、电荷 载体浓度
4、 等不同， 发生转移 而形成偶 电 层。这种 转移可能 是电子, 也 可能是离 子。 感应起电 导体或介 电质处在 静电场中 均会感应 起电。 导 体在静电 场的作 用 下， 表面 不同部位 将感应出 不同电荷 或使导体 表面上原 有电荷发 生 重 新分布， 引起带电 。 2 在电场中 介电质会 发生极化 ， 极化 后 的介电质 在电力线 方向的 两 面出现大 小相等而 极性相反 的束缚电 荷， 并形 成新的电 场源。 当 外 部 电场消失 后， 介电 质上的束 缚电荷将 逐渐消失 ， 最后恢 复到中性 介 电 质。 如果 束缚电荷 之一， 因 某种原因 而消失。 则介电质 上的剩余 束 缚
5、电荷将使 它处于带 电状态。 3 人体静 电 在电子产品生产过程中作为操作者的人是主要的静电发生源之 一。 人体 的静电放 电是导致 元器件损 伤的主要 原因之一 。 表 1 列举了 人体带电 电位与电 击程度。 表 1 ：人 体带电电 位与电击 程度 人体电位（伏） 电击程度 1000 完全无感觉 发出微弱的放电声 2000 手指外侧有感觉，但不疼 3000 有被针刺的感觉，微疼 4000 有被针深刺的感觉，手指微疼 见到放电的微光 5000 从手掌到前腕感到疼 指尖延伸出微光 6000 手指感到剧疼，后腕感到沉重 7000 手指和手掌感到剧疼， 稍有麻木感觉 8000 从手掌到前腕有麻木的
6、感觉 9000 手腕子感到剧疼，手感到麻木沉重 10000 整个手感到疼，有电流过的感觉 11000 手指剧麻，整个手感到被强烈电击 12000 整个手感被强烈的打击 4 静电的 危害 4.1 静电 吸附 吸附灰尘 、杂物和 潮气，改 变线路板 之间的阻 抗，影响 绝缘性 、 安全性， 直接影响 产品的功 能和寿命 。 3 4.2 静电 击穿 在航天计 算机生产 过程中， 元器件的 传送、老 化、筛选 、测试 、 插装、 焊 接、 清洗 以及单板 测试、 总 装、 调试 、 三防、 包装运输 、 贮 存等过程 ,由于 接触- 分离、 摩擦、 碰 撞、 感应 等作用， 都会使与 元器 件、组件
7、、整件接 触或接近 的操作人 员、工具 、及工作 台面等带 电 ； 加之在生 产和工作 环境中广 泛使用合 成橡胶、 塑料、 化 纤等高分 子 绝 缘材料制 品，而更 使带电加 剧，随时 可能发生 对器件 的 ESD 损害。 另一方面 ， 随着 大 规模集成 电路和微 波器件的 大量生产 和广泛 应 用，由于 集成和速 度的迅速 提高，器 件尺寸的 变小和绝 缘层的变 薄 ， 使器件承 受静电放 电的能力 降低。 目 前， 在一 般电子装 配厂房内 ， 不 致使静电 敏感器件 发生 ESD 损害 的 静电安全 电压为 100V 。 ESD 对元器件的损害后果是导致其硬击穿和软击穿。所谓硬击 穿
8、是一次 性地造成 器件的永 久性失效 ； 软击穿 是造成器 件的性能 劣 化 或参数的 下降而成 为隐患。 软击穿比 的危害比 硬击穿更 为严重。 对 于 硬击穿， 一般可在 产品的测 试、 调试 过程中发 现并及时 更换。 软 击 穿 在初期很 难发现， 往往器件 的参数没 有变化或 稍微有点 变化， 但 仍 在 正常范围 内， 并可 正常工作 ， 所以极 易通过出 厂前的检 验而流入 用 户 手中。 在 使用过程 中随着时 间的推移 ， 这种软 击穿就会 逐步发展 成 为 元器件的 永久性失 效，给用 户造成损 失，也影 响了厂家 的声誉。 5 静电敏 感器件的 分类 静电敏感 器件按其
9、静电敏感 度分为三 级。 4 表 2 ：静 电敏感器 件的分级 级别和静电敏感度范围 元器件类别 1 级 静电敏感度范围 0 1999 微波器件（肖特基二极管、点接触二极管） 离散型 MOS FET 结型场效应晶体管（SAW ） 电耦合器件 运算放大器，薄膜电阻器 超高速集成电路 精密稳压二极管（加载电压稳定度0.5% ） 使用级元器的混合电路件 可控硅整流器（SCRs）当 100 时（I D 0.175% 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 MOS FET 集成电 路（IC ） 结型场效应晶体管（J FET ） 超高速集成电路（UH
