ESD基本常識(shí)

1.ESD的基本知識(shí)，海威達(dá)航技術(shù)支持：（壹叁陸零叁零捌捌叁肆零）聯(lián)系鐘生
1.1什么叫靜電---即相對(duì)靜止不動(dòng)的電荷（Electro-Static），通常指因不同物體之間相互摩擦而產(chǎn)生的在物體表面所帶的正負(fù)電荷。

1.2靜電放射（ESD）---指具有不同靜電電位的物體由于直接接觸或靜電感應(yīng)所引起的物體之間靜電電荷的轉(zhuǎn)移（Electro-Static-Discharge）。通常指在靜電場(chǎng)的能量達(dá)到一定程度之后，擊穿其間介質(zhì)而進(jìn)行放電的現(xiàn)象。

1.3靜電產(chǎn)生的原因
   1.3.1微觀原因----根據(jù)原子物理理論，電中性時(shí)物質(zhì)處于電平衡狀態(tài)。由于不同物質(zhì)原子的接觸產(chǎn)生電子的得失，使物質(zhì)失去電平衡，產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。
1.3.2宏觀原因---1）物體間摩擦生熱，激發(fā)電子轉(zhuǎn)移
2）物體間的接觸和分離產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移
3）電磁感應(yīng)造成物體表面電荷的不平衡分布
4）摩擦和電磁感應(yīng)的綜合效應(yīng)

一：物體接觸 二：物體分離            
表一：典型的靜電電壓：
靜電電荷源  測(cè)得的電壓（V）
  10%~20%RH  65%~90%RH
走過(guò)地毯  35000  1500
在聚烯烴類(lèi)塑料地面行走  12000  250
工作臺(tái)旁操作的工人  6000  100
翻動(dòng)聚乙烯膜封皮的說(shuō)明書(shū)  7000  600
從工作臺(tái)拾起普通聚乙烯袋  20000  1200
墊有聚氨酯泡沫的工作椅  18000  1500
1.4 靜電造成的危害
  1.4.1在過(guò)去的十年里，雖然有許多的努力但是靜電仍然影響著制造生產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品可靠性和制造成本等。業(yè)界專(zhuān)家統(tǒng)計(jì)每年約有數(shù)十億美金的直接損失，間接的損失（維修、重工、運(yùn)輸?shù)龋┚透嗔?。ESD的損害是電子制造業(yè)中zui大的不liang原因之一（約占8-33%）

                                  表二：靜電損害統(tǒng)計(jì)表
靜電損害階段  zui小損失  zui大損失  平均損失
元器件制造業(yè)  4%  97%  16-22%
元件貼裝業(yè)  3%  70%  9-15%
電子組裝業(yè)  2%  35%  8-14%
使用者  5%  70%  27-33%

1.4.2 ESD對(duì)電子元器件損害的形式
      A．即時(shí)失效---產(chǎn)品的功能喪失，在zui終檢驗(yàn)前能被測(cè)試發(fā)現(xiàn)?？梢灾匦戮S修、測(cè)試或報(bào)廢。
         即時(shí)失效約占受靜電損害形式的10%。
      B．延時(shí)失效---產(chǎn)品可以通過(guò)所有的檢驗(yàn)和測(cè)試，到用戶使用一段時(shí)間后失效，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，存在潛伏性失效，極不易受控。只有在過(guò)程中預(yù)防ESD的損害。延時(shí)失效約占受靜電損害形式的90%。

1.5 靜電放電模式
   A．其他物體對(duì)本物體放電-----當(dāng)一帶靜電的物體（包括人體）對(duì)本物體釋放靜電時(shí)，造成本物體的損壞。
   B．對(duì)本物體放電-----當(dāng)本物體帶電并對(duì)其他物體進(jìn)行放電時(shí)，造成本物體的損壞。
   C．電場(chǎng)感應(yīng)放電-----當(dāng)一物體聚積大量的靜電時(shí)，在它的周?chē)陀幸粋€(gè)感應(yīng)的電場(chǎng)，如果靜電敏感物體靠近接觸到該電場(chǎng)，也會(huì)感應(yīng)生成電壓，就可能造成靜電敏感物體的損壞。

