ESD基本常識

1.ESD的基本知識，海威達航技術支持：（壹叁陸零叁零捌捌叁肆零）聯系鐘生
1.1什么叫靜電---即相對靜止不動的電荷（Electro-Static），通常指因不同物體之間相互摩擦而產生的在物體表面所帶的正負電荷。

1.2靜電放射（ESD）---指具有不同靜電電位的物體由于直接接觸或靜電感應所引起的物體之間靜電電荷的轉移（Electro-Static-Discharge）。通常指在靜電場的能量達到一定程度之后，擊穿其間介質而進行放電的現象。

1.3靜電產生的原因
   1.3.1微觀原因----根據原子物理理論，電中性時物質處于電平衡狀態。由于不同物質原子的接觸產生電子的得失，使物質失去電平衡，產生靜電現象。
1.3.2宏觀原因---1）物體間摩擦生熱，激發電子轉移
2）物體間的接觸和分離產生電子轉移
3）電磁感應造成物體表面電荷的不平衡分布
4）摩擦和電磁感應的綜合效應

一：物體接觸 二：物體分離            
表一：典型的靜電電壓：
靜電電荷源  測得的電壓（V）
  10%~20%RH  65%~90%RH
走過地毯  35000  1500
在聚烯烴類塑料地面行走  12000  250
工作臺旁操作的工人  6000  100
翻動聚乙烯膜封皮的說明書  7000  600
從工作臺拾起普通聚乙烯袋  20000  1200
墊有聚氨酯泡沫的工作椅  18000  1500
1.4 靜電造成的危害
  1.4.1在過去的十年里，雖然有許多的努力但是靜電仍然影響著制造生產量、產品質量、產品可靠性和制造成本等。業界專家統計每年約有數十億美金的直接損失，間接的損失（維修、重工、運輸等）就更多了。ESD的損害是電子制造業中zui大的不liang原因之一（約占8-33%）

                                  表二：靜電損害統計表
靜電損害階段  zui小損失  zui大損失  平均損失
元器件制造業  4%  97%  16-22%
元件貼裝業  3%  70%  9-15%
電子組裝業  2%  35%  8-14%
使用者  5%  70%  27-33%

1.4.2 ESD對電子元器件損害的形式
      A．即時失效---產品的功能喪失，在zui終檢驗前能被測試發現。可以重新維修、測試或報廢。
         即時失效約占受靜電損害形式的10%。
      B．延時失效---產品可以通過所有的檢驗和測試，到用戶使用一段時間后失效，產品性能不穩定，存在潛伏性失效，極不易受控。只有在過程中預防ESD的損害。延時失效約占受靜電損害形式的90%。

1.5 靜電放電模式
   A．其他物體對本物體放電-----當一帶靜電的物體（包括人體）對本物體釋放靜電時，造成本物體的損壞。
   B．對本物體放電-----當本物體帶電并對其他物體進行放電時，造成本物體的損壞。
   C．電場感應放電-----當一物體聚積大量的靜電時，在它的周圍就有一個感應的電場，如果靜電敏感物體靠近接觸到該電場，也會感應生成電壓，就可能造成靜電敏感物體的損壞。

   注：本物體是靜電敏感（ESDS）物體。
1.6 靜電保護可靠靜電壓是多少
1.6.1靜電保護的可靠靜電壓和電子元器件本身承受靜電損壞的程度有關，
有三種方式可以確認元器件的靜電承受等級。1.HBM（Human Body Model）人體模式； 2.CDM(ChargedDevice Model )物體帶電模式 ； 3. Machine Model機械模式。
   1.6.2大多數電子元器件在小于100V的靜電壓影響下就會損壞，也有的電子元器件（如磁盤元件）在10V的靜電壓影響下就失效了。

