靜電防護(hù)基礎(chǔ).ppt

靜電防護(hù)基礎(chǔ) ESDBASICS 內(nèi)容 1靜電的概念2靜電感應(yīng)和靜電量級3靜電危害 案例1 2等 和應(yīng)用 靜電復(fù)印案例 4靜電防護(hù)簡介 1 1靜電的概念 一靜電的本質(zhì)物質(zhì)由分子和原子組成 原子由原子核和電子組成 原子核帶正電 電子帶負(fù)電 自然條件下 正負(fù)電荷平衡 物體不帶電 這類物體叫電中性物體 在某種條件下 正負(fù)電荷的平衡被打破 則物體帶電 這種現(xiàn)象叫物體帶電 物體帶電分動電和靜電所謂靜電指對觀察者而言 電荷靜止不動或運動非常緩慢 動電則有電荷的快速運動和變化 1 1靜電的概念 二靜電起電與放電現(xiàn)象靜電可有很多種方式產(chǎn)生 如物體間的摩擦 電場感應(yīng) 介質(zhì)極化 帶電顆粒附著等等摩擦起電 當(dāng)兩個物體產(chǎn)生摩擦?xí)r 摩擦表面的電子會從一種物體跑到另一個物體上 分離后 兩個物體的正負(fù)電荷失去平衡 得到電子的帶負(fù)電 失去電子的帶正電 感應(yīng)起電 當(dāng)有強電場 大的帶電體 存在時 附近的物體被感應(yīng) 局部或整體產(chǎn)生電荷 這類帶電稱為感應(yīng)帶電 當(dāng)帶電的物體與一些導(dǎo)體等接觸時或靠的很近時 電荷會找到一個途徑突然釋放掉 這種現(xiàn)象叫靜電放電 靜電放電的條件是 首先有靜電存在 其次要有一定的途徑 靜電放電的原因和條件多種多樣 控制靜電放電是在人們生活和工作中的各個方面所追求的 1 1靜電的概念 三靜電現(xiàn)象靜電現(xiàn)象舉例1握手或手接觸時常被電擊一下 是由于人身帶了靜電 接觸時突然放電所致2自然界中的放電例子很多 如大氣中帶有很強的電荷 在80KM處 對地電位有200KV 3云相互摩擦而帶大量的電荷 相互放電形成能量巨大的雷電 對地放電則可能形成雷擊 4工業(yè)中 如印刷中 紙離開滾筒時靜電電壓高達(dá)20KV 5我們生產(chǎn)線中 人體帶電 摩擦帶電 和感應(yīng)帶電等隨時存在 不加控制 可造成危害 靜電現(xiàn)象 大地與云帶電 大地為帶大量的負(fù)電荷的帶電體 靜電現(xiàn)象 雷電 分離 摩擦 靜電產(chǎn)生舉例 分離 摩擦等起電的過程 圖1 1 1摩擦起電的形成過程物體接觸后表面電位差 產(chǎn)生接觸電荷轉(zhuǎn)移 形成偶電層 物體快速分離 產(chǎn)生靜電核 摩擦起電靜電序列 人手圖毛玻璃云母人頭發(fā)尼龍羊毛毛皮鉛絲綢 鋁紙棉花鋼木材琥珀封蠟硬橡膠鎳 銅 黃銅 銀金 白金硫磺 醋酸酯纖維素聚酯賽璐珞奧綸聚氨酯聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯硅聚四氟乙烯硅橡膠 離的越近靜電越輕前面的帶正電 后面的帶負(fù)電 人體帶電 人體帶電方式摩擦起電 操作中的動作和肢體運動 由衣服 鞋子與其他物體 地面摩擦 使衣服和鞋子帶電 再通過傳導(dǎo)和感應(yīng) 使人體各部分帶電 人體可以看作一個導(dǎo)體 脫衣帽手套等使物體與人體間或物體與物體間剝離起電 通過傳導(dǎo)和感應(yīng)使人體帶電感應(yīng)起電當(dāng)不帶電的人體進(jìn)入帶電體的電場 靜電感應(yīng)而起電 傳導(dǎo)起電人體直接接觸帶電體 或與帶電體發(fā)生靜電放電人在由靜電的微塵粉體和霧狀液?？