   注：本物體是靜電敏感（ESDS）物體。
1.6 靜電保護(hù)可靠靜電壓是多少
1.6.1靜電保護(hù)的可靠靜電壓和電子元器件本身承受靜電損壞的程度有關(guān)，
有三種方式可以確認(rèn)元器件的靜電承受等級(jí)。1.HBM（Human Body Model）人體模式； 2.CDM(ChargedDevice Model )物體帶電模式 ； 3. Machine Model機(jī)械模式。
   1.6.2大多數(shù)電子元器件在小于100V的靜電壓影響下就會(huì)損壞，也有的電子元器件（如磁盤(pán)元件）在10V的靜電壓影響下就失效了。

                                  表三：元器件敏感程度表
元器件類(lèi)型  損壞電壓（V）
VMOS  30---1800
MOSFET  100---200
EPROM  100---1500
JFET  140---7000
OPAMP  190---2500
CMOS  250---3000
Shottky Diode  300---2500
Resistor  300---3000
Bipolar transistor  400---7000
SCR  700---1500
Shottky TTL  1000---2500
HCMOS  700---1500
ACMOS  350---2000
BCL  500---1500
   概述：1.事實(shí)上所有的材料，甚至導(dǎo)體都有可能摩擦生電。
         2.增加ESD的幾種因素
         2.1低濕度
         2.2一定的活動(dòng)（走動(dòng)、推動(dòng)等）
         2.3快速運(yùn)動(dòng)
         2.4所接觸材料的類(lèi)型（特別是塑膠類(lèi)和合成材料及絕緣體）
        3.靜電的放射能立即的損壞產(chǎn)品，也有可能對(duì)產(chǎn)品造成潛伏性的損害。
        4.靜電存在于我們組裝生產(chǎn)、測(cè)試、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)階段里。
        5.帶電的物體的四周存在靜電場(chǎng)。
        6.元器件的靜電損傷有三種模式造成：a其他物體放電至本物體；b從本物體放電；c電場(chǎng)感應(yīng)引起的電荷轉(zhuǎn)移。

2.ESD控制原理
2.1 靜電控制方法（因?yàn)殪o電荷總會(huì)尋找到放電的路徑，所以我們要事先正確的引導(dǎo)靜電的泄放）
   A.設(shè)計(jì)我們的元件、產(chǎn)品或裝配件，使其更合理的避免靜電放電(ESD)的作用。
a.可能的話，使用對(duì)靜電不敏感的元件，
b.對(duì)我們使用的那些靜電放電敏感的(ESDS, ESD-sensitive)元件提供適當(dāng)?shù)妮斎氡Ｗo(hù)。
這里相互矛盾的是，先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)意味著更小型化和更復(fù)雜的幾何形狀，但通常對(duì)ESD更為敏感?？墒牵诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)就建立越多的ESD控制，其后將發(fā)生的問(wèn)題越少
   B．定義我們所需要控制的等級(jí)（本公司對(duì)靜電可靠區(qū)內(nèi)的靜電壓要求在100V以下）
   C．劃分并標(biāo)示ESD可靠區(qū)域
   D．消除或降低靜電的產(chǎn)生
     產(chǎn)品設(shè)計(jì)是不可能達(dá)到全部預(yù)防ESD的要求，所以我們要在過(guò)程中消除或降低靜電的產(chǎn)生。
      zui基本的是沒(méi)有充電就不會(huì)有放電。
     a在工作環(huán)境中盡可能地減少或消除許多靜電產(chǎn)生的工序或材料，如普通塑料；減少搬運(yùn)等。
     b在工作環(huán)境中的工序或材料應(yīng)該保持在相同的靜電電勢(shì)，因?yàn)镋SD不會(huì)發(fā)生在保持相同電勢(shì)或零電勢(shì)的材料之間。
     c提供地線給靜電手環(huán)帶、地板或工作臺(tái)表面，可靠地減少放電產(chǎn)生與積累。這些導(dǎo)電或釋放材料應(yīng)該電氣連接到相同的公共地。
我們不可以逃避ESD元件和產(chǎn)品，但是可以減少或消除靜電放電的產(chǎn)生與積累。
   E．可靠的釋放或中和
     因?yàn)殪o電的所有產(chǎn)生是不可能完全消除的，所以我們只有可靠地釋放或中和那些要發(fā)生的靜電。
a適當(dāng)?shù)慕拥睾蛯?dǎo)電性或耗散性的材料起主要作用。例如，帶靜電進(jìn)入工作環(huán)境的工人可通過(guò)帶靜電手環(huán)或穿戴ESD工作鞋踏過(guò)ESD地板墊來(lái)消除自己身上的靜電。靜電傳到地線，而不是對(duì)敏感元件放電。
b對(duì)一些物體，如普通塑料和其它絕緣體，接地不能消除靜電放電。通常，利用離子風(fēng)機(jī)來(lái)中和這些絕緣材料上的放電。離子風(fēng)機(jī)在作用過(guò)程產(chǎn)生正負(fù)離子，吸引到放電物體表面，因此有效地中和靜電。