                                  表三：元器件敏感程度表
元器件類型  損壞電壓（V）
VMOS  30---1800
MOSFET  100---200
EPROM  100---1500
JFET  140---7000
OPAMP  190---2500
CMOS  250---3000
Shottky Diode  300---2500
Resistor  300---3000
Bipolar transistor  400---7000
SCR  700---1500
Shottky TTL  1000---2500
HCMOS  700---1500
ACMOS  350---2000
BCL  500---1500
   概述：1.事實上所有的材料，甚至導體都有可能摩擦生電。
         2.增加ESD的幾種因素
         2.1低濕度
         2.2一定的活動（走動、推動等）
         2.3快速運動
         2.4所接觸材料的類型（特別是塑膠類和合成材料及絕緣體）
        3.靜電的放射能立即的損壞產品，也有可能對產品造成潛伏性的損害。
        4.靜電存在于我們組裝生產、測試、運輸等各個階段里。
        5.帶電的物體的四周存在靜電場。
        6.元器件的靜電損傷有三種模式造成：a其他物體放電至本物體；b從本物體放電；c電場感應引起的電荷轉移。

2.ESD控制原理
2.1 靜電控制方法（因為靜電荷總會尋找到放電的路徑，所以我們要事先正確的引導靜電的泄放）
   A.設計我們的元件、產品或裝配件，使其更合理的避免靜電放電(ESD)的作用。
a.可能的話，使用對靜電不敏感的元件，
b.對我們使用的那些靜電放電敏感的(ESDS, ESD-sensitive)元件提供適當的輸入保護。
這里相互矛盾的是，先進的生產技術意味著更小型化和更復雜的幾何形狀，但通常對ESD更為敏感。可是，在產品設計就建立越多的ESD控制，其后將發生的問題越少
   B．定義我們所需要控制的等級（本公司對靜電可靠區內的靜電壓要求在100V以下）
   C．劃分并標示ESD可靠區域
   D．消除或降低靜電的產生
     產品設計是不可能達到全部預防ESD的要求，所以我們要在過程中消除或降低靜電的產生。
      zui基本的是沒有充電就不會有放電。
     a在工作環境中盡可能地減少或消除許多靜電產生的工序或材料，如普通塑料；減少搬運等。
     b在工作環境中的工序或材料應該保持在相同的靜電電勢，因為ESD不會發生在保持相同電勢或零電勢的材料之間。
     c提供地線給靜電手環帶、地板或工作臺表面，可靠地減少放電產生與積累。這些導電或釋放材料應該電氣連接到相同的公共地。
我們不可以逃避ESD元件和產品，但是可以減少或消除靜電放電的產生與積累。
   E．可靠的釋放或中和
     因為靜電的所有產生是不可能完全消除的，所以我們只有可靠地釋放或中和那些要發生的靜電。
a適當的接地和導電性或耗散性的材料起主要作用。例如，帶靜電進入工作環境的工人可通過帶靜電手環或穿戴ESD工作鞋踏過ESD地板墊來消除自己身上的靜電。靜電傳到地線，而不是對敏感元件放電。
b對一些物體，如普通塑料和其它絕緣體，接地不能消除靜電放電。通常，利用離子風機來中和這些絕緣材料上的放電。離子風機在作用過程產生正負離子，吸引到放電物體表面，因此有效地中和靜電。

F．保護產品
      我們要預防靜電放電時接觸到敏感元件和裝配。
a一個方法是，對元件和裝配提供適當的接地或分流，使任何放電從產品分散開。
b弟、二個方法是，采用適當的包裝材料來包裝和運輸敏感元件。這些材料可有效地將產品屏蔽開靜電，減少由于包裝內任何產品移動而產生的靜電。

這六條靜電控制方法可幫助選擇適當的材料和程序，用來有效地控制ESD。在大多數情況下，有效的ESD控制程序將涉及所有這些方法。在開發控制程序中，確認那些敏感元件、敏感的級別、和那些對其具有ESD危害的操作。然后尋找防護這些元件的方法。zui后，選擇和實施可完成這個任務的程序和材料的結合使用。

2.2 有效的ESD控制計劃
   A．成立ESD控制小組
     因為ESD問題和解決可能涉及到各個部門，所以ESD控制小組成員會有工程、制造、HR、QA、倉庫、采購等組成，這個小組負責公司ESD的開展、稽核等管理工作。
   B．評估及規劃
     根據公司ESD敏感項目（元器件、裝配、成品）來定義ESD敏感的水平。可以公司內部測試定義，也可以采用供應商提供數據或參照國際標準。再根據定義好的ESD敏感水平來規劃公司的設備、程序、組織的適用性。
   C．建立ESD控制程序
     在完成公司的ESD評估和規劃的基礎上，建立一個ESD控制程序，以書面文件的形式清楚的定義每個人的義務及職責。
   D．取得高層管理的支持
      ESD控制計劃實施需要高層管理的支持。
   E．制定一個訓練計劃
     適當的訓練對對經常接觸ESD的人員是尤為重要，它的主要目標是讓員工自覺地預防ESD事件的發生。
   F．稽核計劃
     完善一個控制計劃需要不斷的稽核、分析、改進。稽核檢查是很重要的，它讓我們找出實施中的缺點和控制計劃是否被有效地執行。
   
