1、ESD培训教材、培训背景：静电作为一种能量的存在形式，对日趋变小的电子元件的威胁越来越大，据有关资料显示美国的电子行业由于静电的破坏导致每年损失近50亿美元。、培训目的：通过这次培训能使大家对防静电有个初步的认识，并能提高公司全体人员的防静电意识及能力，让公司全体人员都来参与我们公司的防静电工作，使公司的防静电能力能上一个新的台阶。、培训内容一、防静电相关名词定义二、静电如何产生三、影响静电大小因素四、静电危害五、静电失效机理六、三种标准静电释放模式七、防静电相关标准八、防静电的几种方法九、防静电安全工作区建立十、公司防静电管制项目十一、公司目前防静电存在的问题三、培训内容：一.防静电相关名词
2、定义静电（Electrostatic)荷：静止不动的电荷，一般存在于物体的表面，主要是由于物体正负电荷失去平衡的结果，静电荷是描述静电本质的物理量。1库仑= 106微库1微库= 103纳库静电势:通常指带电体与大地之间的电势差.ESD全称:Electrostatic discharge，中文意思是静电释放。EOS全称（Electrical over stress) 中文意思是过电应力，指元件承受的电流或电压超过其允许的范围。体电阻率：指某材料单位厚度上的直流压降与单位面积上通过的电流之比，体电阻系数是材料基本参数之一，表示材料的导电性能，单位为欧姆/厘米。表面电阻率：表面上单位长度的直流压降与
3、单位宽度流过的电流之比，它指正方行两对边之间的电阻，只要面积远远大于薄膜厚度，则于正方行的大小无关，单位为欧姆。电阻：从另一方面表示不同形状的电阻率的材料对电流的阻碍作用，它同时表明材料的表面或表面与大地之间的电路连通性以及物体的放电能力，单位欧姆。体电阻：指材料两端之间的直流电压与通过的电流之比，单位欧姆。绝缘材料：一般指材料的表面电阻系数在1012欧姆以上，体电阻系数在1011欧姆/厘米以上导电材料：表面电阻率小于105 欧姆或体电阻率小于104欧姆。耗散材料：一般指表面电阻率大于105 欧姆小于1012欧姆，体电阻率大于104欧姆/厘米小于1011欧姆/厘米的材料。屏蔽材料：表面电阻率小
4、于104 欧姆，体电阻率小于103欧姆/厘米的材料。二.静电的产生:有两种方式。摩擦带电：当两种具有不同化学势的材料相互摩擦或接触时电子从化学势高的物体向化学势低的物体转移，当分开时总有一些电子来不及回到他们原来的材料，从而使产生了静电。物体带电顺序表：正负材料序号材料序号材料序号镊、铜17丝绸9空气1黄铜、银18铝10人手2聚酯人造纤维19纸11兔毛3聚乙烯20棉布12玻璃4聚丙烯21钢13云母5PVC22木材14头发6琥珀15尼龙7硬橡皮16羊毛8感应带电：导体靠近带电体时，由于在电场的作用下使导体出现局部带电，非导体不能产生感应带电。三、物体静电大小影响因素:通常把带电体与地看成一个电容
5、,带电体电量为Q,电容为C, 介电常数为,两板间距离为d,有效面积为A,可推出静电压:V=Q*d/(A* )例:人的几种动作的静电压变化1000V500V1500V脚放下坐下坐下走动抬脚从中可以看出:当人走动时，抬腿时人体静电压升高，腿放下时，人体静电压降低，当人坐下时，整体与大地之间的距离减小，人体静电压减小，当坐在凳子上的人双腿抬起时，人体静电压又开始升高，总之物体带的电量一定时,物体与地的距离越小则物体的静电压越小,带电面积越大静电压越小.环境湿度对静电影响:静电的产生及其大小与环境湿度和空气中离子的浓度有密切的关系,在湿度较高环境中,物体表面吸附了一定数量的离子和水分子,形成弱导电的湿
6、气薄层,提高了绝缘表面的导电率,可将电荷扩散到整个材料的表面,从而减低了静电压.3000500012000走过乙稀地毯55001100021000将PCB板装进泡沫包装盒中4007002000将DIP封装的器件从塑料管中取出4008006000在工作椅上操作人员的移动50%40%10%产生的静电压活动同一动作在不同湿度环境下产生的静电对比:从中可以看出环境湿度对静电压的大小影响很大，湿度最好控制在40%到70%。又如传送带采取用湿毛巾来加湿传送带，使传送带表面形成水膜，增加导电能力，从而达到释放静电。以下是对6E/F线一条传送带的一个静电压测试实验：传送皮带防静电毛巾AB1.A处加湿毛巾，分别
7、对A到B湿度依次减少，对A到B的17个点的静电压进行测试，先后共测试了4次，从A到B，静电压依次增大，测试结果如下：位置123456789101121314151617第一次静电电压-10 -60 -10 -40 -50 -40 -140 -180 -140 -210 -190 -120 -140 -220 -190 -220 -100第二次静电电压-10 -70 -30 -60 -50 -60 -110 -160 -90 -180 -150 -90 -160 -200 -170 -180 -90第三次静电电压0 -30 50 -10 -40 -60 -160 -170 -50 -180 -1