10、SIC ） 紧密电阻网络（RZ ） 运算放大器（OP Amps ） 低功率双极型晶体管（PT0.175A 的晶体闸流管（100mW PT350mW ）且 （100mA I C 400mA ） 光电器件（LEDS ，光敏 器件，光耦和器） 片状电阻器 压电晶体 使用 3 级元 器件的混合电路 5 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。 6 静电防 护 6.1 ESD 防护的基 本原则： 6.1.1 抑 制静电荷 的积聚， 严格控制 静电源。 6.1.2 迅 速、安全 、有效地 消除已经 产生的静 电荷。 6.1.3 防 静电
11、工作 区应按电 子元器件 静电放电 灵敏度确 定保护程 度 。 一般情况 下静电压 不超过 100V 。 6.2 防静 电工作区 ： 6.2.1 地 面材料 6.2.1.1 禁止直接使用木质地板或铺设毛、麻、化纤地毯及普通地板 革。 6.2.1.2 应该选用 由静电导 体材料构 成的地面 ， 例如： 防静电浮 动 地 板或在普 通地面上 铺设防静 电地垫并 有效接地 。 6.2.1.3 允许使用 经特殊处 理过的水 磨石地面 ， 如： 事 先敷设地 线网 ， 渗碳或在 地面喷涂 防静电剂 等。 6.2.2 接地： 6.2.2.1 防静电系 统必须有 独立可靠 的接地装 置， 接地 电阻一般 应
12、 小 于4 欧， 接入时， 增加限流 电阻。 6.2.2.2 防静电地 线不得接 于电源零 线上，不 得与防雷 地线共用 。 6.2.2.3 使用三相 五线制供 电， 其大 地线可以 作业防静 电地线 （ 零线 、 地线不可 混接） 。 6 6.2.2.4 防静电设 备连接端 子应确保 接触可靠 ， 易装拆 ， 允许使 用 各 种夹式连 接器，如 鳄鱼夹、 插头座等 。 6.2.2.5 静电地： 软接地， 电源地、 设备地： 硬接地。 6.2.2.6 接地系统 泄漏电流 不超过5mA， 极限流 电阻下限 阻值取1M。 6.2.3 天花板材料 ： 应选用抗 静电型材 料制品， 如石膏板 制品。
13、6.2.4 墙壁面料 应使用抗 静电型墙 纸，例如 ：石膏涂 料、石灰 涂料。 6.2.5 湿度控制： 保持环境 有一定的 湿度。实 践证明， 北方地区 或在干燥 的冬季 ， 因静电产 生故障的 事例要远 远大于在 东南沿海 地区或其 他季节， 所 以 在一些重 要场所， 如计算机 机房、 实 验室、 电 子仪器的 装调车间 应 考 虑保持一 定湿度的 问题， 特 别是对那 些封闭形 的空调房 间， 更应 有 一 定控制湿 度的设备 。 防静 电 工作区的 环境相对 湿度以不 低于50%为宜。 6.3 防 静电设施 ： 6.3.1 静电安全工 作台：通 过限流电 阻接地， 工作台不 可串联接
14、地 ， 由工作台 、 防静电 桌垫、 腕 带接头和 接大地线 等组成， 静电安全 工 作 台 上不允许 堆放塑料 盒（片） 、 橡皮、 纸板、玻 璃等易产 生静电的 杂 物，图纸 资料应装 入防静电 文件袋内 。 6.3.2 防静电腕带 ： 直接接触 静电敏感 器件的人 员均应戴 防静电腕 带， 腕带 应与人体 皮 肤 良好接触 ，腕带系 统对地电 阻为1M-10M 范围内 。 7 6.3.3 防静电容器 ： 在电子元 件、 产 品 、 设备 研 制生产过 程中， 一 切贮存 、 周转ESD 的容 器 （元 件 袋、 转 运 车、 存 放 盒等） 应 具备静电 防护性能 。 不允 许 使用 金
15、属和普 通塑料容 器，必要 时，存放 部件用的 周转车（ 箱）应接 地 6.3.4 防静电工作 服： 防静 电工作帽 、 防静电 工作鞋应 使用防静 电 布 料制作。 6.3.5 工位：工作 台面、工 作凳面， 采用ESD 保护材料 。 6.3.6 包装： 静电敏感 的元器件 、 产品采 用对用对 应的保护 性包装， 包装的器 具 必 须采用防 静电存放 盒、防静 电塑料袋 等。 6.4 生产厂一般防 静电要求 。 6.4.1 防静电腕 带使用前 一定要先 检查（每 天一次） 。 6.4.2 所有元器件 ， 基板在 不使用的 状态下一 定要用防 静电袋或 防 静 电箱包起 来或装起 来。 6.