臻g活動 使帶電微粒附著在人體及衣服上產(chǎn)生靜電 人體活動帶電圖 放電 靜電放電 導(dǎo)體 可以為地 電荷積聚 靜電積聚起來 1 2靜電感應(yīng)和靜電量級 靜電的定量描述1物體帶電量的多少用電量來描述 帶正電荷的物體帶電量為正 帶負(fù)電荷的帶電量為負(fù) 電量的單位為庫侖 1個電子的帶電量為e 1 6021892X10 19庫侖2電荷密度 電荷聚集程度的標(biāo)志 單位面積帶電量叫面電荷密度單位體積的電荷密度 叫體電荷密度線狀體的單位長度的帶電叫線電荷密度如 導(dǎo)體帶電的靜電荷分布在導(dǎo)體表面 由大量粉塵和顆粒組成的帶電分布在每個顆粒上 整體宏觀來看體內(nèi)帶電 1 2靜電感應(yīng)和靜電量級 面電荷密度 體電荷密度 線電荷密度 1 2靜電感應(yīng)和靜電量級 電壓 電荷間的作用力叫庫侖力 由庫侖定律來描述 帶電體周圍產(chǎn)生電場 電場是電荷間相互作用的載體 電場的大小用電場強度表示 E 表征帶電體在電場中的能量大小叫電勢 也叫電位 電壓表征電場間兩點的電勢差 用V表示 電壓單位為伏特 電壓好比水壓 水壓使水流動 對水壁產(chǎn)生壓力 電壓使電荷流動 電壓通過電場使物資內(nèi)部的粒子產(chǎn)生電壓力 1 2靜電感應(yīng)和靜電量級 電流與電阻 如果物體的兩點間有電壓 則會使物體內(nèi)的電子等粒子流動 電荷的流動叫電流 用安培為單位 同樣的電壓 不同的物資 電流不同 表征物體中電荷流動性質(zhì)的一個物理量叫電阻 電阻用歐姆為單位 電壓電阻和電流的關(guān)系由歐姆定律表示 零電位指計算電位的參考點 電位規(guī)定為零 1 2靜電感應(yīng)和靜電量級 導(dǎo)體 半導(dǎo)體和絕緣體 導(dǎo)體 具有可移動的電子或價電子 在外電場的作用下 電子可以在內(nèi)部自由流動 導(dǎo)體的電阻很小 如金屬則為良導(dǎo)體 其中金的導(dǎo)電性最好 絕緣體 沒有可移動的電荷存在 電阻率很大 絕緣體也叫電介質(zhì) 如玻璃 普通紙等 半導(dǎo)體 介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類特別物資 如硅等 1 2靜電感應(yīng)和靜電量級 電容 導(dǎo)體的帶電量為Q 導(dǎo)體就產(chǎn)生了電位U 想象水位 表征帶電物體產(chǎn)生電位能力的量叫電容 用C表示 單位法拉 微法 10 6法拉 皮法 10 12法 電容把電量和電位聯(lián)系起來C Q U 電容器是在兩個相互電絕緣隔離的導(dǎo)體之間存儲電荷能力的器件 兩個導(dǎo)體帶等量的極性相反的電荷 任何兩個隔離的導(dǎo)體 廣義講物體 均有電容C存在 導(dǎo)體之間有電勢差 電壓V 電容的大小主要由導(dǎo)體間的相對位置以及絕緣材料的性質(zhì)決定 與電容相關(guān)的絕緣材料的重要特性是介電常數(shù) C Q V 典型靜電電壓 我們在經(jīng)受3000伏的靜電電壓 人體電容靜電模型 人體的靜電并行電容模型 充電的導(dǎo)體1 電介質(zhì) 充電導(dǎo)體1 地板 腳 鞋 人體帶電和環(huán)境的關(guān)系 人體電容典型值 人體的典型靜電電壓 典型靜電電壓 ESD造成的代價 30V可能就把器件給 斃 了 靜電起電 放電描述圖 帶電物體如 人體充電器件 物體2如大地 接地線 工件 電子元器件等等 摩擦 介質(zhì)如空氣 起電的原因和條件如摩擦起電 不同物體間摩擦起電性質(zhì)和容易程度不同 靜電序列 直接連接線 耗散 放電 1物體帶電量用Q庫侖 由產(chǎn)生的電量耗散的電量引導(dǎo)走的電量等決定2帶電體對周圍物體的影響是通過電場決定的3表征電場能量的量為電位 