8、30 -110 -110 -180 -160 -190 -90第四次静电电压10 -30 0 -30 -40 -80 -160 -210 -70 -190 -240 -250 -180 -180 -120 -220 -130绝对平均值-7.5 -48 -23 -35 -45 -60 -143 -180 -88 -190 -178 -143 -148 -195 -160 -203 -103在第7个点追加防静电毛巾后：-300-250-200-150-100-500第一次静电电压第二次静电电压第三次静电电压第四次静电电压2.由于从A到B的第7个测试点电压开始较大，四次测试结果从该点后所有的测试点均
9、大于100v,所以在该点追加湿毛巾，并再次对该皮带进行测试，测试结果如下：位置123456789101121314151617第一次静电电0 -10 0 -40 10 -80 -10 -10 -50 -50 -40 -70 -100 -80 -80 -250 -100第二次静电电0 -10 -40 -50 -70 -90 0 -40 -80 -40 -90 -100 -90 -50 -170 -150 -100第三次静电电0 0 -30 -70 -80 -90 10 -40 -40 -80 -50 -120 -70 -80 -90 -70 -100第四次静电电-10 -40 -60 -70 -
10、100 -60 -10 -30 -40 -60 -80 -70 -90 -70 -80 -110 -90绝对平均值-2.5 -15 -33 -58 -60 -80 -7.5 -30 -53 -58 -65 -90 -88 -70 -105 -145 -98编号123456789101121314151617绝对平均值1 -2.5 -15 -33 -58 -60 -40 -7.5 -30 -53 -58 -65 -90 -88 -70 -105 -145 -98绝对平均值2 -7.5 -48 -23 -35 -45 -60 -143 -180 -88 -190 -178 -143 -148 -1
11、95 -160 -203 -103加防静电毛巾前后对比：-300-250-200-150-100-500501 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17第一次静电电压第二次静电电压第三次静电电压第四次静电电压-250-200-150-100-5001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17绝对平均值1绝对平均值2此处加湿毛巾后未加湿毛巾前四.静电的危害: a.静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻。b.静电放电破坏，造成电子元件损坏。c.静电放电产生电磁场幅度很大，频谱极宽，对电子元件产生干扰。损坏特点：1.隐蔽性：静电放电
12、不易被发现，只有静电电压达到2-3kv时放电人体才能感觉的到。潜在性和累积性：有些电子元件受到静电损伤后性能没有明显的下降，但多次累加放电会给元件造成内伤形成隐患。随机性和复杂性：电子元件从其产生到损坏以前所有的过程均有可能受到静电的破坏，其受静电破坏有随机性，并且有些静电的损伤与其它原因造成的损伤很难区分，再加上电子元件的精、细、微小的特点，不易分析。多数电子元件是静电敏感的器件，大部分在几百伏范围内，如MOS单管在100200V，GaAsFET在100300V之间，一些COMS IC采取了防静电设计只能达到20004000V，而实际环境的静电压常常上万伏。一些静电敏感器件抗静电能力如下：3
13、0-1800vVMOS10000石英及压电晶体200-1000vZ80系列E/D MOS50-500v6800系列HMOS250-2000vC0000 CD400CMOS100-300vGaAs FET140-1000v3CT系列JFET100200v3CO 3DO系列MOSFET抗静电能力实例器件类型五、静电失效机理：静电失效机理有两种：过电压失效、过电流失效.(1)过电压失效多发生于含有MOS管电路，过电压是指高阻抗的静电放电回路中，绝缘介质两端的电极因受了高静电放电电荷而呈高电压，有可能使电极之间的电场超过其介质的临界击穿电压，使介质发生击穿失效。如：硅临界场强为（10-7）*106v/
14、cm.（2）过电流热致失效过电流热致失效是由于较低阻抗的放电回路中，由于静电放电电流过大使局部区域温升超过材料的熔点，导致材料发生局部熔融使元器件失效。影响过流失效的主要因素是功率密度。物体带静电表示它有一定的能量，单位时间释放的能量是功率。通过单位面积释放的功率是功率密度。我们研究静电放电过程中释放的能量、功率和功率密度与哪些因素有关。a.静电放电过程中释放的能量物体带静电电量为Q，它与地电位差为V，带静电物体的静电能是：E=QV （13.4）依据（13-1）式得：E= Q2 /C （13.5）从（13-5）式看出带静电物体的静电能与静电量的平方成正比与等效电容成反比。显然静电量越大对元器件
15、造成ESD损伤的危险性越大。影响ESD损伤的另一个因素是放电时间的长短静电能量大，但如果释放的时间长，功率会很小，ESD损伤的程度就小。表征放电时间的长短的参量是放电时间常数又称弛豫时间。在放电回路中有：RC。例如对人体放电，若电容为100pF；电阻为1500，时间常数是150ns，显然，在静电放电电量不变时，元器件的放电回路中电阻、电容越大，功率就越小，静电的损伤性就越小。b.与静电放电功率有关的因素静电放电的电流是指数衰减的，其表达式为：i=Ipe（1.6）Ip为峰值电流，t是放电时间。静电放电功率可表示为：P(t)=i2R=RI e （1.7）因为在5倍的时间常数内，静电要释放掉99.3
