- 1. ESD防护基本原理培训 （此教程适用于ESD工程师/ESD技术员/ESD厂代表）
- 2. ESD现象被ESD损毁的产品SEM
- 3. 天马ESD敏感部件ESD敏感部件（ESD Sensitive Device）：
容易遭受静电损伤的电子元器件。ICPanelB/L（LED、EL、CCFL） LEDPCBAFPCA
- 4. 为什么要控制ESD？ESD重则损毁电路，造成产品不能使用；轻则使电路过热受到损伤，影响产品的寿命和可靠性。静电还会导致Paricle聚集控制ESD的好处提高优率降低成本减少脏污提高产品质量提升客户满意度增加利润
- 5. ESD的产生
- 6. 静电：静止未流动的电荷。能够长时间停留在某些物体上。静电放电：
（ESD）当两个带不同静电电位的物件相互接近到某程度或接触时，静电从一个物件突然流放到另一物件上的现象。静电荷的基本单位：库伦 Coulomb (C)基本概念ESDP（ESD Prevention）：ESD防护
- 7. 原子结构Neils Bohr 原子模式- ve charge+ ve chargeNo chargeQty = n1Qty = n2Qty = n3n1 = n2
for electrically stable原子核电子中子质子原子结构电子电量 = - 1.6 x 10-19 C 质子电量 = + 1.6 x 10-19 C
- 8. 电荷
- 9. 电荷的特性电荷的相互影响同性相斥异性相吸
- 10. 电荷的特性—电场
- 11. 材料电阻和材料分类绝缘材料静电消耗材料导体材料<104 Ohms >1011 Ohms电阻决定材料的
导电能力（电荷移动能力）104 Ohms~1011 Ohms
- 12. 不可移动电荷可移动电荷电荷的移动VI
- 13. 电场导体上电场绝缘体上电场
- 14. Plate Area = ADistance between plates = dFor a uniform electric field between two plates at a known external voltage, V, and separated by distance, d,
we have
E = V(plates)/d平行板电容
- 15. 平行板电容Capacitance
C = εA/dStored Charge
Q = CVV = Q/C = Qd/εAPlate Area = ADistance between plates = d
- 16. p16孤立导体电容，电压，电量的关系The electric field is zero inside and perpendicular to the surface, so V is equal everywhere
Because the potential is constant for a charged conductor, we can relate Q and V through the capacitance C
Conductor Interior
q=0, V=VodlECharge density 0Dl EVVBABA = ·-=-ò V QCCQVCVQ===
- 17. 人体对静电的感知能力人体对大于3000V的静电才有感觉！但是……磁头IC/PCB电路板梳头发撕贴胶带走路3000V4000V5000V
- 18. 静电的产生摩擦起电（接触分离起电）
接触起电
感应起电
离子化设备导致带电
- 19. 摩擦起电（接触分离起电）
- 20. 摩擦起电（接触分离起电）+ ve Ion- ve Ion失去电子得到电子材料B材料A当两个物件被令紧紧接触时( < 4 Å )，在结合处将出现电子迁移现象，产生数mv的电压差。
- 21. 注意：任何物体都能摩擦起电，包括金属！摩擦起电（接触分离起电）
- 22. 材料（包括材料的相对性） 接触力 分离速度 环境湿度在干燥和快速移动活动中使用不当的材料容易产生高静电和增加静电破坏风险！ 接触面积和表面粗糙情况决定摩擦起电静电量的主要因素：摩擦起电静电量
- 23. 摩擦起电静电量1 在地毯上走路 35000V 8000V 1500V
2 穿普通鞋在ESD地板上走路（不使用腕带） 10000V 4000V 200V
3 穿ESD安全的鞋在ESD地板上（使用腕带 ） 50V 10V 0V
4 摩擦绝缘材料 4000V 1500V 300V 环境相对湿度
10-20%RH 40-50%RH 70-90%RH防静电材料的阻值会因 RH 而改变.