16、4.3 未 戴静电腕 带时不可 接触工作 台面。 6.4.4 基板所用的 垫子应该 是粉红色 和防静电 的， 气泡 袋也应该 是 粉 红色和防 静电的。 6.4.5 工作人员要 保护自己 的地盘： 不让无防 静电措施 人员接触 自 己 的台面、 基板、元 件。 6.4.6 把所有的元 器件都当 作静电元 器件看待 。 6.4.7 工作台上不 可放多余 的包装材 料。 6.4.8 进入防静 电工作区 前要进行 静电放电 。 8 6.4.9 流动人员手 拿元器件 、 机板 时 必须有防 静电措施 ， 如 ： 戴 防静 电手套或 元件机板 用防静电 袋包装。 6.4.10 移转元器件 、机板必 须有
17、防静 电措施。 6.5 电子产品制造 中防静电 技术指标 要求 a 防静电地极接地 电阻10 。 b 地面或地垫表 面电阻 值 10 5 -10 9 摩擦电压 100V。 c 墙壁电阻值510 4 10 9 。 d 工作台面或垫 表面电阻 值10 6 10 9 （采 购时应加 严） 摩 擦电压 100V； 对地系统 电阻 10 6 10 8 。 e 工作椅 面对脚轮 电阻10 6 10 8 。 f 工作服 、帽、手 套摩擦电 压300V ；鞋底摩 擦电压100V。 G 腕带连 接电缆电 阻 1M ； 佩带腕带 时系统电 阻1- 10M 。脚 跟 带 ( 鞋 束) 系统 电阻0 510 5 10
18、 8 。 h 物流车 台面对车 轮系统电 阻10 6 -10 9 。 i 料盒、 周转箱、PCB 架等物流传递 器具表 面电阻 值 10 3 10 8 ； 摩擦电压100V。 j 包装袋 、盒摩 擦电压100V。 9 k 人体综 合电阻10 6 10 8 。 7 ESD 防 护中常发 现的错 误 7.1 腕带 套在衣袖 上，未与 皮肤接触 。 7.2 腕带 松动，与 皮肤表面 接触不良 。 7.3 腕带 夹在桌面 上，桌面 的另一侧 才接地。 7.4 使用 的白色泡 沫垫基板 。 7.5 箱子 无防静电 屏蔽盖。 7.6 特殊 场合才带 腕带。 7.7 使用 白色铁氟 龙光头烙 铁。 7.8
19、使用 一般的塑 胶包装材 料包装。 7.9 用普 通溶剂清 洗工作台 表面。 7.10 粉 红 色就是抗 静电（应 用静电表 测量是否 达到防静 电要求 ） 。 7.11 不用 静电表测 试静电压 。 7.12 任何 过路人皆 可拿工作 台上的零 件和基板 。 7.13 鳄鱼 夹夹在机 器设备油 漆部分。 7.14 鳄 鱼 夹的最内 圆孔部夹 住铜线， 最内圆孔 部内径比 铜线外径 大 。 7.15 鳄鱼 夹夹在铜 线胶皮上 。 7.16 零件 与机板无 任何防静 电措施时 随处乱放 。 7.17 工作 台铜线未 接地。 7.18 測试 设备和机 器外壳未 接地。 8 各级 领 导的静电 防护
20、职责 对于一个 单位和部 门来说， 那里的领 导对防静 电的认识 有多深 ，10 那里的防 静电工作 成就就有 多大。 8.1 认真 学习静电 防护的基 本知识。 8.2 模范 执行防静 电的规章 制度， 落 实本单位 人员的防 静电知识 培 训 ， 培训的对 象包括。 新入所的 职工 接触或操 作静电敏 感元器件 、组件、 产品的有 关人员。 有关采购 、设计、 工艺、操 作及管理 人员。 可能进入 防静电工 作区的维 修人员等 。 表 3 ： 各类人员培训大纲 培训人员 培训大纲 静电原 理及危 害 静电防 护途径 与方法 防静电器 材的分类 与方法 产品的 静电防 护设计 地线 知识 防
21、静电 制度 静电敏感 器件的包 装与运输 工艺人员 * * * * * * * 设计人员 * * * * * 管理人员 * * 采购、物管人员 * * * * * 操作、检验人员 * * * * * * 维修人员 * * * * 8.3 将静电防护作为安全生产和质量保证的制度, 组织制定本单位的 防静电制 度。 （ 参 照本讲义 第6 章、QJ2711 及我所防静 电工艺规 范制 定 ）。 8.4 对生产过程中 静电防护 制度的执 行进行检 查。 检查防静 电制度的 执行情况 。 8.5 指定 专人对防 静电设施 接地和连 接的靠性 进行检查 和维护。 8.6 教育 全体职工 遵守监督 执行，形 成人人都 自觉遵守 静电防护 制 度 的良好局 面。 11