F．保護(hù)產(chǎn)品
      我們要預(yù)防靜電放電時(shí)接觸到敏感元件和裝配。
a一個(gè)方法是，對(duì)元件和裝配提供適當(dāng)?shù)慕拥鼗蚍至?，使任何放電從產(chǎn)品分散開(kāi)。
b弟、二個(gè)方法是，采用適當(dāng)?shù)陌b材料來(lái)包裝和運(yùn)輸敏感元件。這些材料可有效地將產(chǎn)品屏蔽開(kāi)靜電，減少由于包裝內(nèi)任何產(chǎn)品移動(dòng)而產(chǎn)生的靜電。

這六條靜電控制方法可幫助選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾统绦?，用?lái)有效地控制ESD。在大多數(shù)情況下，有效的ESD控制程序?qū)⑸婕八羞@些方法。在開(kāi)發(fā)控制程序中，確認(rèn)那些敏感元件、敏感的級(jí)別、和那些對(duì)其具有ESD危害的操作。然后尋找防護(hù)這些元件的方法。zui后，選擇和實(shí)施可完成這個(gè)任務(wù)的程序和材料的結(jié)合使用。

2.2 有效的ESD控制計(jì)劃
   A．成立ESD控制小組
     因?yàn)镋SD問(wèn)題和解決可能涉及到各個(gè)部門(mén)，所以ESD控制小組成員會(huì)有工程、制造、HR、QA、倉(cāng)庫(kù)、采購(gòu)等組成，這個(gè)小組負(fù)責(zé)公司ESD的開(kāi)展、稽核等管理工作。
   B．評(píng)估及規(guī)劃
     根據(jù)公司ESD敏感項(xiàng)目（元器件、裝配、成品）來(lái)定義ESD敏感的水平?？梢怨緝?nèi)部測(cè)試定義，也可以采用供應(yīng)商提供數(shù)據(jù)或參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。再根據(jù)定義好的ESD敏感水平來(lái)規(guī)劃公司的設(shè)備、程序、組織的適用性。
   C．建立ESD控制程序
     在完成公司的ESD評(píng)估和規(guī)劃的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)ESD控制程序，以書(shū)面文件的形式清楚的定義每個(gè)人的義務(wù)及職責(zé)。
   D．取得高層管理的支持
      ESD控制計(jì)劃實(shí)施需要高層管理的支持。
   E．制定一個(gè)訓(xùn)練計(jì)劃
     適當(dāng)?shù)挠?xùn)練對(duì)對(duì)經(jīng)常接觸ESD的人員是尤為重要，它的主要目標(biāo)是讓員工自覺(jué)地預(yù)防ESD事件的發(fā)生。
   F．稽核計(jì)劃
     完善一個(gè)控制計(jì)劃需要不斷的稽核、分析、改進(jìn)。稽核檢查是很重要的，它讓我們找出實(shí)施中的缺點(diǎn)和控制計(jì)劃是否被有效地執(zhí)行。
   