概述：靜電控制六個方法和六項控制計劃的發展和落實，是實施有效的ESD控制程序的指導。

3.ESD控制程序及材料
  3.1首先是要定義元件和裝配的ESD敏感水平，然后再決定相應的ESD控制程序和材料
  3.2定義那些區域需要ESD保護
                         表四：典型的需要ESD保護的區域
收料區域
檢驗區域
儲物料區域和倉庫
裝配線
測試區域
研發部
包裝區域
維修區
實驗室
無塵室
3.3對有效的ESD控制，將靜電釋放在大地上是十分重要的。所以要將工作區所有工作桌、機器、工作桌表面、人連接于相同的接地線上。
3.4控制人體上的靜電
  人體的靜電是主要的靜電源之一，他可能有上千伏。如果不適當的控制，這項靜電很容易對靜電敏感器件造成損害，所以ESD控制程序特別強調人體靜電的解除。
  A．靜電手環-----它是控制人體靜電主要方法之一。靜電能通過手環連續可靠地釋放到地上，并不在人體上累積。

  B．導電鞋-----它連同ESD地板組合，由ESD地板提供一條靜電從導電鞋到大地的釋放途徑。使人體減少積聚靜電荷至可靠水平，除此之外它們還可減少摩擦充電。

  C．靜電衣----能隔離人體皮膚和衣服織物上的靜電，讓靜電通過靜電手環或導電鞋可靠地釋放到地上。

  3.5工作站的要求
    標準ESD工作站須提供連接工作桌面、儀器、手環、輔助設備和地板到相同的地上。
     工作桌面和地板面的表面阻抗應在106---109 ohm之間。
                         圖三：典型的ESD工作站圖示

3.6 包裝和ESD處理材料
   包裝是指用具有ESD防護功能的材料來包裝靜電敏感器件，防止靜電對它造成傷害。包裝材料提供三種保護的方式：1.超低充電 2.靜電釋放保護3.屏蔽電場
ESD處理材料:
   1.絕緣材料-----電荷無法移動。表面電阻大于1×1012 ohm; 體電阻大于1×1011ohm。
   2.導電材料-----因為它有較低的阻值，電荷很容易的在表面或內部移動。表面電阻小于1×105ohm; 體電阻小于1×104ohm。
   3.耗散性材料----耗散性材料的阻抗是間于絕緣和導電材料之間的，所以它的電荷移動的速度比絕緣材料要快，但比導電材料要慢。它的表面電阻在1×105—1×1012 ohm之間; 體電阻在1×104—1×1011 ohm之間。
3.7 識別
      用適當的符號來識別靜電敏感裝置，提示要注意ESD保護。ESD協會制定了二種符號
     A．ESD敏感符號（下圖）由三角形、手和一斜線組成。三角形代表“小心”，一只到達的手和斜線代表“不接觸”。整個表示為：ESD敏感的材料，不可接觸。
圖五：ESD敏感符號
     B．ESD保護符號（下圖）由三角形、手和一弧線組成。弧線代表“傘”，表示ESD保護材料。

圖六：ESD保護符號

4. ESD的訓練和稽核
    為了確保我們ESD控制程序的有效性和員工的執行狀況，所以要進行ESD的訓練和稽核。
4.1ESD訓練包括全公司的人員，甚至于我們的供應商和外包商。訓練內容包括ESD的原理、控制程序的細節，每個人的職責等。為了保證我們訓練的效果，可以進行測試。
4.2稽核檢查
    稽核是ESD控制程序的成功管理的一個主要因素。
       A．稽核的標準應當有文件和程序明確定義
       B．稽核過程中需要使用一些測量儀器
       C．稽核包括所有的ESD保護區域和相關設施。
       D．需要定期進行稽核
       E．將稽核的結果詳細的記錄下來。
       F．根據稽核結果制定一個矯正行動來完善整個ESD控制體系。