静电基本知识培训资料0606.docx
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静电基本知识培训资料0606
静静电基本知识
培训教材
目录
一、前言………………………………………………………………………………………2
二、静电的定义及基本知识…………………………………………………………………2
三、静电产生及对生产制造业的不良影响…………………………………………………3
四、静电防护原理…………………………………………………………………...………4
五、生产中静电敏感器件的防护与操作管理………………………………………………5
六、防静电产品………………………………………………………………………………9
七、现代静电技术的建立…………………………………………………………..………10
一．前言：
静电是我们身边的不速之客，静电放电（ESD,electrostaticdischarge）已经成为电子工业的隐形杀手。
一方面随着纳米技术的日益发展，集成电路的集成密度越来越高，相应的耐静电击穿电压（Vesd）也越来越低，另一方面，一些表面电阻率很高的高分子材料如塑料、橡胶制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化,使静电能积累到很高的程度,具备了可怕的破坏性。
让我们先看看几个事实：
美国从1960年到1975年由于静电引起的火灾爆炸事故达116起。
1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸以后引起了世界科学家对静电防护的关注。
我国近年来在石化企业曾发生30多起较大的静电事故,其中损失达百万元以上的有数起。
例如上海某石化公司的2000米3甲苯罐,山东某石化公司的胶渣罐,抚顺某石化公司的航煤罐等都因静电造成了严重火灾爆炸事故。
在航天工业，静电放电造成火箭和卫星发射失败，干扰航天飞行器的运行。
所以，现在静电应用技术和静电防护技术已越来越受到人们的重视。
静电学是电学中最古老的一门学科，随着IT产业的迅速发展和技术水平不断提高，高分子材料、微电子器件广泛应用于各领域及其产品，静电放电造成的危害受到各企业的普遍重视，因此，要求相关行业对从业人员进行培训，以进一步提高其防静电的意识，进一步提高其专业素质和技能，同时提高元器件的性能，进一步提高产品的质量。
二．静电的定义及基本知识
静电：
静电就是物体上多余的电荷。
它所产生的效应包括带电体之间力的作用和电场。
电荷：
物质是由原子构成，原子是由电子、质子、中子构成。
电荷的单位是库仑。
一个电子的电荷量是1.6×10-19库仑。
1nC=1×10-9C=6.25×109电子
1pC=1×10-12C=6.25×106电子
电子过剩:
物体带负电
电子缺少:
物体带正电
静电放电:
electrostaticdischarge（ESD）
在具有不同静电势的两个物体之间的静电的转移。
静电敏感器件:
electrostaticsensitivedevice（ESSD）
日常操作、试验和运输容易遭受静电场或静电放电所损坏的分立器件、集成电路或组件。
静电导电材料：
electrostaticconductivematerials
具有表面电阻率小于或等于1×105Ω或体积电阻率小于或等于1×104Ω·CM的材料。
静电耗散材料：
electrostaticdissipativematerials
具有表面电阻率大于1×104Ω和小于或等于1×1012Ω，或体积电阻率大于1×104Ω·CM和小于或等于1×1011Ω.CM的材料。
绝缘材料：
insulativematerials
具有表面电阻率大于1×1012Ω，或体积电阻率大于1×1011Ω·CM的材料。
EPA:
ESDProtectArea（ESD防护区域）
ECA:
ESDControlArea（ESD控制区域）
三．静电产生及对生产制造业的不良影响
静电的产生:
物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。