概述：靜電控制六個(gè)方法和六項(xiàng)控制計(jì)劃的發(fā)展和落實(shí)，是實(shí)施有效的ESD控制程序的指導(dǎo)。

3.ESD控制程序及材料
  3.1首先是要定義元件和裝配的ESD敏感水平，然后再?zèng)Q定相應(yīng)的ESD控制程序和材料
  3.2定義那些區(qū)域需要ESD保護(hù)
                         表四：典型的需要ESD保護(hù)的區(qū)域
收料區(qū)域
檢驗(yàn)區(qū)域
儲(chǔ)物料區(qū)域和倉(cāng)庫(kù)
裝配線
測(cè)試區(qū)域
研發(fā)部
包裝區(qū)域
維修區(qū)
實(shí)驗(yàn)室
無(wú)塵室
3.3對(duì)有效的ESD控制，將靜電釋放在大地上是十分重要的。所以要將工作區(qū)所有工作桌、機(jī)器、工作桌表面、人連接于相同的接地線上。
3.4控制人體上的靜電
  人體的靜電是主要的靜電源之一，他可能有上千伏。如果不適當(dāng)?shù)目刂?，這項(xiàng)靜電很容易對(duì)靜電敏感器件造成損害，所以ESD控制程序特別強(qiáng)調(diào)人體靜電的解除。
  A．靜電手環(huán)-----它是控制人體靜電主要方法之一。靜電能通過(guò)手環(huán)連續(xù)可靠地釋放到地上，并不在人體上累積。

  B．導(dǎo)電鞋-----它連同ESD地板組合，由ESD地板提供一條靜電從導(dǎo)電鞋到大地的釋放途徑。使人體減少積聚靜電荷至可靠水平，除此之外它們還可減少摩擦充電。

  C．靜電衣----能隔離人體皮膚和衣服織物上的靜電，讓靜電通過(guò)靜電手環(huán)或?qū)щ娦煽康蒯尫诺降厣稀?/span>

  3.5工作站的要求
    標(biāo)準(zhǔn)ESD工作站須提供連接工作桌面、儀器、手環(huán)、輔助設(shè)備和地板到相同的地上。
     工作桌面和地板面的表面阻抗應(yīng)在106---109 ohm之間。
                         圖三：典型的ESD工作站圖示

3.6 包裝和ESD處理材料
   包裝是指用具有ESD防護(hù)功能的材料來(lái)包裝靜電敏感器件，防止靜電對(duì)它造成傷害。包裝材料提供三種保護(hù)的方式：1.超低充電 2.靜電釋放保護(hù)3.屏蔽電場(chǎng)
ESD處理材料:
   1.絕緣材料-----電荷無(wú)法移動(dòng)。表面電阻大于1×1012 ohm; 體電阻大于1×1011ohm。
   2.導(dǎo)電材料-----因?yàn)樗休^低的阻值，電荷很容易的在表面或內(nèi)部移動(dòng)。表面電阻小于1×105ohm; 體電阻小于1×104ohm。
   3.耗散性材料----耗散性材料的阻抗是間于絕緣和導(dǎo)電材料之間的，所以它的電荷移動(dòng)的速度比絕緣材料要快，但比導(dǎo)電材料要慢。它的表面電阻在1×105—1×1012 ohm之間; 體電阻在1×104—1×1011 ohm之間。
3.7 識(shí)別
      用適當(dāng)?shù)姆?hào)來(lái)識(shí)別靜電敏感裝置，提示要注意ESD保護(hù)。ESD協(xié)會(huì)制定了二種符號(hào)
     A．ESD敏感符號(hào)（下圖）由三角形、手和一斜線組成。三角形代表“小心”，一只到達(dá)的手和斜線代表“不接觸”。整個(gè)表示為：ESD敏感的材料，不可接觸。
圖五：ESD敏感符號(hào)
     B．ESD保護(hù)符號(hào)（下圖）由三角形、手和一弧線組成?；【€代表“傘”，表示ESD保護(hù)材料。

圖六：ESD保護(hù)符號(hào)

4. ESD的訓(xùn)練和稽核
    為了確保我們ESD控制程序的有效性和員工的執(zhí)行狀況，所以要進(jìn)行ESD的訓(xùn)練和稽核。
4.1ESD訓(xùn)練包括全公司的人員，甚至于我們的供應(yīng)商和外包商。訓(xùn)練內(nèi)容包括ESD的原理、控制程序的細(xì)節(jié)，每個(gè)人的職責(zé)等。為了保證我們訓(xùn)練的效果，可以進(jìn)行測(cè)試。
4.2稽核檢查
    稽核是ESD控制程序的成功管理的一個(gè)主要因素。
       A．稽核的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)有文件和程序明確定義
       B．稽核過(guò)程中需要使用一些測(cè)量?jī)x器
       C．稽核包括所有的ESD保護(hù)區(qū)域和相關(guān)設(shè)施。
       D．需要定期進(jìn)行稽核
       E．將稽核的結(jié)果詳細(xì)的記錄下來(lái)。
       F．根據(jù)稽核結(jié)果制定一個(gè)矯正行動(dòng)來(lái)完善整個(gè)ESD控制體系。