静电防护知识简介[1]

摘要： 随着半导体、光电子行业的飞速发展，各类生产制程车间对静电防止的要求越来越高，因为一旦静电失火，其损失将非常严重，并且会伴有人员伤亡，故普及静电知识，我认为是一种有效的防患于未然，是很重要的。 1）一般静电防护培训的内容 a.静电学基础知识

b.静电按制的基本原理与途径 c.静电安全管理与技术要求 d.静电防护操作技能

e.静电防护设施、器材、设备仪器、工器具的基本性能要求与使用知识 f.静电测量的基本原理

g.关于相关静电防护标准的内容要求与理解 2）从事静电敏感电子产品防护的人员应增加的内容 a.静电防护设计技术

b.静电敏感电子产品的分类与敏感度（抗扰度）测量方法 c.产品的静电防护包装知识 d.静电损伤失效分析技术 e.防静电工作区的设置与要求 f.静电敏感标记与符号的识别 g.高敏感度产品的特殊防护操作要求 防静电的理论 1. 静电产生的原因： 常用物品的摩擦起电序列：

下表中越靠左侧的物品，越易产生负电荷；反之，越靠右侧的物品，越易产生正电荷。亦即，在序列中距离越远的物品之间相互接触分离或摩擦，产生的静电电位就越高。

(-)

硬 橡 皮 棉 花 纸铝

羊 毛

尼 龙

人 的 头 发

(+)

玻 璃 人 手

聚 乙 烯 金 银 铜

典型的静电电压

静电电荷源

测得的电压（V）

10%--20%RH

走过地毯

在聚烯烃类塑料地面行走 工作台旁操作的工人 翻动聚乙烯膜封皮的说明书 从工作台拾起普通聚乙烯袋 垫有聚氨酯泡沫的工作椅

2．静电在工业生产中造成的危害

静电的产生在工业生产中是不可避免的，其造成的危害主要可归结为以下两种机理： 其一：静电放电（ESD）造成的危害：

（1） 引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰。

（2） 击穿集成电路和精密的电子元件，或者促使元件老化，降低生产成品率。 （3） 高压静电放电造成电击，危及人身安全。

（4） 在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾。 其二，静电引力（ESA）造成的危害：

（1） 电子工业：吸附灰尘，造成集成电路和半导体元件的污染，大大降低成品率。 （2） 胶片和塑料工业：使胶片或薄膜收卷不齐；胶片、CD塑盘沾染灰尘，影响品质。 （3） 造纸印刷工业：纸张收卷不齐，套印不准，吸污严重，甚至纸张黏结，影响生产。

35000 12000 6000 7000 20000 18000

65%--90%RH

1500 250 100 600 1200 1500

（4） 纺织工业：造成根丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害。

静电的危害有目共睹，现在越来越多的厂家已经开始实施各种程度的防静电措施和工程。但是，要认识到，完善有效的防静电工程要依照不同企业和不同作业对象的实际情况，制定相应的对策。防静电措施应是系统的、全面的，否则，可能会事倍功半，甚至造成破坏性的反作用。 防静电基本要求

一、静电防护的基本原则 a、抑制静电荷的积聚；

b、迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷。 二、防静电工作区场地 1、地面材料

a、禁止直接使用木质地板或铺设毛、麻、化纤地毯及普通地板革。

b、应该选用由静电导体材料构成的地面，如防静电活动地板或在普通地面上铺设防静电地垫，并有效接地。c、允许使用经特殊处理过的水磨石地面，如事先敷设地线网、渗碳或在地面喷涂抗静电剂等。 2、接地

a、防静电系统须有独立可靠的接地装置，接地电阻一般小于10Ω，埋设与检测方法应符合GBJ 97的要求。 b、防静电地线不得接在电源零线上，不得与防雷地线共用。

c、使用三相五线制供电，其大地线可以作为防静电地线（但零线、地线不得混接）。

d、接地主干线截面积应不小于100mm2；支干线截面积应不小于6mm2；设备和工作台的接地线应采用截面积不小于1.25mm2的多股敷塑导线，接地线颜色以黄绿色线为宜。 e、接地主干线的连接方式应采用钎焊。