防静电材料只有在50% RH 环境条件才能真正得到保证.
当相对湿度低于 40%时，电阻值会迅速上升
当相对湿度低于 15%时，材料会变成绝缘体
- 24. 接触起电当导体接触带电物时，负电荷会在接触面发生转移，导体会带上与带电物同种电荷。
- 25. 感应起电 + - + - + - +
+ - + - + - + -
+ - + - + - +
+ - + - + - + -
+当绝缘体靠近电场，绝缘体上的电荷不会重新分布当导体或耗散体靠近带电物体时，在静电场的作用下，其表面正负电荷会重新分布，导致带电。
- 26. 电场感应和两次放电过程+
+
+
+ -
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- +
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- 27. 电场感应和两次放电过程-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+++++++++---------------------------------+-+-+-+-+-+-+-+
- 28. 离子化设备导致带电离子化设备导致的带电现象：
浓度不平衡导致：当离子风扇作用元器件时，在正负离子中和消除元器件的静电之后，由于离子风扇的浓度不平衡，导致元器件继续带电。
感应导致：离子风扇的工作状态良好，可以使得元器件消除静电。当元器件放在带有负电荷的托盘上，元器件上表面的静电被离子风扇消除，但下表面由于负电荷的托盘感应从而吸引正电荷，从上表面是测不到下表面的带电情况。在两者分开之后，元器件带正电。
- 29. 电容效应C = o r A / do = 8.85 X 10 -12 F/m10 votls1,000 volts !!!dr = 材料的相对介电常数V = Q / CdV静电压并非固定值！
- 30. ESD发生的三种模式
- 31. Human Body ModelWhen the air breaks down between the human’s finger and an IC pin, charge is suddenly transferred from the person via the grounded pin of the IC to ground.Charged PersonDeviceCharge “Flow”Ground
- 32. Charged Device ModelConductive SurfaceDeviceContact ResistanceCapacitance of DeviceCharge
“Flow”QGround
- 33. CDM MitigationLower device voltage or higher surface resistance in the discharge path can reduce discharge current.Two StrategiesCharged Device Model
- 34. Comparing the Human Body & Charged Device ModelsHBM VBCDM VD>RB = 1500 To DUTCB = 100 pF>RD = 5 - 25
CD = 4 - 30 pF
LD = 10 nH
VD = VB = 1000 VFailure
ModelCapacitance (pF)Stored Energy
(microJoules)5 (5 RC)
(nanoSeconds)PAVG
(Watts)HBM10050750 67CDM4 - 302 - 15~ < 3.75>4000Device Parameters
- 35. 参数对比
- 36. 为什么要使用离子化设备？生产过程中不可避免要使用一些绝缘零部件 消除绝缘部件上的静电，避免产品感应带电
消除产品因摩擦所带电荷
产品带电的危害:
产品发生ESD损伤