16、%。通常以5倍的时间常数计算其平均功率：RCt2pRCt2RC512pRCt2102pRI102pRIRV1022210RCQRV22RCQPav=05RCRI e dt = （1-e-10）= = =因为峰值电流IP为：IP= 静电放电的峰值功率为V2/R或，即静电放电功率与放电回路的串联电阻和电容的平方成反比，与静电量的平方或静电压的平方成正比。增加放电回路的串联电阻和电容是减小ESD损伤的有效途径。放电回路高阻区的横截面积为A，则在高阻区放电的功率密度是。所以增加放电回路高阻区的横截面积也是减小ESD损伤的重要途径。静电放电形成的是短时大电流，放电脉冲的时间常数远小于器件散热的时间常数。
17、因此，当静电放电电流通过面积很小的pn结或肖特基结时，将产生很大的瞬间功率密度，形成局部过热，有可能使局部结温达到甚至超过材料的本征温度(如硅的熔点1415)，使结区局部或多处熔化导致pn结短路，器件彻底失效。22ARCQ可以知道，反偏pn结比正偏pn结更容易发生热致失效，在反偏条件下使结损坏所需要的能量只有正偏条件下的十分之一左右。这是因为反偏时，大部分功率消耗在结区中心，而正偏时，则多消耗在结区外的体电阻上。对于双极器件，通常发射结的面积比其它结的面积都小，而且结面也比其它结更靠近表面，所以常常观察到的是发射结的退化。此外，击穿电压高于100V或漏电流小于1nA的pn结(如JFET的栅结)
18、，比类似尺寸的常规pn结对静电放电更加敏感。五、静电来源及三种标准的静电释放模式人体静电是静电的主要来源：1.人的接触范围广;2.人体与大地的电容低；3.人体的电阻低（手到脚的电阻只有几百欧，手指的接触电阻也只有几千欧），且人体在静电场中易感应带电。人体静电的特点：人体静电与人体接触的环境及活动方式有关。人体静电与环境湿度有关人体静电与所穿着的衣物材料有关，化纤和塑料制品更容易产生静电。人体静电与人的操作速度有关。人体各部分的静电大小是不一样的，一般认为手腕处静电最大。仪器和设备的静电：仪器和设备也会由于摩擦或感应而带上静电，如传输带在转动过程中由于与转轴的接触分离产生静电，或是接地不良的仪器
19、外壳在电场中感应带电，仪器设备带电后与元件接触也会产生静电释放，并造成损伤元件。器件本身的静电：电子元件的外壳与绝缘材料相互摩擦，也会产生静电，器件外壳产生静电后，会通过某一接地管脚或外接引线释放静电，也会对器件造成静电损坏。人体静电放电模式（HBM）：CVR由于人体会与各种物体和元件接触、摩擦，据统计由于人体静电造成的元件破坏占总数的50%，人体电容C一般为50250pf,一般取100pf,人体与其它物体的接触电阻约100100000欧，一般取1500欧，V为人体静电压。静电放电三种模式：带电机器放电模式（MM):CV机器因为摩擦也会带电，带电机器通过电子器件放电也会造成损伤，与人体放电模式
20、相比机器没有电阻，电容相对要大，一般C取200PF。CV带电器件放电模型（CDM)：RLSR上图为双极性器件静电放电模式。六、静电检测标准：IC CARD5S1HBMISOTEC 10373:1993(E)6.413光电器件1S3HBMBellcore TR-NMT-0087012军用微电路1S3HBMGJB548A-9611军用微电路1S3HBMMIL-STD-883E10汽车用件CDMAEC-Q100-011-REV-A9汽车用件1S1MMAEC-Q100-003-REV-E8汽车用件0.5S1HBMAEC-Q100-002-REV-C7电子元件CDMESDA ESDSTM5.3.16电子
21、元件1S3MMESDA ESDSTM5.2-19995电子元件0.3S3HBMESDA ESDSTM5.14电子元件CDMJEDEC JESD22-C101-A（2000）3电子元件3MMJEDEC JESD22-A115-A2电子元件0.3S1HBMJEDEC JESD22-A114-B1适用范围最小放电间隙放电次数放电模式标准号序号HBM常用标准的ESD电压阀值分类CLASS1:0TO100V2:100TO500V3:500TO2000V4:2000TO4000V5:=4000VCLASS1:0TO2000V2000TO4000V3:=4000V=2000VCLASS0:=8000VBellcore TR-NWT-00870MIL-STD-883E 3015。7&GJB548A-96 3015AEC-Q100-002-REV-CJESD22-A114-B&ESD STM5。1MM常用标准的ESD电压阀值分类=200VCLASS M1:=400VCLASSA:=400VAEC-Q100-003-REV-EESD STM5.2-1999JESD22-A115-A(1997)CDM常用标准的ESD电压阀值分类CLASS C1:=2000VCLASS1:=1000VAEC-Q100-003-REV-EESD STM5.3.1J JESD22-C101-A(2000)
