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九.ESD基礎知識及防護
9.1.靜電放電案例
1.1996年8月,某水電站發電機組發生事故,產生的氫氣超過爆炸極限,在工作 人員走動時,突然發生爆炸,造成重大傷亡事故。
2.某化纖廠一次檢修后,工人用汽油洗尼龍工作服,搓洗時發生靜電引燃成災, 傷亡10余人。
3.國際知名品牌筆記本計算機因靜電檢測不合格,在2007年12月14日浙江工商局
在
其官方網站發布消息稱,在一次專項質量檢測中,東芝、富士通、NEC、HP4個
國際品牌的幾個型號筆記本因靜電被檢測不合格。
brand | Model | company | Quality issue |
HP | Satellite L100 | 浙江水木華力科技 | electrostatic |
FUJITSU | Satellite A80 | 杭州華力電子計算機 | electrostatic |
NEC | S3100 | 杭州華力電子計算機 | electrostatic |
TOSHIBA | Satellite A80 | 浙江美承數碼技術 | electrostatic |
9.2.何為靜電放電?
9.2.1.靜電放電定義及術語
所謂ESD,即為靜電放電,是electrostatic discharge的縮寫。指兩個具有不 同靜電電位的物體(存在電勢差的兩物體)通過接觸或電場感應使電荷從一個物 體轉移到另外一個物體的物理現象.
以下為靜電類的術語:
1.靜電:物體表面過?;虿蛔愕撵o止電荷 2.靜電場:靜電在其周圍形成的電場
3.靜電敏感度(ESDS electrostatic discharge sensitive):元件所能承受的
靜電放電電壓
4.防靜電工作區(EPA electrostatic discharge protected area):配備各種 防靜電設備和器材、能限制靜電電位、具有確定邊界和專門標記的適于從事 靜電防護操作的場所。
5.接地(grounding) :電氣連接到能夠供給或接受大量電荷的物體,
5.1.硬接地(hard ground):直接與大地電極做導電性連接的一種接地方式。
5.2. 軟接地(soft ground):通過一足以限制流過人體的電流達到安全值的電阻 連接到大地電極的一種接地方式。
6.靜電接地連接點EBP:earth bonding point
9.2.2.常用的物理參數及常用的數量級符號
·1.常用的物理參數
· 1)電壓/電場:伏特(V); · 2)電流:安培 (A);
· 3)電量:庫倫 (C);
· 4)電阻/阻抗/ 表面電阻/表 · 面電阻率/體積電阻/體 · 積電阻率(Ω);
·5)靜電泄放時間;秒(S); · 6)電容:法拉 (F);
2.常用的數量級符號
數 量 級 全 名 符號
1012 Tera T
109 Giga G
106 Mega M
103 Kilo K 10-3 Milli M 10-6 Micro μ 10-9 Nano N 10-12 Pico P
9.2.3.靜電基本計算
·歐姆定律:
R=U/I
實例:安全電阻計算
人體安全電流0.5mA, 工作交流電壓380V
安全電阻:R=U/I=760K Q------106Q 安全限流電阻的來源,腕帶用1MQ電 阻
9.3.靜電如何產生?
9.3.1.靜電產生的方式有
1.摩擦:在日常生活中,任何兩個不同材質的物體接觸后在分開,即可產生靜 電,而產生靜電的最普通方法,就是摩擦生電。材料的絕緣性越好,越容易 摩擦生電。另外,任何兩種不同物質的物體接觸后再分離,也能產生靜電。
2.感應:針對導電材料而言,因電子能在它的表面自由流動,如將其置于一電 場中,由于同性相斥,異性相吸,正負電子就會轉移。
3.傳導:針對導電材料而言,因電子能在它的表面自由流動,如與帶電物體接 觸,將發生電荷轉移。
4.剝離帶電
物質原有的電荷平衡被打破,兩邊帶上相反的電荷同種物質的剝離和不同物質 間的剝離都會產生靜電
9.4.靜電放電對電子產品生產的危害
9.4.1.靜電對電子元件的影響
集成電路元器件的線路縮小,耐壓降低,線路面積減小,使得器件耐靜電沖擊能 力的減弱,靜電電場(Static Electric Filed)和靜電電流(Electrostatic
current )成為這些高度元器件的致命殺手。同時大量的塑膠制品等高絕緣材料 的普及應用,導致產生靜電的機會大增。日常生活中如走動,空氣流動,搬運都 能產生靜電。人們一般認為只有CMOS類的芯片才對靜電敏感,實際上,集成度高 的元器件電路都很敏感。
影響如下:
1.靜電吸附灰塵,改變線路間的阻抗,影響產品的功能與壽命。
2.因電場或電流破壞元件的絕緣體或導體,使元件不能工作(完全破壞) 3.因瞬間的電場或電流產生的熱,元件受傷任能工作,壽命受損。
9 . 4 . 2 . 決 定 靜 電 放 電 破 壞 性 的 幾 個 指 標