4電容表征物體帶電量產(chǎn)生多強的電位的特征物理量 電壓 物體靜電產(chǎn)生 電量Q 摩擦 分離 感應(yīng) 離子附著 熱 壓 駐極體 電場 電場強度E對電荷作用力 電場電荷的移動作功電勢能 電位U 兩點間電位差 電壓V U1 U2 電場內(nèi)的物體中自由電荷受電場力作用會流動 電流I 不同物體 在同樣電壓下電流不同取決于物體的電阻特性 歐姆定律I V R 面電阻率 體電阻率 線電阻率 不同的物體 材料 形狀 環(huán)境 同樣電量電位不同 極板間 物體的電容C 儲存電量和電壓 電位 的關(guān)系C Q V 儲存電荷 就有能量儲存 物體電荷的消亡 取決于接觸的物體和周的環(huán)境 由導(dǎo)電導(dǎo)體把電荷流掉通過耗散體逐漸耗散掉通過放電等突然放掉被電荷相反的離子中和掉等等 物體分類導(dǎo)電性物體電耗散性物體抗靜電性物體絕緣性物體 電荷產(chǎn)生的多少和快慢 人體的放電過程 器件 電容 電阻 靜電的衰減和積累 實際過程中 靜電一邊產(chǎn)生一邊衰減靜電的衰減符合指數(shù)規(guī)律 為時間常數(shù) 表明衰減的程度 0 Q t t 導(dǎo)體上靜電荷的衰減規(guī)律 帶電導(dǎo)體 大地 R C U t 電容越大 電阻越大 時間越長 衰減越慢 帶電和放電綜合過程 帶電導(dǎo)體 大地 R C U t 達(dá)到穩(wěn)定時 Qs恒定 稱穩(wěn)態(tài)電量 充電速率I 充電波形 t Q t Q0 t 0 732Qs 充放電時間常數(shù)舉例 人體的對地電容為200pF 若站到絕緣電阻為1012 的普通橡膠墊上 充電速率為I0時間常數(shù)為穩(wěn)定電量為Qs I0RC 200I0若站到電阻為R 105 的導(dǎo)電橡膠上 時間常數(shù)為穩(wěn)定電量為Qs I0RC 20 10 6I0 1 3靜電危害和利用 案例一 某大電信公司單板損害案維修部門發(fā)現(xiàn)某批次以后生產(chǎn)的交換機(jī)用戶板 在打雷時特別容易損壞 但以前生產(chǎn)的同類用戶板抗雷能力要強的多 大量的用戶板返修 維護(hù)成本 賠償成本 形象成本損失巨大 電信局長直接找老板問罪 老板下達(dá)必須盡快查找原因 并暫停該單板的生產(chǎn) 分析從設(shè)計到生產(chǎn)過程的可能原因單板升級一次 改動一個電阻110種物料20種換過一個批次 其中包含一個CMOS專用集成電路 生產(chǎn)過程基本未變 但換過一個測試針床 增加一個測試單元 單板的前面板在新升級板上 增加了一個測試口 經(jīng)過從設(shè)計到生產(chǎn) 包裝運輸入庫 各個環(huán)境的努力 近一個月的攻關(guān) 大量的分析 終于發(fā)現(xiàn) 是上述CMOS電路軟損傷造成 原因 新板單板的升級時 設(shè)計人員為減少成本 物料選用把抗ESD指標(biāo)降格 同時設(shè)計時增加的測試口 剛好占用了以前的保護(hù)地的一小點 使面板與保護(hù)地接觸不良 致使 塑料面板上的靜電荷不能與板地電位持平 測試時增加的針床 剛好造成一種約800V的放電 使器件造成軟損傷 這次靜電損害使公司損失近5000萬 為此每個開發(fā)人員 減少1萬元獎金 1 3靜電危害和利用 案例二 某公司生產(chǎn)的可切換逆變電源 因是老板高價聘請的某大電信公司的設(shè)計人員設(shè)計 樣機(jī)整機(jī)性能指標(biāo)均上佳 老板攻關(guān)有一套 設(shè)計人員準(zhǔn)備采用 