带电产品吸附Particle
产品放电过程产生EMI干扰设备正常运行
- 37. 在微处理器中产生信号干扰误报警
软件错误
校验错误ESD会产生EMI
- 38. 离子化设备除静电过程+ + + + + + + + + - - - - - - - - - - - +++++++++++++++++++++++++绝缘体被电离的空气分子可中和绝缘体正面静电
- 39. 离子化设备除静电过程+ + + + + + + + + - - - - - - - - - - - +++++++++++++++++++++++++绝缘体被电离的空气分子不可中和绝缘体背面静电
- 40. 离子化设备电离空气的原理辐射型离子化无尘，无噪音，无高压电场，平衡电压理论上为0V
安全性是个问题！！！
- 41. 离子化设备电离空气的原理电晕放电型离子化3 - 20 kV 高电场正的高电压产生正离子
负的高电压产生负离子
- 42. 离子化设备电离空气的原理电晕放电型离子化正离子的产生42电子溢出正离子发射+高电压尖端高电场强度
- 43. 离子化设备电离空气的原理电晕放电型离子化负离子的产生43高电压尖端高电场强度正离子移向针尖负离子发射电子吸附在另一原子外层电子轨道电子溢出_+_
- 44. 按结构分类离子棒，离子风嘴离子风扇电晕放电型离子化设备分类p44CDA 或 N2ManifoldDirected
Ion Delivery
- 45. 电晕放电型离子化设备分类45按照工作原理分类直流型（DC）稳定直流型
平衡电压差，衰减时间短
低工作电压，适合净化间脉冲直流型
减少离子自然中和，提升作用距离，可使用低气流
有EMI问题交流型（AC）商用交流型
平衡电压好，衰减时间长
Particle问题，EMI问题高频交流型
提升离子平衡度
离子自然中和程度高，作用距离短；EMI问题脉冲交流型
平衡电压好，除电速度快
EMI问题
- 46. 电极针材质电极消耗速度
（影响寿命）Particle产生量补充不锈钢大 多钨中中钛小 少硅中中价格较贵
一般用于半导体行业电晕放电型离子化设备电极针
- 47. 离子化设备选型考虑因素47安全性稳定性保修费用
（设备费用，安装费用，使用及维护费用）维护便利性臭氧及Particle产生EMI除静电能力使用环境
（气流，温湿度，安装空间等）
- 48. ESD的控制
- 49. ESD控制思路ESD发生模式HBM Q（人体）+ M = ESD
CDM Q（ESD敏感部件）+ M=ESD
MM Q（机器）+ M = ESDQ + M = ESD
ESD是电荷快速转移的结果
- 50. 电子元器件与鸡蛋 – ESD控制思路 电子元器件就像鸡蛋，电子元器件对ESD十分敏感就像鸡蛋从高处落下很容易摔坏。
电子元器件带有静电就像一个被举高的鸡蛋
不是高度摔破了鸡蛋，而是高度的突然改变（摔下鸡蛋）摔破了鸡蛋。
不是高的静电电压损坏了电子元器件，而是静电电压的突然改变损坏电子元器件。
金属联接造成的静电电压的突然改变等同从高处摔下鸡蛋。如果超过这一高度摔下(静电泄放)
鸡蛋( 电子元器件 ) 将被摔破(损坏)高度（静电荷的多少）搬运鸡蛋( 电子元器件 ) 越过障碍物，如何保证鸡蛋( 电子元器件 ) 不被摔破(损坏) ？？？
- 51. 电子元器件与鸡蛋 – ESD控制思路第一种解决方法：降低障碍物的高度
相当于传统的 ESD 控制思路
只是控制静电荷和电压，去除绝缘材料、使用接地、离子风机等等如果超过这一高度摔下(静电泄放)
鸡蛋(电子元器件 ) 将被摔破(损坏)高度（静电荷的多少）
- 52. 电子元器件与鸡蛋 – ESD控制思路第二种解决方法：使鸡蛋缓慢落下防止鸡蛋被摔破
使用耗散材料将静电缓慢导走。如在工作台面上垫上 ESD垫子或 ESD薄膜（静电耗散材料），防止电子元器件暴露的电路直接接触金属台面。高度（静电荷的多少）如果超过这一高度摔下(静电泄放)
鸡蛋(电子元器件) 将被摔破(损坏)
- 53. Faraday Cage 法拉第笼具有法拉第笼作用的ESD屏蔽袋，ESD Tray( 注意：只有封闭或盖好才会有法拉第笼屏蔽防护作用）电子元器件与鸡蛋 – ESD控制思路高度（静电荷的多少）超过这一高度摔到地面，穿上防摔软套的鸡蛋将被摔破超过这一高度摔到地面，没有
