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静电
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2023/12/26 18:03:10 阅读:172次 【字体:
 

静电

静电是一种处于相对稳定状态的电荷。由它所引起的磁场效应较之电场效应可以忽略不计,就是物体表面有多余的电荷(正电荷或负电荷)存在。静电具有高电位(KV)、小电量(μCnC)、对地分布电容小(nFpF)、泄露与放电时间短(μsns)的特点。

静电、静电效应、静电危害、人体静电,静电材料,


静电防护标准
国家标准(GB,GBT):
GBJ 79-85 工业企业通信接地设计规范
GBT 1410-89 固体电工绝缘材料体积电阻率及表面电阻率试验方法
GBT 2439-2001 硫化橡胶或热塑性橡胶 导电性能和耗散性能电阻率的测定
GBT 2887-2011 计算机场地通用规范
GB 4385-1995 防静电鞋、导电鞋技术要求
GB 4655-2003 橡胶工业静电安全规程
GB 6539-86 轻质石油产品电导率测定方法
GB 6833.3-87 电子测量仪器电磁兼容性试验规范静电放电敏感试验
GB 6950-2001 轻质油品安全静止电导率
GB 6951-86 轻质油品装油安全油面电位值
GB 11210-2014 硫化橡胶或热塑性橡胶 抗静电和导电制品电阻的测定
GB 12014-2019 防护服装 防静电服
GB 12158-2006 防止静电事故通用导则
GBT 12582-90 液态烃类电导率测定方法(精密静电计法)
GBT 12703-91 纺织品静电测试方法
GB 13348-92 液体石油产品静电安全规程
GBT 13926.2-92 工业过程测量和控制的电磁兼容性静电放电要求
GBT 14288-93 可燃气体与易燃液体蒸汽最小静电点火能测定方法
GBT 33555-2017 洁净室及相关受控环境静电控制技术指南
GBT 15463-2018 静电安全术语
GB 50174-2017 数据中心设计规范
GBT 32304-2015 航天电子产品静电防护要求
GBT 39587 - 2020 静电防护管理通用要求
国家军用标准(GJB):
GJBZ 25-91 电子设备和射束的接地、搭接和屏蔽设计指南
GJBZ 86-97 静电放电防护包装手册
GJBZ 1050-1998 电子产品防静电放电控制手册
GJBZ 736.1-1990 火工品试验方法电火工品静电敏感度试验
GJB 1649-1993 电子产品防静电放电控制大纲
GJB 2527-95 弹药防静电要求
GJB 2605-96 可热封柔韧性防静电阻隔材料规范
GJB 3007A-2009 防静电工作区技术要求
航天行业标准:
QJ 1211-87 航天系统地面设施接地要求
QJ 1693-89 电子元器件防静电要求
QJ 1875-90 静电测试方法
QJ 1950-90 防静电操作系统技术要求
QJ 2846-96 防静电操作系统通用规范

静电概念
静电(Electrostatic)是一种处于相对稳定状态的电荷。由它所引起的磁场效应较之电场效应可以忽略不计,就是物体表面有多余的电荷(正电荷或负电荷)存在。
静电具有的特点:
静电具有高电位(KV)、小电量(μCnC)、对地分布电容小(nFpF)、泄露与放电时间短(μsns)的特点。
静电较之流动电流受环境条件,特别是湿度的影响比较大。
静电测量时复现性差、瞬态变化多。
静电产生

摩擦起电
相接触的两个物体发生分离起电
静电感应起电
电离空气起电
其他如分子分裂起电、极化起电等


静电效应与静电危害
静电放电(ESD)