請物料認(rèn)證部門進(jìn)行考擦 發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)不規(guī)范 工人無ESD基本知識 也無相應(yīng)的ESD防范程序 而其產(chǎn)品必須達(dá)到電信標(biāo)準(zhǔn) 可靠性受到懷疑 物料經(jīng)理不敢批準(zhǔn) 因此設(shè)計部門只能選其他廠家 該老板一下子損失每年近2000萬的定單 1 4靜電防護(hù)簡介 靜電是有產(chǎn)生原因的 消除靜電產(chǎn)生的根源靜電產(chǎn)生無處不在 靜電產(chǎn)生防不勝防 減少靜電的強度 采用靜電衰減 減少靜電的積累靜電產(chǎn)生 但要發(fā)生危害 必須是一定條件的放電才能產(chǎn)生危害 對要保護(hù)的器件進(jìn)行抗靜電設(shè)計 并設(shè)計抗靜電生產(chǎn)過程 靜電的危害產(chǎn)生多由物體的不規(guī)則運動產(chǎn)生 必須對各個環(huán)節(jié)的運動進(jìn)行規(guī)范和控制 對于人這個高度能動性的動物的活動 必須從人的主觀和意識上進(jìn)行靜電防止 為此要建立完整的ESD培訓(xùn)和控制程序 由于靜電危害貫穿到產(chǎn)品從生產(chǎn)到維護(hù)的各個時期 為了企業(yè)間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)和一致性 還建立了各種防靜電標(biāo)準(zhǔn) 執(zhí)行這些標(biāo)準(zhǔn) 是業(yè)界的基本要求 各項防護(hù)措施綜合表 一防止靜電的產(chǎn)生 二減少和消除靜電 三減少靜電危害 四嚴(yán)格防靜電管理 主要內(nèi)容 具體措施 一防止靜電的產(chǎn)生 控制靜電的生成環(huán)境 防止人體帶電 材料選用要求 工藝控制措施 1濕度控制 在不導(dǎo)致器材或產(chǎn)品腐蝕生銹或其他危害前提下 盡量加大濕度 2溫度控制 在可能條件下盡量降低溫度 包括環(huán)境溫度和物體接觸溫度 3塵埃控制 此為防止附著 吸附 帶電的重要措施 4地板 桌椅面料和工作臺等應(yīng)由防靜電材料制成 并正確接地 5靜電敏感產(chǎn)品的運送傳遞和存儲及包裝與拆包裝應(yīng)采取靜電防護(hù)措施 6噴射 流動 運送 纏繞和分離速度應(yīng)予控制 在液體 扭體等材料的輸送管道中使用級和器 一防止靜電的產(chǎn)生 控制靜電的生成環(huán)境 防止人體帶電 材料選用要求 工藝控制措施 1佩戴防靜電腕帶 2穿戴防靜電服裝 衣 幗 3穿武防靜電鞋襪 腳鏈 4佩戴防靜電手套 指套 5嚴(yán)格禁止與工作無關(guān)的人體活動 例如做操 打鬧 梳頭發(fā) 吃東西等 6進(jìn)行離子風(fēng)浴 一防止靜電的產(chǎn)生 控制靜電的生成環(huán)境 防止人體帶電 材料選用要求 工藝控制措施 1凡必須或有可能發(fā)生接觸分離的材料應(yīng)考慮使其在靜電序列表上的位次盡量靠近 2應(yīng)使材料的表面光滑 平整 潔凈無污 3使用靜電導(dǎo)體材料和低電阻耗散材料 一防止靜電的產(chǎn)生 控制靜電的生成環(huán)境 防止人體帶電 材料選用要求 工藝控制措施 1制定并實施防靜電操作程序 2使用防靜電周轉(zhuǎn) 運輸盤 盒 箱及其他容器 小車 3使用防靜電工具 烙鐵 吸銀器等 4采用防靜電包裝 5對有靜電燃燒 爆炸可能性的液體材料設(shè)置必要的靜止時間 6盡量減少物體間的接觸壓力 時間 面積 