1.靜電電壓
2.短路(或接地)電阻 3.電路長短和電感效應
4.電容
5.放電持續的時間
9. 4 . 3 . 兩 種 失 效 模 式
1.突發性失效
是指元器件受到靜電放電 損傷后,突然完全喪失其 規定的功能,主要表現為 開路、短路或參數嚴重漂
移 。
2.潛在性失效
是指靜電放電能量較低, 僅在元器件內部造成輕
微損傷,放電后器件電
參數仍然合格或略有變 化,但器件的抗電過應 力能已經明顯削弱,或 者使用壽命已明顯縮短, 再受到工作應力或經過 一段時間工作后將進一 步退化,直至造成徹底
失 效 。
9.4.4.潛在性失效詳解
1.在使用環境中出現的靜電放電失效大多數為潛在失效。據統計,在由靜電
放電造成的使用失效中,潛在性失效約占90%,而突發性失效僅占10%。 2.潛在性失效比突發性失效具有更大的危險性:
(1)潛在失效難以檢測;
(2)影響器件使用時的壽命;
(3)靜電損傷具有積累性。
3.預防ESD潛在損傷的最好方法是靜電防護。
9.5.如何有效進行靜電防護
9.5.1.各電子元器件靜電敏感度
M / B 所 用 器 件 名 稱 | EOS/ESD的最小敏感度(以靜電壓V表示) |
IC、CHI PSET | 100/150 |
Eprom | 100/200 |
二極體 | 300-2500 |
三極體 | 300-2000 |
電阻 | 300-3000 |
電容 | 300-3500 |
晶體 | 380-7800 |
PCB Level | 500-1500 |
Production M/B | 250-3000 |
9.5.2.靜電防護方式
1.建立靜電安全區===>接地
是指對靜電敏感性電子元件工作區域要建立防靜電的安全措施. 如:靜電帽、靜電衣、靜電鞋、靜電手套、靜電墊、靜電環等.
2.屏蔽方法運輸靜電敏感元件===> 屏蔽 如:靜電袋、屏蔽袋、靜電泡棉等.
3.離子風扇===>中和
利用靜電中和原理,使帶電原件靜電被中和,從而不產生靜電. 9.5.3.靜電防護實例
1.地面材料
鋪設有防靜電地板,并有效接地;
2.接地系統
防靜電系統有獨立可靠的接地裝置,接地電阻一般小于1Ω.防靜電地線與設備接 地不共享(靜電接地為綠色線,設備接地為黃綠色線)
防靜電設備連接端子采用鱷魚夾、插頭座等,保持接觸可靠,易裝拆。
3.靜電安全工作臺(靜電桌)
它由工作臺、防靜電桌墊、腕帶接頭和接大地線等組成
4 . 靜 電 手 環
直接接觸靜電敏感器件的人員均戴防靜電腕帶,腕帶應與人體皮膚有良好接觸, 腕帶阻抗足以限制流過人體的電流達到安全(0.5mA), 腕帶系統對地電阻值應在 1M±20%Ω 范圍內.44
正確佩戴方式
5 . 防 靜 電 工 作 服 ( 靜 電 衣 、 帽 、 手 套 )
進入防靜電工作區的人員應穿防靜電工作服,防靜電工作服表面阻抗應符合 GJB3007-975.6.8(105-1010Ω)與ANSI/ESD20.20:ESDSTM2.1(105-1011Ω)規
定。
6 . 防 靜 電 工 作 鞋
進入防靜電工作區的人員應穿防靜電鞋,防靜電鞋應符合GB 4385的有關規定, 以及GJB3007-975.6.9 與ANSI/ESD20.20:ESD S9.1 規定。
7 . 離 子 風 扇
靜電消除器----消除絕緣材料表面的靜電荷。
由于電極針高壓放電易積灰塵, 需進行保養:
1.每次使用前用儀器配帶毛刷進 行清理,自帶毛刷順時針旋 轉(<3600)一圈一
清理電極針上的灰塵
2.每天對離子風扇外部及進出風 口進行清潔
3.每月對離子風扇內部進行清潔
表面電阻測試儀 | 靜電環測試儀 | 靜電總接地點 | 設備總接地點 |
防靜電接地 | 設備保護措施 | ||
綠色為靜電接地線 黃綠色為設備接地線 | EPA警示標志 | 防靜電包裝標志 | ESD敏感器件標志 |
巨SD GONTROL AREA |
9.6.何謂EOS? 哪些環境會造成EOS ?
EOS(Electrical Over Stress)即電氣過載.是指元器件承受的電流或電壓應 力超過其允許的最大范圍.
會造成EOS環境有:
1.設備的外殼產生漏電時
2.電源設備的第三孔未真正進入大地時
3.工治具不良、人員操作不當
4.電源插座的火線與中性線反接 5.ESD 的地未真正進入大地時
EOS產生的破壞
金屬線路燒壞 零件燒壞
9.7.廠內違反靜電防護要求的案例圖
廠內不規范作業案例圖
PCB板未平放 | 使用的錫膏未填寫標示卡 |
平放 | PCB半成品疊加亂放 |
廠內不規范作業案例圖
攪拌刀未清洗干凈 | 手拿PCBA未戴靜電環 | ||
PCB A過爐板與板間距過小不足5CM | 刮刀行程外殘留大量錫膏 | ||
廠內不規范作業案例圖
鋼網未清洗干凈 | 靜電臺車內PCBA坍塌 |
PCBA半成品疊加放置 | 靜電臺車內PCBA未放到位 |
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