在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。
但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子A而侵入其他的原子B，A原子因缺少电子数而带有正电现象，称为阳离子、原子B因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。
（如图所示）
造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能量（如动能、位能、热能、化学能……等）。
在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。
另当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个物体得到一些剩余电子的物体而带负电。
若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。
所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。
通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电，在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。
固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。
为什么气体也会产生静电呢？
因为气体也是由分子、原子组成，当空气流动时分子、原子也会发生“接触分离”而起电。
所以在我们的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电，当静电积累到一定程度时就会发生放电。
静电对制造业的不良影响：
静电放电使火箭弹产生意外爆炸；在石化工业中静电放电多次使汽油着火爆炸事故；在电子工业中静电常损坏电子元器件，设计的电子器件被静电击穿、性能崩溃，整机中敏感器件被损坏，生产设备整机表现为电气性能失效等，仅美国每年因静电对电子工业所造成的损失达几百亿美元。
静电危害的另一种表现形式是静电力的危害，如由于静电力的作用吸尘－影响产品质量。
电视机屏上的静电吸尘在大规模集成电路生产中由于静电作用使尘埃吸附在芯片上，使芯片性能失效，使成品率大大降低。
四.静电防护原理
静电防护的基本原理：
抑制静电荷的集聚；迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷（安全地泄放或中和静电）。
（一）抑制静电荷的集聚：
在生产和储运过程中尽可能地减少产生静电的工序和材料，可以在很大程度上消除静电的产生与积累。
电子产品的生产过程中，静电破坏于无形，故消除ESD危害要以预防为主。
1.选用合适的地面材料：
禁止直接使用铺设毛、麻、化纤类的地板，应该尽可能选用由静电导体材料构成的地面如静电活动地板或在普通的地面上铺设防静电垫并有效接地。
2.接地
防静电系统必须可靠的独立接地装置，接地电阻一般应小于10Ω，埋设与检测方法应符合GBJ79的要求。
防静电地线不得接在电源零线上，不得与防雷地线共用。
3.控制环境湿度
湿度也可以有效遏制静电的杀伤力。
湿度与温度对ESD都有影响，在同一个大气环境中，温度较低的区域会比温度较高的区域相对湿度更大，而湿度增加则使非导体材料的表面电导率增加，空气导电性能增强，物体上积蓄的静电荷可以更快地泄漏，可见环境温度越低，湿度越大，对静电的防护就越有利。
因此在工艺条件许可时，可以使用空调加湿、风扇喷雾器喷射水雾、地面洒水等方法提高空气的相对湿度，降低静电的危害。
当然，湿度过大将导致产品发生极间短路、漏电等故障，通常应将温度控制在18～28℃范围，湿度控制于40～65％RH范围内。
4.区域控制
防静电区域必须标明区域界限，并在明显处悬挂警告标志。
5.在防静电工作区内禁止使用及接触易产生静电荷的电源荷。
类别
电源荷