防摔软套的鸡蛋将被摔破第三种解决方法：
为鸡蛋穿上防摔的软套
为电子元器件增加 ESD 防护： 使用ESD屏蔽袋，设置分流和限流电阻等
- 54. 电子元器件与鸡蛋 – ESD控制思路高度（静电荷的多少）第四种解决方法：让鸡蛋停在高处不摔下
电子元器件仍然带上静电荷，但是不泄放，当然不会损坏电子元器件但
风险依然存在，有可能在下一工序就会发生静电泄放，损坏电子元器件
---- 这不是一种好的ESD解决办法。如果超过这一高度摔下(静电泄放)
鸡蛋(电子元器件) 将被摔破(损坏)也许我们还有其它的解决办法？？？
- 55. 控制方法Q + M = ESD
Q + M = ESD
Q + M = ESD
Q + 无电势差 + M = ESDESD控制方法
- 56. 如何控制Q？对所有导体进行接地处理。注意：人也是导体
控制绝缘材料上的静电两个基本的控制原理
- 57. 接地接地是针对导体材料进行ESD控制最简单最有效的方法
人员接地
腕带
防静电手套
防静电服装，防静电鞋，防静电地板
设备接地
对生产流水线必须进行硬接地，流水线的输送皮带必须是金属或ESD材料。
工作台应使用金属台面或ESD桌垫台面，并对工作台面进行硬接地。
贮存ESD敏感产品或零部件的架子和手推车必须满足ESD软接地要求。
设备 / 工具通过轴承或气缸联接的接触ESD敏感产品部分应考虑另接接地线接地。
设备 / 工具接触ESD敏感产品的部分不得使用绝缘材料，应使用金属或ESD材料。并至少满足ESD软接地的要求。
硬接地 – 指使用接地线对导体材料进行接地，金属硬接地，对地电阻（RTG）应小于 1 欧姆。
软接地 – 指不使用接地线的接地 ，对地电阻（RTG）应小于 1*10E9 欧姆。
- 58. 接地人体通过ESD鞋及ESD地板接地，接地电阻可以确保小于100M欧姆。
人体通过ESD腕带接地，接地电阻可以确保小于35M欧姆，可以确保人体的静电电位在100V以下。
以上两种人体接地方式通常同时使用。如果仅采用ESD鞋-ESD地板接地，需确保接地电阻小于35M欧姆或人体静电压小于100V。
机器或夹具等金属物体通过接地线接地，接地电阻通常小于1欧姆，可以将机器或夹具等金属物体上产生的静电随时导向大地，减少静电对产品的危害。
- 59. 接地
- 60. 控制绝缘材料上的静电清理：与生产无关的绝缘物体应清理出EPA
隔离：绝缘物体应远离ESD敏感部件30cm以上距离，必要时可划定专门的区域。
屏蔽：将绝缘材料放入防静电包装中，如纸张文件放入防静电的文件袋中
材料更换：更换为防静电材料。
防静电处理：在不影响产品品质的情况下，使用防静电剂擦拭、浸泡处理，使之称为防静电材料。
离子化：采用离子化设备中和静电。
减少静电产生量（摩擦力度，分离速度，湿度控制，。。。） 以下控制原则
- 61. 如何控制M？使用静电耗散材料，让电荷缓慢转移
- 62. 案例金属耗散材料敏感部件金属部位耗散材料金属金属耗散材料敏感部件金属部位金属耗散材料敏感部件金属部位
- 63. 产品运输和存贮过程中使用ESD防护包装EPA内，须使用防静电包装或ESD屏蔽包装。
EPA外，ESD敏感部件必须使用封闭的ESD屏蔽包装。
内包装的结构应确保ESD敏感器件有序、独立摆放，不得造成器件堆叠或相互接触。
内包装的打包、拆包必须由接地人员在EPA防静电工作台完成。
ESD敏感部件在EPA内存储/运输，或从EPA1搬入EPA2，可使用封闭的防静电包装或ESD屏蔽包装，此时所使用的货架/推车可不接地，中途不得拆包。
ESD敏感部件在EPA内存储/运输，或从EPA1搬入EPA2，可使用不封闭的防静电包装，此时所使用的货架/推车必须接地，中途不得触碰ESD敏感部件。
ESD敏感部件从EPA搬至非EPA，或在非EPA内存储，必须使用封闭的ESD屏蔽包装，搬运推车及非EPA的存储货架无接地要求，搬运途中及搬出EPA后不得拆包。
不得将不防静电的高静电压外包装，如纸箱、木箱等带入EPA。