热击穿:静电放电短时间内产生大量热量且难以扩散,使得器件内形成较大的温度梯度,局部材料被熔化,造成短路或断路。热击穿主要决定于瞬间静电放电的功率的大小。
介质击穿:加在介质层两端的电压超过其击穿电压(气体电弧放电(闪电)现象即为气体介质被击穿)。显然,介质击穿与静电放电加在介质两端电压的大小相关。
产生宽频的电磁脉冲,干扰电子设备正常工作。
静电荷产生的电场力
吸附尘埃。例如,光盘制成中若有尘粒吸附,则会影响表面镀膜效果;IC制成中若有尘埃吸附,则会降低芯线之间的绝缘强度。
静电电场感应
元器件因感应带电后,接地导致的静电放电损伤;
元器件感应带电时,器件不同部位(特别是金属尖端部位)可能产生电势差,就可能导致介质之间或结构点之间发生击穿(或软击穿)。
ESD防护原理
静电耗散及泄露:
通过将电子生产过程中接触到的各类绝缘物制备的用具替换为防静电材料制备并接地来实现。
特殊情况:
a.悬浮接地(实现静电等电位)— 航空器、移动电子通讯车辆等;
b.安全问题 — 软接地(1Mohms) 。
静电中和:

主要是针对生产线或工作台上那些高绝缘易产生静电而又不得不使用的用品,一般通过离子静电消除器(离子风机)或静电刷来实现静电中和。
静电屏蔽与接地:
主要针对高压电源产生的静电场或者对静电极敏感电路采取静电屏蔽和接地。
人体静电防护

1.防静电工作服
①仓库收到静电服后,通知质量ESD对静电服的静电电压进行检测(标准:抽样5%或不少于2件)表面电阻和摩擦后的静电电压,表现电阻:105-109 ohm之间且静电电压=200V
②检测条件:温度20~30℃,相对湿度25±5%。
2.防静电帽
标准:帽檐朝前头发不能露出,防静电帽外后脑部分的头发不能超过防静电衣领外。
3. 防静电工作鞋
标准,同防静电衣服
4. 防静电手套或指套
①流动岗位,使用防静电手套(如老化、多能工、耐压测试等)
②固定岗位,优先佩戴防静电腕带作业
③使用期限:一周,污染较少最长不超过半个月
④防静电特性检查标准:同防静电衣服
5. 防静电腕带(通过腕带与皮肤的直接接触和静电线接地的方式,将人体皮肤表面静电泄放掉装置,由松紧圈和接地组件构成)