工作台表面
油漆或浸漆表面，普通塑料贴面等。
地板
塑料及普通地板革，普通乙烯地板等。
工作服
普通涤纶，合成纤维及尼龙面料等。
操作工具及设备
普通塑料盒、架、瓶，普通泡沫、电动工具等。
6.控制静电源：
人在活动如行走，站起等活动中都会产生静电，人体是最为常见的静电源，因此人体的静电防护是最为重要的。
7.减少摩擦的部位和强度也是减少和抑制静电产生的有效方法。
如在传动装置中，采用三角皮带或直接用轴传动，以减少或避免因平面皮带摩擦面积和强度过大产生过多静电。
（二）消除已经产生的静电荷
无论我们的措施多么严密，完全消除静电几乎是不可能的，因此安全地泄放或中和静电是最基本最有效的方法。
1.接地
对可能产生或已经产生静电的部位进行接地，接地为静电冲击提供良好的泄放通道，使带电体上积聚的静电荷得以顺利泄出，迅速导入大地，避免了对敏感元件的放电。
是消除静电最有效的方法之一。
接地效果的好坏直接影响到整个静电防护的效果，如果接地效果差，将导致整个防静电体系失效，产品将处于在一个充满静电的险境，只有从测试放电点到最终接地汇接点中的任何一个环节都保持通畅，才能确保静电安全泄放。
2.消除人体的静电
要消除的人体静电，最有效的措施也是让人体与大地相“连接”即“接地”。
因此，人要穿上防静电鞋。
要保持人体与大地相连，这就要求地面也是防静电的才可以将人体的静电导入大地，所以地面可以用防静电地垫，防静电复合胶板，并用防静电接地线接好地，如经费充足，可选用防静电活动地板，特别是在规划设计机房厂房时可以考虑选用防静电活动地板，如果机房厂房已定且设备也已安装好，又不想因装防静电器材时对这些设备造成停产等时可选用既价格低廉、施工简单的防静电地垫，防静电复合胶板等。
3.穿防静电鞋并有防静电地垫、防静电复合胶板或防静电活动地板加强防静电效果。
人穿防静电鞋并有防静电地垫、防静电复合胶板或防静电活动地板时还不一定能起到好的防静电效果。
通常人们还要穿袜子和垫鞋垫，年青人脚易出汗，这些袜子和鞋垫也能导静电，但在中老年人在干燥的季节时因鞋内干燥，这袜子和鞋垫就不能导静电，而且很多厂家只要求工作人员穿防静电服和防静电鞋，忽视了袜子和鞋垫的不利影响，使得这些防静电鞋和防静电地面不能发挥防静电作用，静电鞋、袜，脚跟和脚趾带箍与静电耗散性地板相通，释放静电荷。
4.穿防静电工作服：
人除穿防静电鞋外还要穿防静电工作服才能较好地消除人体静电，使穿带者接近零伏电荷。
5.可在产生静电较多的场所安装放电针（静电荷消除器），使放电范围的空气游离，空气成为导体，中和静电荷而无法积聚。
但在使用这种装置时应注意采取一定的安全措施，因它的电压较高，防止伤人。
五、生产中对静电敏感器件的防护与操作管理
对静电反应敏感的元器件称为静电敏感元器件（ESSD）。
静电敏感元器件主要是指超大规模集成电路，特别是金属化膜半导体（MOS电路）。
在日常生产中我们经常接触到的器件如：
二极管、三极管、MOS集成电路、晶闸管、集成块、光耦、桥堆、IGBT、液晶显示模块，霍尔器件等半导体均属静电敏感器件。
因此我们必须加强静电敏感器件的生产与操作管理。
（一）静电敏感器件的防护：
元器件从生产到使用的整体过程中都会产生静电，因此加强生产过程中各个环节的静电控制是控制静电产生的重要手段。
1.做到更为有效的静电放电（ESD）控制，首先在器件和产品的设计中，应充分体现静电防护的思想，在器件内部设置静电防护元件（ESDProtectionDevice），尽量使用对静电不敏感的器件以及对所使用的静电放电敏感（ESSD,ESD-sensitive）器件提供适当的输入保护，使其更合理地避免ESD的伤害。
2.采用防静电安全工作台。
3.采用防静电台垫。
4.佩戴防静电腕带。
作为防静电（ESD）过程中最活跃的因素，进入防静电环境的操作者，直接接触静电敏感器件的人员均必须佩带腕带,工作台上必须铺有防静电台垫。
防静电腕带也许称为"放"静电腕带更为贴切，腕带和工作台垫提供了静电到达大地的清晰路径，使其佩带者接近零伏电荷。
对于活动频繁的人员，应通过防静电鞋、袜，脚跟和脚趾带箍与静电耗散性地板相通，释放静电荷。