不防静电的外包装打包及拆包一般在非EPA进行。
- 64. ESD标识EPA一般会用地标围起，EPA入口处需张贴/悬挂EPA标识。EPA 标示一般由ESD敏感器件警示标示+文字说明表示。
ESD敏感器件的包装上需要有ESD敏感器件警示标识，该标识需贴在醒目位置（如：盒顶，袋子封条），以确保操作人员打开包装前就知道里面装有ESD敏感器件。
包装ESD敏感器件的保护包装需有一个识别标签，以示此包装能够提供ESD保护。能够提供防静电功能的包装使用ESD保护标志+特定字符表明其防静电功能。
关于包装标识的样式，客户有要求时按照客户要求执行，客户没有要求时参考上图。
公共接地点处可使用如上图所示的公共接地点标识。
- 65. ESD测试设备
- 66. 常见测试设备ESD测试设备场强计 (静电电压测量仪)
静电电压表 (静电电压测量仪)
高电阻测试仪
CPM
法拉第杯/库仑表
- 67. 1. 场强计 (静电电压测量仪)场强计 接地线Metal Plate测量区域为 170mm φ (在测量距离为 25mm时)φ170mmIC DeviceD=25mm# 大范围的测量区域. (170mm)
# 响应时间慢. (5 to 10Hz)
# 10%(FS) 精度. (低解析度)场强计测量实例
- 68. 1. 场强计 (静电电压测量仪)※物理计算公式： E =(V/m)所测试的数据完全依赖于测试距离. 场强计电路图CsVCREFQ待测元件带电量为Q，通过场强计的探头（探头中有电极传感器和调节器，利用音叉震动）感应电场信号通过运算放大器显示数值。
待测元件接地这边的线路只是说明待测元件的电压是相对于地的一个数值。
通过物理公式可知，所测得的电场强度与距离 成反比，完全依赖于测试距离，场强计的测试距离定为25mm。
- 69. 1. 场强计 (静电电压测量仪)场强计量测面积GroundGround25 mm
1 inch170mm
- 70. 2. 静电电压表 (静电电压测量)静电电压表电路设计待测元件带电量为Q，通过场强计的探头（探头中有电极传感器和调节器，利用音叉震动）感应电场信号，通过反馈运算放大器和调节器处理与连接的电压源对比，当电压源的大小与输入信号大小一致时，得出电压值。测试时不受测试距离的限制
- 71. 2. 静电电压表 (静电电压测量)手持式静电电压表测量实例测量距离可变，相应的测试面积也在变化
- 72. 2. 静电电压表 (静电电压测量)Trek520Trek523量程：0±2kV
测试距离：5mm~25mm量程：0±20kV
测试距离：30mm~60mm
- 73. 2. 静电电压表 (静电电压测量)ESVM接地线探头d:10mmMetal Plated:5mmd:1mmφ25mmφ3mmφ70mm测量区域为3mm φ (测量距离为 1mm时)IC Device# 能做小范围测量 (3mm)
# 响应速度快. (100 to 1KHz)
# 0.05%(FS) 高精度
(高解析度)高精度ESVM测量实例
- 74. 2. 静电电压表 (静电电压测量)PCModel 541/542
ESVM金属材质绝缘材料IC Device 的带电量测量IC Device
- 75. +-A1V0V-V+C1Driven Shield 负电压源 正电压源 # 输入阻抗 >1 x 10E15ohm
# 输入电容 < 1 x 10E-14FContact Pin# 测试面积极小 : 针尖
# 测量响应频率快 : 12KHz接触式静电电压表电路图2. 静电电压表 (静电电压测量)
- 76. VI表面电阻 Rs ，单位ohm
表面电阻率ρs ，单位ohm/squareρs = (voltage gradient)/(current density)
= (V/L)/(I/D) = V/I x D/L = Rs x D/L
Rs = ρs x L/D表面电阻，表面电阻率的概念3. 高电阻测试仪
- 77. 体积电阻，体积电阻率的概念R 厚度截面积TLWICurrentR = TL X Wohm =L X WTRohm- cm体积电阻率3.高电阻测试仪