①标识管理:所属员工的工号进行编号
②检测标准:松紧圈的体积电阻率=100Ω,皮肤的静电压200V,该电阻阻值为106Ω。
③静电腕带扎于手腕或脚腕处,与静电报警器连接。
注1:波峰焊取载板人员除佩戴防静电腕带外,在佩戴棉手套防护隔热时要外层再佩戴静电手套防护。
注2:工作前,戴好静电环---拿静电敏感元件。将要结束时,放下静电敏感元件----拔防静电环。这是工作顺序。
④腕带接地采用插头、插孔的连接方式,应避免使用鳄鱼夹的接地方式。
注:每次开工前,每位操作人员都应自检防静电腕带及静电报警器是否正常,做好记录,只有测试合格,才可以进入静电敏感区域工作。
 四、静电敏感区域(EPA (electrostatic protected area)的操作规范
1、所有的ESSD(Electrostatic Sensitive Device静电敏感器件)必须在静电工作台上操作
2、所有电子元件在静电敏感区域中都算为静电敏感器件
3、静电敏感器件只能用防静电容器存储
4、非ESD(防静电)的材料不允许和ESSD(静电敏感器件)混放。
5、持拿ESSD,应持外壳两端,严禁人手触及引脚或接线片,特别是空悬的输入端。
6、使用电动批,只能用有接地线的低压直流电动批
7、手工焊接:采用防静电低压恒温烙铁。
8、所有元器件的操作都必须在静电安全工作台上进行,凡进入防静电工作区的元器件都必须按防静电要求来对待。
9、未采用防静电包装的SMD(Surface Mounted Devices,表面贴插器件)器件不得进入生产现场。
10、应该在静电安全工作台上进行,作为工作人员要遵守以下三点:
(1)、必须穿好防静电工作服。
(2)、戴上防静电腕带,腕带与皮肤有良好的接触并可靠地接地。
(3)、接触SMD元器件时,戴上防静电指环或指套。
11、对没有防静电包装的元器件,应该在消除静电后再进入静电工作现场。
12、在重要的操作工位上要配备监视器,以随时检测腕带是否处于正常状态。
13、某些元器件要清洗时,不可使用塑料刷子,必须用防静电刷子清洗。
14、操作现场所有必须使用的不具备防静电功能的工具、夹具、设备仪器时,都应放在防静电桌(台)垫上。
15、禁止重复使用器件包装管包装元器件。
16、外来人员进入现场,未采取防静电措施,不得接触元器件。
17、生产现场的各种设备,设备、工具、工装仪器、工作台、 工作椅、周转车等都应实施静电防护措施。
a.湿度控制。在不致导致器材或产品腐蚀生锈或其它危害的前提下,尽量加大湿度;
b.温度控制。在可能条件下尽量降低温度,包括环境温度和物体接触温度;
c.尘埃控制。此为防止附着(吸附)带电的重要措施;
d.地板、桌椅面料和工作台垫应由防静电材料制成,并正确接地;
e.静电敏感产品的运送传递和存储及包装与拆包装应采取静电防护措施;
f.喷射、流动、运送、缠绕和分离速度应予以控制,在液体、粉体等材料的输送管道中使用缓和器。
防静电包装材料有几种
正规渠道进货的集成电路,无论是双极型还是 MOS 型或场效应晶体管输入的运 算放大器均采用防静电包装。这种包装材料有四种类型导电型、 抗静电型、 静电屏 蔽型和导电泡沫。
1)导电型包装材料,即导电膜或袋、塑料筒等,这些材料是用掺人导电碳黑的聚 乙烯制成的,从外面看不清内部所装的产品
2)抗静电型包装材料,即抗静电膜或袋(见图 3—1),这些材料是用掺入抗静电 剂的聚乙烯或聚丙烯制成的,它具有透明性,能看清内部所装的产品,但表面泄漏抗 静电剂,当吸收水分后会使抗静电性能发生变化。 
3)静电屏蔽型包装材料,即多层结构的静电屏蔽膜或袋,一般外层为保护层聚酯 膜,中间层为金属蒸发层,内层为保温层。
4)导电泡沫包装材料是一种导电泡沫塑料制品,导电泡沫一般由氨基甲酸酯发 泡浸入炭黑处理液制成。
正规生产厂家出售的静敏器件在防静电包装上印有“抗静电”字样,因此在运输、 存放过程中必须加以注意。对于少量静敏器件,可用以下方法防止静电可以将器件插在掺碳黑的黑色导电 海棉上,然后装入导电塑料盒内,便于搬运;也可以截取一定长度的导电塑料筒,将器 件由大筒转移到小筒(禁用手接触),然后封住筒两端即可携带。
为了防止静电,对于购买插在黑色导电海绵上的器件,最好将海绵连同器件一并 剪下,并用锡箔、金属盒等简易导电包装后才能搬运。决不允许采用普通塑料包装。在气候干燥的冬季,为避免人体静电,在接触静敏器件时,可先将手接触一下接地金 属物,如铁制暖气管、暖气片等,将电荷释放完后再接触器件。
了解包装术语,懂得特定情况下包装的使用是实施和保持有效的 ESD 控制体系的关键。
建立和实施有效的 ESD 保护包装程序, 首先要了解敏感器件在包装及以后过程中是 如何被损伤的, 以及防护过程是如何进行的。造成微电子器件损伤有两个基本过程:充电(通过摩擦带电或接触静电源)和放电。理论上讲,我们可以通过防止摩擦起电 的动作,尽可能减少与绝缘材料的接触以及让所有表面处于等电位等措施来避免这 两个过程的出现,但实际上这些做法还不足以提供有效的保护。
电子产品制造的整个过程中都不可避免要有运动,器件从一个地方移动到另一个地 方,在移动过程当中它们会与各种各样的材料接触。结果,即使是最明显的防护措 施, 如手腕带, 也不能保证为 ESD 敏感器件能够提供足够的保护。在缺少离子风机 情况下,或 0 级(小于 200V)敏感度的器件,必须使用静电控制材料或采用特别的 E SD 控制措施。
本文描述了 ESD 防护包装及工作表面使用材料必须考虑的基本技术问题。这些基本 原理可用于传统的包装材料如纸箱、 包装袋和周转箱, 也可以用于暂时性包装材料, 如制造过程中的周转包装袋。这些原理同样也可以用于器件在组装过程中可能接触 到的工作台台面和传送带。
基本术语
按照特定的方法解决ESD问题的材料有专门的术语来表述, 虽然经过多年,这些术语的准确定义变化并不大:
抗静电材料(Antistatic):能够有效地阻止静电荷在自身及与其接触材料上积累的材料。
静电耗散材料(Static Dissipative):用于减缓带电器件模型(CDM)下快速放电的材 料。按照静电协会(ESDA)和电子工业联合会(EIA)的定义,其表面电阻在 105   ~101 2   Qsq 之间。抗静电材料和静电耗散材料可直接用于多数充电和放电失效过程中防 护,甚至包括了自动生产线。当然在使用当中须经过简单的测试。不过,这并不时 说它们是万能的,有时我们也需要使用导静电材料。
导静电材料(Conductive):按照定义,是指表面电阻率小于 105   Qsq  的材料。它 们通常被用于器件与同电位分流连接,在某些时候,它们还被用于区域的静电场屏蔽。