如果仅从"放"静电的角度考虑，人体的对地电阻越小越好，但考虑到安全因素，人体必须具有一定的对地电阻，万一金属设备或装置与工频电源短接，该电阻能够限制流过操作者身体的电流，因此通常腕带、脚趾带箍与接地导线的连接处均要串入一只不低于1M的电阻。
注：
腕带应与人体皮肤有良好接触，腕带必须对人体无刺激、无过敏影响，腕带系统对地电阻值应在106～108Ω范围内。
5.采用防静电容器：
在电子设备研制生产过程中，一切存储、周转的容器均应具备防静电性能，不许使用金属或普通塑料容器，必要时存放部件用的容器或周转箱应接地。
6使用离子风静电消除器。
7.工作人员穿防静电工作服、工作鞋。
工作服面料应符合GB12014，工作鞋应符合GB4385的有关规定。
8.采用离子发生器：
普通塑料等绝缘体上的静电荷，不能用接地的方法来消除，但可以利用极性相反的电荷来中和。
目前常采用的感应式离子发生器（ionizer），当其尖端接近带电体时，在尖端上能感应出与带电体上静电极性相反的电荷，并在尖端附近形成很强的电场，当场强超过25～30KV/cm时，空气电晕放电，产生正、负离子，异性离子在电场作用下向带电体运动，因此可以连续地中和可能发生在绝缘体表面的任何电荷积累，消除绝缘材料表面地静电荷应使用离子风静电消除器。
9.控制敏感器件的物流。
敏感器件的物流也是一个不容疏忽的环节。
在这个过程中，元器件不可避免地要与外包装相摩擦产生静电，而且暴露在外界电场中（如经过高压设备附近）的敏感器件也极易受到破坏，很可能在我们还没有意识到的状况下，敏感器件已经受损，因此储运时应采用耗散性或防静电屏蔽包装，不能用易产生静电的尼龙及普通塑料制品，且只在准备使用时才将ESD器件从包装中取出来。
静电耗散材料（dissipativematerials）提供了静电的缓慢泄放通道，可以防止快速放电，常用于运输双列直插式封装的器件；防静电包装由导电的特殊塑料制成，当器件在内部移动时，不会产生静电，可以防止元件引脚间出现较高的电势差，从而产生静电。
（二）操作管理：
对防静电敏感器件的生产必须加强防静电标识的管理，明确防静电标识的使用。
防静电标识统一化、标准化，使进入防静电区域的员工、外来人员能够清楚的分辨出静电保护区和非静电保护区。
标识要求：
1.防静电工作区标识：
A）防静电区域标志：
防静电区域采用采用黄黑相间或黄白相间宽度为50～100mm的斜条纹线区分，围成特定区域。
（如图标识1）
B）有防静电区域必须有区域警示标识区分。
标识应有说明，如：
“注意：
静电安全工作区”。
防静电标识为黄底黑字的说明，并标注有符合EOS/ESDS8.1-1993或EIA-471标准要求的防静电符号。
C）标识应距离防静电区域1m，清晰可见，警示进入静电保护区的人员要遵守防静电区域标识。
（如图标识2）
标识1
标识2
2.接地点标识
A）防静电标识为黄底黑字的说明，并标注有符合EOS/ESDS8.1-1993或EIA-471标准要求的防静电符号。
B）防静电接地点标识应采用（如标识3）中任一标识作为接地点标识。
标识3
3.防静电工具和静电敏感物料标识
A）防静电标识为黄底黑字的说明，并标注有符合EOS/ESDS8.1-1993或EIA-471标准要求的防静电符号。
B）用图中标识4、标识5，所有ESD敏感器件的包装材料应该用该标识贴在最里面的屏蔽袋的外面。
这个标识的贴放位置是为了最里面的屏蔽袋被打开时能够看见。
C）包装非ESD敏感器件的包装不应有ESD敏感标识和ESD防护标识。
D）防静电工具的标识应该标贴在容易看见的位置。
（防静电椅、防静电运输车等都应有此标识）
标识4标识5 标识6
4.提供ESD防护的容器标识：
A）图中标识6用于表示被设计为对ESD敏感组件和设备提供ESD防护的器具，注意与ESD敏感符号的不同在于有一圆弧包围着三角形，而没有一斜杠跨越手。
（如防静电箱、防静电盒等应有此类标识）
5.防静电标识管理
A）防静电标识是为静电保护而设置的标识，所以被标识的接地、仪器/设备/AC工具、周转箱、防静电椅、防静电运输车等都应是经测试，认证满足防静电要求，方可标识。
未经测试，未认证或不满足防静电要求的不可标识为防静电物品。
