静电放电(ESD)基本知识

什么是静电,它是如何产生的?

静电是指物体表面积累的电荷。 静电荷通常通过以下三种方式产生:

  1. 摩擦力
  2. 两个物体接触后发生爆炸
  3. 静电感应

工作站中的几乎所有物体都会产生静电,例如

  • 移动物品:手推车和椅子
  • 材料:胶带、周转箱和其他用于材料处理的物品
  • 服装:手套、洁净室用布、鞋和普通服装
  • 工作站组件:工作台表面、CRT 计算机显示器、手动工具、纸张、笔记本、文件夹和笔
  • 基础设施墙壁、地板和酒精瓶
  • 包装:普通塑料、纸和纸板。

ESD 代表什么?

ESD 是静电放电(Electrostatic Discharge)的缩写,是指两个带电物体之间因接触、短路或介质击穿而突然产生的电流。当这种静电电荷转移过程足够强烈时,可能会损坏元件和产品。

影响静电产生的因素

静电的产生受多种因素的影响,了解这些因素对于有效管理 ESD 至关重要。

  • 材料导电性:材料的导电性直接影响静电的产生。导电材料和抗静电物质产生的静电极少,而绝缘材料则会产生大量静电。
  • 相对湿度:环境相对湿度对静电产生有很大影响。相对湿度越高,表明环境越潮湿,静电产生越少,ESD 问题也就越少。相反,相对湿度越低,静电产生越多,ESD 问题越严重。
环境相对湿度10-20% RH40-50% RH70-90% RH
走在地毯上35000V  8000V   1500V
在防静电地板上行走
无腕带普通鞋
10000V4000V  200V
走过一个有
防静电鞋和腕带
50V 10V 0V
摩擦绝缘材料4000V1500V300V
  • 运动的影响: 与静止不动相比,在地板上行走产生的静电更多,这说明了运动对静电累积的重要性。
  • ESD 控制措施:利用 防静电地板防静电鞋、防静电臂章、 ESD 组合测试仪 , 防静电旋转门 和其他防护设备,能非常有效地减少人体产生的静电。

要了解静电放电是如何产生的,以及它们是如何损坏元件和产品的,我们就必须学习最重要的部分--静电放电。如何管理和预防 ESD ?

不同材料的静电特性

静电的大小因材料而异。所有物体都能产生静电,静电诱发的现象会因物体不同而有很大差异,这与相应材料的导电性有关。

导电、绝缘和耗散材料

根据导电性,材料通常分为三类:导体、耗散材料和绝缘体。在 ESD ADV 1.0以下是这三类材料的表面电阻率和体积电阻率的具体定义。对于不确定的材料,有专门的 表面电阻仪 可用于测量其表面电阻率或体积电阻率。

表面电阻/体积电阻
导电材料 <1.0 × 104 欧姆
耗散材料≥1.0 × 104 欧姆和 <1.0 × 1011 欧姆
绝缘材料≥1.0 × 1011 欧姆

当两个物体接触时,无论它们是导体还是绝缘体,都会产生静电。不过,导体和绝缘体之间产生静电的性质是不同的。

导电材料上的静电消散

当导电物体带电时,除非采取某种措施,否则它将继续保持带电状态。能够立即将物体恢复到中性、不带电状态的措施就是 "接地"。

接地是指将带电的导电物体与大地(地线)相连。大地是一个大而稳定的导电体,可以充当电荷库。通过将物体与大地连接,就形成了一条导电路径,使物体的电荷得以消散。

A: 带负电的导体
B: 接地后电流会流动
C: 静电消散

对于带正电的物体,接地可以将地球的负电荷提供给该物体。对于带负电的物体,接地则为负电荷流入大地提供了通道。通过接地过程,物体能够过渡到稳定的非带电状态。

绝缘材料上的静电消散

A:带负电的绝缘体
B:即使接地也不会有电流流过
C: 静电不会消散

对于绝缘体来说,静电的消散与导体不同。由于绝缘体是不良导体,即使将其接地,积累的静电也不会轻易流走。

耗散材料上的静电耗散

耗散材料的电阻率值介于绝缘体和导体之间。虽然电子可以在耗散材料中流动,但其运动受材料表面或体积电阻率的影响。这些材料的电荷转移速度明显快于绝缘体,但又慢于导体。

ESD 活动

可持续发展教育活动

静电放电事件包括三种情况:带电导体(包括人体)对易受静电放电影响(ESDS)的物品放电、电荷从 ESDS 转移到导体以及静电场导致的电荷转移。上述每种情况都有可能损坏或毁坏电子元件,导致设备和系统出现故障。

静电放电如何损坏元件?

当大量静电荷在电位变化的物体(无论是人还是机器)和产品之间快速移动时,会在短时间内产生大电流,超过产品的容许电流水平。这会导致严重后果,如电路损坏,使产品无法使用。在不太严重的情况下,它可能导致电路过热和损坏,最终影响产品的使用寿命和可靠性。

静电放电(ESD)是一种普遍存在于我们周围的现象,人体只能感知超过 3000 伏特的静电放电。令人惊讶的是,只有 100 至 500 伏特范围内的静电放电会损坏 ESD 敏感设备.使问题更加严重的是,只有 10% 的直接元件故障可以在工厂环境中检测到,而大量 90% 可能导致这些敏感设备受损的潜在缺陷在制造过程中仍然难以发现。这种不平衡凸显了为什么 电子制造过程中的全面 ESD 控制 变得至关重要。

被静电放电损坏的元件

为了保护产品不因静电放电(ESD)而损坏,有必要建立一套全面的 ESD 控制程序.

如何避免静电放电?

  • 接地: 将人员和设备连接到公共接地点,以中和静电荷。使用接地腕带、鞋类或导电地板将电荷安全导入大地。
  • 防静电安全材料: 使用导电或耗散材料(如防静电工作台、容器)防止电荷积累。避免使用绝缘材料,如普通塑料或未经处理的织物。
  • 湿度控制: 保持相对湿度在 40-60% 之间,以减少静电积聚。干燥的空气会增加电荷的产生。
  • 个人防护: 穿戴防静电服(如工作服、手套),避免快速移动或接触无保护的表面。
  • 每日检查: 使用 ESD 人员接地测试仪 每天检查个人防护设备(如腕带、鞋袜),以确保其功能正常和接地。
  • 组件处理: 用屏蔽包装(如金属化袋、导电泡沫)储存和运输静电敏感元件。使用电离器中和绝缘表面的电荷。
  • ESD 保护区 (EPA): 用接地系统、防静电工具和标志牌指定区域。限制非必要的绝缘物品(如咖啡杯、纸张)进入 EPA。
  • 培训与合规: 对员工进行有关 ESD 风险和规程的教育,包括关键标准,如 ANSI/ESD S20.20IEC-61340-5-1.

通过将这些措施结合起来,可控制静电荷,最大限度地降低敏感元件的 ESD 风险。

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