很少有实例表明,器件会对纯粹的静电场敏感。实际当中,使用导静电材料仅仅对 表面声波(SAW)过滤的器件和光掩膜集成电路(IC)的器件是必要的, 因为它们金属尖 端结构中有微小的空气间隙 (这种结构会让静电场增强)。此外,非连续型金属氧化物半导体(MOS)器件在有非常长的天线引入线接触器件时,由于场强影响放大,也 会被静电场损坏。
在对这三种材料的理解上容易有一些误区。如,许多材料既是抗静电材料又是静电 耗散材料,而通常导电材料与一些绝缘材料也会产生静电,但这些材料不能视为抗 静电材料。
要清楚材料的区别,懂得在它们在什么情况下的应用,对于实施和保持有效的ESD 控制体系非常关键,同时也是正确评价防静电材料供应商产品有效性的关键因素。这些材料特性不能对正常的生产过程造成影响。此外,耐磨损性,热稳定性,污染 的影响以及其他很多其他特性也应当成为评价材料特性时需要考虑的因素。
抗静电材料的特性和使用
绝缘材料与其他材料相接触会产生静电,这是因为物体接触时,会发生电荷(电子或 分子离子)的迁移。抗静电材料能够让这种电荷的迁移最小化。但是,因为摩擦起电 取决于相互作用的两种物质或物体,所以单独说某种材料是抗静电的并不准确。
准确的说法应该是,该种材料对另一种材料来讲是抗静电的。实际当中,所指其他 材料既有绝缘材料,如印刷线路板(PWB)环氧树脂基材,也有导电材料,如 PWB 上的铜带。它们在某些过程及取放当中都可能带电。
多数商用抗静电材料是对生产过程中的多数材料是抗静电材料的材料,因此才被称 为抗静电材料。它们有三种不同类型:
(1)通过抗静电剂表面处理; 
(2)合成时混入抗 静电剂在表面形成抗静电膜的材料
(3)本身就有抗静电性的材料。
常用的抗静电剂能够减少许多材料的静电,因此应用广泛。它们一般是溶剂或载体 溶液混入抗静电表面活性剂,如季铵化合物、胺类、乙二醇、月桂酸氨基化合物等 而制成。使用抗静电剂能够在材料之间形成一层主导材料表面特性的薄膜。这些抗 静电剂都是表面活性剂,其减少摩擦电压的机理还不得而知。然而,研究发现,这 些表面活性剂都具有吸收水分子的特性,它们能够促使材料表面吸收水分。实际应 用同样也是,抗静电剂的效果受环境湿度的影响很大。此外,抗静电剂也可减少摩 擦力,有利于减少摩擦电压。
因为抗静电剂具有一定的导电性能,所以在适当湿度的条件下,它们能够通过耗散 来泄放静电。但在实际当中,后一种特性可能更容易得到重视,因而它也就成为了 评估抗静电材料的最主要的指标。但是,抗静电材料更重要的功能应当是其在没有 接地的状态下减少静电产生的功能,而不是导电性。



