ESD控制的原理和方法
Content
• 1.静电的产生及危害 • 2.静电放电材料及模型 • 3.ESD控制原理、技术与要求 • 4.美国国家标准/ESD协会标准S20.20(国际标准）
术语及定义
• 静电： 物体表面过剩或不足的静止的电荷 • 静电场：静电在其周围形成的电场 • 静电放电ESD(Electrostatic Discharge)：两个具有不
同静电电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起两 物体间的静电电荷的转移。静电电场的能量达到一定程 度后，击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。 • 静电敏感度：元器件所能承受的静电放电电压 • 静电敏感器件：对静电放电敏感的器件 • 防静电工作区 EPA(ESD Protective Area)：配备各种防 静电设备和器材，能限制静电电位，具有明确的区域界 限和专门标记的适于从事静电防护操作的工作场地
静电的产生
• 1.摩擦－接触分离
• 影响摩擦电量的因数：
• 物质材料，相对湿度，摩擦频率，接触面积
• 2.感应
• 3.传导
+-
-
典型的ESD电压
静电之产生
走动于乙烯材质的地板 走动于人造地毯 坐离发泡椅垫
拿起聚乙烯塑料袋 在地上滑动苯乙烯材质箱子
移除PC板上的MYLAR胶带 PC板上的收縮膜 动作真空吸锡器 喷电路冷凝喷雾剂
• 5.严重性。二十世纪中后期静电危害震惊世界。
高科技工业生产中静电危害的 形成
• 高工业生产的高速发展以及高分子材料的推广应用， 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，使得静电积累到 很高的程度。
• 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，工矿企业部门受静电的危害越来越突出 ，静电危害造成了相当严重的后果和损失。随着IC集成 度越来越高，速度越来越快，IC受静电电压的影响越来 越大。
模拟由站立人体之手指尖端放电至元件的现象 100pF+1500Ω 放电上升时间2～10ns,脉冲宽度大约150ns • 2. 机器带电模型(Machine Model,MM) Discharge to the Device 200pF+500nH电感，无放电电阻。放电上升时间5～8ns,大约80ns周期 的正弦衰减波形 • 3. 元件带电模型(Charaged Device Model,CDM) Discharge from the Device – 模拟一带电元件经由一脚接地而放电的現象 – 1～几十pF+0Ω .放电上升时间<0.2ns,放电电流可达几十A – 造成ESD故障的主要原因 – 电流上升時间最快速
静电防治材料定义
• Conductive Materials导电材料
• 表面电阻率小于1x105Ω /□,或其体电阻率小于1x104Ω -CM(ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)
• Static Dissipative Material静电消散材料
• 表面电阻率大于1x 105Ω /□且小于1x 1012Ω /square,或其体电阻率 大于1x104Ω -CM且小于1x1011Ω -CM(ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL263B)
• Static Shielding Material 静电屏蔽材料
•
表面电阻率等于或小于104Ω /□的材料(EIA-625) 易在静电场中
产生静电感应和静电放电而损坏产品，通常在屏蔽材料内层复合一层
静电放电的模型
• 1. 人体带电模型(Human Body Medel,HBM) Discharge to the Device
• 2.潜伏性。有些电子元器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器件造成内伤而形成隐患， 而且增加了器件对静电的敏感性。
• 3.随机性。从一个元件生产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。
• 4.复杂性。静电放电损伤分板工作，因电子产品的精细， 微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较复杂的技术 往往需要使用扫描电镜等精密仪器，即使如此有些静电损 伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别
静电控制的基本概念
• 设计你的元件、产品和装配，使其更合理的避免 静电放电(ESD)的作用。可能的话，使用对静电不 敏感的元件，或者对你使用的那些静电放电敏感 的元件提供适当的输入保护。
• 从工作环境中尽可能地减少或消除许多静电产生 的工序或材料，如普通塑料。
• 接地 • 离子中和 • 防止要发生的静电放电接触到敏感元件和装配。 • 加强管理和监测
人体带电和电击感应程度的关系
静电的危害
A）静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能 与寿命。 ESA
•
B) 静电放电 ESD
损坏器件 损伤器件（潜在损坏） 辐射电磁场（EMI)产生臭氧
静电损伤的特点
• 1.隐蔽性。人体不能直接感知静电，除非发生静电放电， 但发生静电放电，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。
静电压(KV)
相对湿度20%
相对湿度80%
12
0.25
35
1.5
18
1.5
20
0.6
18
1.5
12
1.5
16
3
8
1
15
5
静电带电序列
(+) 兔毛 玻璃 云母 人发 尼龙 羊毛 毛皮
铅
丝
铝 纸 棉花 钢 木材 琥珀 封腊 硬橡胶
铜、镍
银、黄铜 金、白金
硫磺 醋酸酯纤维
聚酯 赛璐珞
硅 聚四氟乙烯
(-)
接地
• 接地是最简单有效的技术
• 接地的原则：人员和设备安全
• Anti-Static Material 抗静电材料
• -能抑制摩擦生电的材料(ESDA ADV.1.0)
• -能抑制摩擦生电至200V以下的材料(EIA-625)
• -抗静电材料并不须要量测其表面电阻率或体电阻来决定其特性.
• Insulating Material 绝缘材料
• 表面电阻率大于1x1012Ω /□或其体电阻率大于1x1011Ω -CM的材料 (EIA-625-1994);ESDA ADV 1.0-1994)