例如布匹 紙張 線材 薄膜材料膠帶等的運送 傳遞輥簡 卷筒 線軸和產(chǎn)品之間 并限制運行速度不可過快 二減少和消除靜電 接地 增濕 中和 摻雜 1地板和工作桌 椅 臺面 臺墊正確接地 2人體接地 3工具 烙鐵 吸銀器 臺架 運輸小車等 接地 4設(shè)備 儀器接地 5管路 運輸傳送設(shè)施 裝罐設(shè)備 存儲設(shè)施 設(shè)備 接地 二減少和消除靜電 接地 增濕 中和 摻雜 1使用各種適宜的加濕器 噴霧裝置 2采用濕拖布拖擦地面或通過灑水等方法以提高帶電體附近或環(huán)境的濕度 3在允許的情況下盡量選用吸濕性材料 二減少和消除靜電 接地 增濕 中和 摻雜 什對場所和帶電物體的形狀 特點 選用適宜類型的靜電消除器 以消除具 器材 產(chǎn)品 場所 設(shè)備和人體上的靜電 二減少和消除靜電 接地 增濕 中和 摻雜 1在非導(dǎo)體材料 器具的表面通過噴 涂 鍍 敷 印 貼等方式附加上一層物質(zhì)以增加表面電導(dǎo)率 加速電荷的泄漏與釋放 2在塑料 橡膠 防腐涂料等非導(dǎo)電材料中村加金同粉末 導(dǎo)電纖維 炭黑粉等物質(zhì) 以增加其體電導(dǎo) 3在布匹 地毯等織物中 混人導(dǎo)電性合成纖維或金屬絲 以改善織物的抗靜電性能 4在易于產(chǎn)生靜電的液體 如汽油 航空煤油等 中加人化學(xué)藥品作為抗靜電添加劑 以改善液體材料的電導(dǎo)率 三減少靜電危害 控制靜電的生成提高產(chǎn)品自身抗靜電能力 采用靜電屏蔽和接地設(shè)計 確保設(shè)備 設(shè)施和作業(yè)場所的靜電安全要求 1對CMOS等靜電敏感染集成電路采用輸入 輸出保護(hù)電路設(shè)計 2對于靜電敏感電子組件和電子設(shè)備 采用抗靜電防護(hù)設(shè)計 設(shè)置輸出 輸入保護(hù)電路和網(wǎng)絡(luò) 使用隔離電阻器 設(shè)置邊界保護(hù)環(huán) 盡量選用非敏感元器件等 3對敏感元器件進(jìn)行靜電防護(hù)設(shè)計 設(shè)置串聯(lián)限流電阻器 設(shè)置鉗位放電間隙 降低瞬態(tài)能量密度 避免引線交迭和寄生MOS電容的形成等 三減少靜電危害 控制靜電的生成提高產(chǎn)品自身抗靜電能力 采用靜電屏蔽和接地設(shè)計 確保設(shè)備 設(shè)施和作業(yè)場所的靜電安全要求 1對敏感部位和敏感元器件采用加防護(hù)蓋 罩 片等靜電屏蔽措 以減少電的力學(xué) 感應(yīng)和放電危害 2應(yīng)盡量避免孤立導(dǎo)體的存在 3在液體儲油罐等設(shè)施中設(shè)立具有屏蔽作用的檢測井 以保證采樣和檢測 三減少靜電危害 控制靜電的生成提高產(chǎn)品自身抗靜電能力 采用靜電屏蔽和接地設(shè)計 確保設(shè)備 設(shè)施和作業(yè)場所的靜電安全要求 1控制易燃 易出的液體或粉體使爆炸性化合物濃度在燃燒 爆炸的極限度之下 2保持作業(yè)場所各種接地設(shè)施和系統(tǒng) 雷電保護(hù) 故障保護(hù) 信號參考 大地電極 防靜電操作等 正確和有效接地 3控制作業(yè)區(qū)內(nèi)各點靜電電位在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi) 4安裝局部放電器 放電刷等 以通過電暈放電不斷釋放低電能量使其積聚的能量在安全范圍之內(nèi) 5嚴(yán)格靜電安全作業(yè)操作規(guī)范 四嚴(yán)格防靜電管理 建立健全責(zé)任制和規(guī)章制度