静电耗散材料的特性和使用
很多时候静电的产生不可避免,因此安全地消除静电显得更为重要。许多抗静电材 料在接地或与地板等大的平面导体接触的时候也具备静电耗散功能。静电耗散材料 具有相似的体积电阻,或用导电材料覆盖,如用于工作台的台垫等。耗散材料在接 触带电器件时,能够使放电的电流得到限制。
EIA 和 ESDA 对静电耗散材料的定义是,表面电阻率在 105 ~1012   Qsq 的材料。B ossard 等学者的研究表明, 105   Qsq 下限电阻对于能量敏感器件的保护来讲是适当 的,这类器件会因热熔导致失效。
除表面电阻率之外,静电耗散材料另一个重要特性是将其将静电荷从物体上泄放的 能力,而描述这一特性的技术指标是静电衰减率。按照孤立导体静电衰减模型,静 电衰减周期与其泄放电路的电阻与电容乘积(RC)成指数关系:

V(t)  = V0   e-tτ

式中 V(t)  为衰减后静电电压, V0 是衰减前静电电压, t 为时间, τ=  RC 是时间常数。

研究静电泄放能力,典型的假设是,在特定的时间内,如 2 秒内,将静电电压衰减 到一个特定的百分比,如 1%。对一个盛放 PWB 的周转箱来说,其电容大约为 50 pF,这时其电阻应为:

图片

这个数字正好是静电耗散材料阻值范围中的值。此外,对静电耗散材料来说,相对 湿度也是重要的因素,在静电衰减测试当中要予以控制和记录。

导静电材料的特性和使用

表面电阻率小于 1×105Qsq 的材料被定义为导静电材料。导静电材料可以将导静电 材料或静电耗散材料上的静电转移到自身的表面。它通常用于分流目的,将器件的 引脚连接到一起以保证引脚之间的电位相同。
要想达到分流的目的,须保证两点:第一,在快速放电中保持等电位。这一限制与 材料的电感有关。测试实验中发现, 8000V 的脉冲电压能将放在导静电泡沫材料中 的,对 HBM 放电非常敏感的器件(小于 50V)的器件损坏。虽然测试证明,对器件引 脚进行分流保护在工厂生产环境中已经足够,但是有证据表明,分流保护仍然不能 排除可能的损伤。最近公布的一些实验数据证明了这一点。
第二,分流必须让器件引脚闭合。许多静电放电,特别是带电器件模型(CDM)下的
放电,放电的时间只有 1ns,如果分流用物体距离器件几英寸远,此时器件引脚上 的 ESD 会在电流流过分流导电材料形成的等电位连接之前就损伤了器件。
典型的导静电材料是混入了碳粉的高分子聚合材料 (如前面所提到的导电泡棉)或采 用真空熏镀金属层的材料(如屏蔽袋)。虽然, 105   Qsq 是导静电材料和静电耗散材 料的界限值,它并不是提供 CDM 保护的下限值。这一点,在只有 10-104   Qsq 导 电材料可以选择时非常有用。使用导静电材料会导致 CDM 损伤的风险增加。
几种典型的包装应用
1.卷盘包装
由于表面贴装工艺(SMT)的大量使用,卷盘成为集成电路(IC)取放方式的首选包装。因为卷盘能够大幅提高生产能力,并能减少操作人为影响,这种包装方式迅速取代 了 IC 包装管。然而,制作包装的材料会与 ESD 敏感器件长时间接触,所以它也就 成为器件 ESD 安全的关键因素。
卷盘包装最早用于分立型被动器件,如片式电阻的包装,因为这些器件通常不是 E SD  敏感器件。早期的卷盘包装不是防静电的,结果,在将卷盘覆盖层从载带剥离 时经常会产生超过 10,000V 的静电。此时片状器件甚至会受静电引力在载带上直立 起来, 这对自动化的生产过程有极大的危害。这一点要求卷盘生产中与 IC 相接触的 材料必须使用安全的材料。因为会增加器件的潜在损伤缘故,我们努力寻找合适的 材料来解决这一问题。有一点是明确的,卷盘材料对器件产生的静电比包装管对器 件产生的静电确实要高,虽然在它们的广告上说是 ESD 安全的,或者说是按照 EI A541 之类标准制作的。
一些卷盘带上的确使用了抗静电材料,但这些材料仅仅是在外面的非粘贴层,粘贴 面与器件接触后,仍会产生超出预料的高静电压。
除此之外,另外一点需要注意的是,载带材料的导电性过强,还可能会导致场感应 的 CDM 失效。其原因是,当时没有能与典型的抗静电材料相匹配的粘胶。

导电材料载带的这种缺陷在 CDM 敏感器件(150V)的一系列实验中可以得到证实。将敏感器件装入表面电阻率为 1~100Qsq 材料的载带, 做振动试验, 以模拟器件的 运输和取放过程,然后测试其是否失效。结果显示,器件中有相当大的数量击穿电 压等电性能显著下降;相反,使用 104 Qsq 载带和绝缘材料的覆盖带做同样的实验, 却没有出现电性能的下降。图 1 是实验结果的汇总。
2.防静电包装袋
对于屏蔽袋的使用, 在 ESD 行业曾经有许多误区。这些误区主要与早期的静电场敏 感器件有关。尽管在 ESD 保护环境中,很难发生无保护的 MOSFET 的器件失效, 但是人们还是普遍相信这些器件会在静电场中损坏。
现在这些观点已经基本被摒弃了,但是一些产业仍然保留着使用屏蔽袋的要求。尽 管器件会因感应带电,这取决于其在电场中停留的时间,而屏蔽层确实可以减少感 应的影响,但这些屏蔽层既不是唯一的解决办法,也不是最佳的解决办法。表 2 是 几种包装抗静电能力的测试结果。其实验基本方法是, 将 HBM 敏感度 200V 的敏感 器件或同等电压敏感度的探头放在包装袋中,再使用 HBM 模拟器放电测试其静电 破坏情况。数值指示的是器件在袋中被损坏时施加电压。
这些数据表明, 在一个常规的 ESD 控制条件下的环境中, 如电子产品生产车间, 表 中所列的任何一种材料都可以使用。此环境的静电压完全可以保持在 2500V 以下, 低于最小的静电损伤电压。以此来看,保护包装的外表变得毫无意义。屏蔽包装袋 在使用后效果会大大减弱,因为折叠或弯曲都会造成金属层穿孔和破裂。因此,包 装袋或盒最重要的特性是它们的抗静电性、静电耗散性以及物理保护性能。数据还说明,包装袋不是解决电子产品在非控制环境中取放的最理想的材料。相比 之下, 刚性材料的包装可以提供适当的空隙, 对器件的 ESD 保护和物理保护都能收 到较好的效果。

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