- 78. 3.高电阻测试仪表面电阻测量的基本电极SampleElectrodeParallel Probe configurationρs =Potential Gradient between probesCurrent per unit probe widthV / DI / W=If D = W, thenρs = V / I ( / square )
- 79. 3.高电阻测试仪ρs 2ln ( D2 / D1 )XVID2D1D1 = 1.2“ +/- 0.025“ ( 30.48 +/- 0.64mm )D2 = 2.25“ +/- 0.025“ ( 57.15 +/- 0.64mm ) 10 X R电极重量 :
5 lbs +/- 2 ounces ( 2.27 Kg +/- 56.7 gm )标准同心圆电极
- 80. SR MeterM Meter电极距离固定电极距离可变动单位: 单位: 表面电阻表面点对点电阻M Meter地对地电阻3.高电阻测试仪
- 81. 3.高电阻测试仪探头图片探头名称5磅重锤探头同心圆
探头两点式
探头测试地板√测试台垫√测试椅子√测试衣服√测试Tray盘√测试平坦材料√√各类探头的应用
- 82. 4. CPM衰减时间测试原理：电路从上到下，高压源输出比如大于1000V电压后断开，然后在充电板和接地板两板之间的ESVM测量当前电压值，充电板放在离子风扇前正对风向，充电板的静电电压会由于离子分散的影响会导致电压衰减，当电压比如小于等于1000v的时候，计时器开始工作，小于等于100v时，停止工作并显示时间，此为正衰减的原理，负衰减时高压源输出负电压，原理等同。面板尺寸为 15cm*15cm （6寸）。主机里的内置电容为18~22pf ，标准为20pf，电容在主机里面而非面板。
平衡度测试原理：高压源开关断开，不工作，电板放在离子风扇前正对风向，通过ESVM读取当前上面板所接受到的偏移电压。
- 83. 使用CPM对人体带电进行评估(ANSI/ESD STM97.2)Stainless steel, brass or copper electrode.
(or wrist strap can be used).Recording
DeviceCharged Plate
Monitor4. CPM
- 84. 4. CPM時間電圧使用 CPM评估防静电材料的衰减特性(IEC 61340 5-1)
- 85. 电场表的检查测量Variable voltage CPM1 ”Field meter under test电场表和CPM都必须同点的接地
确保周边没有其他杂物（即使不带静电或接地）
测量数个不同的电压设置
不是最准确的做法，但足够一般保养使用4. CPM
- 86. 5. 法拉第杯/库仑表一般测试绝缘体带电量法拉第杯
- 87. VC1Q11Q０V０带电材料 库仑表C０：未知于是>>希望值※通常被决定的(Accuracy is 6%)(精度为 0.06%)R1探头库仑表一般测试导体带电量5. 法拉第杯/库仑表
- 88. EPA建立与管控
- 89. OESD Protected Area (EPA)
- 90. ESD防护体系ESD管理要求ESD技术要求组织架构文件系统培训系统来料管控测量系统接地EPA用品绝缘材料包装标识好的管理体系能帮助各项技术要求有效落实
技术要求未有效落实间接反映了管理体系上的问题
- 91. glass
带负电物体（平台）----------·-------++++++++金属层E-500Vglass
带负电物体（平台）---------++++++++E0Vglass++++++++使用离子化设备离开离子化环境离开带负电物体+500Vglass+++++++++500V++++++++-------不带电产品置于带电物体上产品背面带电Eglass++++++++0V-------E--使用离子化设备glass++++++++0V--------离开离子化环境金属层++++++++
- 92. 谢 谢！