B）防静电标识应由ESD专门负责人标识，其他人不可随意标识。
任何人不可随意将防静电标识移至其它或非防静电设备、工具。
（三）检测：
检测是ESD控制的必要手段，应在生产的各个环节中实时进行。
操作员每次进入EPA之前需测试手/脚腕带、防静电鞋、防静电工作服的性能；必须有专人负责EPA的检测与维护，定期检查各种ESD设备、用具、接地装置是否满足防静电的要求；管理人员应定期检查各个工位的防静电情况，发现不符合要求时，要实时整改；检测结果要整理归档并作为质量管理体系认证的一部分加以核查。
总之，以上三条是建立ESD控制程序的基础，一个有效的ESD控制体系，光有防静电硬件系统是远远不够的，还得有一套行之有效并得到贯彻实施的培训、管理制度和操作程序。
美国学者DennisPolinski认为，一个有效的ESD控制程序应包括以下元素：
设立一个ESD防护统筹人或小组、明确来自ESD的损失、评估你的实施过程与需要、确认ESD敏感项目、需求最高管理层的支持、建立和实施规程与规定、人员培训和回顾、审查、分析、报告、提供反馈与改进。
静电防护是一项系统工程，必须贯彻整体防护思想，综合运用均压、接地、泄流、屏蔽和箝位等技术，构成一个完整的防护体系，才能取得明显的效果。
六.防静电产品：
防静电产品范围包括很广有：
防静电无线手环（也叫无线腕带）、防静电手套、防静电活动地板类、防静电PVC地板、防静电周转容器、防静电包装材料、橡胶板、涂料、防护用品、静电消除器等仪器仪表等等。
这里说明一下我们常用的几种产品：
1.防静电无线手环：
用以泄放人体的静电。
它由防静电松紧带、活动按扣、弹簧软线．保护电阻及插头或夹头组成。
松紧带的内层用防静电纱线编织，外层用普通纱线编织。
2.防静电手套：
它用防静电布或防静电针织物制成。
用于需用手套操作的防静电环境。
面电荷密度＜7μc／m2；洗涤次数：
A级＞100次；B级＞50次
3.防静电地板胶：
由防静电复合胶皮与接地线构成，在不防静电车间、工厂内如果只是局部地区和程序要防静电（如几个工作台或几个程序），又不想花大量的金钱把现有的地面改造成防静电地面，此时用防静电地垫是经济简单有效的防静电措施。
七.现代静电技术的建立
在二十世纪初，静电学从实验和科学阶段走向实际应用的阶段，但是应用面较窄，仅在静电除尘方面有些应用。
虽然1824年Hohlfeld第一次演示了静电收尘实验。
但1907年FrederikG.Cottrell才制造了世界上第一台实际应用的静电除尘器用于捕集硫酸酸雾。
静电除尘器在控制酸雾排放的成功，迅速导致其在其它工业烟尘污染源中的应用。
1922年VandeGraff发明了实用的静电起电机。
1923年DetroitEdison公司安装了第一台静电除尘器。
从此，静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等取得了一定的地位。
为现代静电技术的建立奠定了基础。
在二十世纪中期，随着工业生产的高速发展以及高分子材料的迅速推广应用,一方面，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,使得静电能积累到很高的程度,另一方面，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也越来越突出,静电危害造成了相当严重的后果和损失。
它曾使得它造成电子工业年损失达上百亿美元，这还不包括潜在的损失。
二次世界大战后许多工业发达国家都建立了许多静电科研机构从事静电研究。
从80年代开始以来,我国的静电研究发展极为迅速。
1981年成立了中国物理学会静电专业委员会并召开了第一次全国静电学术会议,全国性的和各地方的静电学术会议不断召开，静电研究和应用的范围也越来越广,科研队伍不断壮大,静电技术日益受到各级领导和全国科技工作者的重视。
参考资料：
电子设备制造防静电技术要求 SJ/T10533-94
电子元器件制造防静电技术要求 SJ/T10630-1995
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