f、防静电设备连接端子应确保接触可靠，易装拆，允许使用各种夹式连接器，如锷鱼夹、插头座等。 3、天花板材料

天花板材料应选用抗静电型材料制品，一般情况下允许使用石膏板制品，禁止使用普通塑料制品。 4、墙壁面料

墙壁面料应使用抗静电型墙纸，一般情况下允许使用石膏涂料或石灰涂料墙面，禁止使用普通 墙纸及塑料墙纸。 5、湿度控制

a、防静电工作区的环境相对湿度以不低于50%为宜。

b、在不对产品造成有害影响前提下，允许使用增湿设备喷洒制剂或水，以增加环境湿度。 c、计算机房的湿度应符合GB 2887中的有关规定，类似的机房也应符合此规定。 6、区域界限

防静电工作区应标明区域界限，并在明显处悬挂警示标志，警示标志应符合GJB1649规定，工作区入口处应配置离子化空气风浴设备。 7、电荷源

在防静电工作区内禁止使用及接触易产生静电荷的电荷源（见表1）。

类 别 工作台表面 地板

电 荷 源

油漆或浸漆表面，普通塑料贴面，普通乙烯及树脂表面。 塑料及普通地板革，抛光打蜡木地板。普通乙烯树脂。

工作服，帽，鞋 普通涤纶，合成纤维及尼龙面料，塑料及普通胶底鞋。

操作工具及设备 普通塑料盒，架，瓶，盘用品及纸制品，普通泡沫及一般移 动工具，压缩机，喷射设备，蒸发设备等。三、电子产品防静电设施 1、静电安全工作台

a、静电安全工作台是防静电工作区的基本组成部分，它由工作台、防静电桌垫、腕带接头和接大地线等组成。 b、防静电桌垫上应不少于两个腕带接头，一个供操作员使用，另一个供技术人员，检验人员或其它人员使用。 c、必要时，静电安全工作台上应配备离子风静电消除器。

d、静电安全工作台上不允许堆放塑料盒（片）、橡皮、纸板、玻璃等易产生静电的杂物，图纸资料等应装入防静电文件袋内。 2、防静电腕带

直接接触静电敏感器件的人员均应戴防静电腕带，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。

3、防静电容器

在电子设备研制生产过程中，一切贮存、周转SSD的容器（元器件袋、转运箱、印制板架、元器件存放盒等）应具备静电防护性能。不允许使用金属和普通塑料容器。必要时，存放部件用的周转箱应接地。 4、离子风静电消除器

消除绝缘材料表面的静电荷应使用离子风静电消除器。 5、防静电工作服

a、进入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作服，防静电工作服面料应符合GB 12014规定。 b、在相对湿度大于50%的环境中，防静电工作服允许选用纯棉制品。 6、防静电工作鞋

进入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作鞋，防静电工作鞋应符合GB 4385的有关规定。一般情况下允许穿普通鞋，但应同时使用导电鞋束或脚跟带。 7、防静电运输车

转运SSD或含有SSD的整、部件时，应采用有防静电性能的运输车。 四、电子产品防静电器材基本配置

各种防静电器材基本配置见表2

配置部位 配置相目 器材名称 防静电元件存放架 静电识别标签

★ ★ 元器件待验

元器件检验及老化筛选 ★ ★ ★ ★ ☆ ★ ★ ★ ★ ☆ ☆ ☆ ★

☆ ☆

☆ ★ ★ ★ ☆ ★

元器件库元器件预设计工实房 ★ ★ ★ ★ ☆ ☆ ☆ ★ ★

☆ ☆ ★

★ ★

★ ★ ★ ★ ☆ ☆

处理 ★ ★ ★ ★

★ ☆ ★ ★

☆ ★

☆

☆

艺验室★ ★ ★ ★ ☆ ☆ ☆ ★ ★ ☆ ☆ ☆ ★ ★ ★ ★ ★ ☆

☆ ★ ☆ ★ ☆ ☆

装配 调试 机房 维修 外场维修运输

★ ★ ★ ☆ ★ ★ ★ ★ ☆ ☆ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★

★ ★ ★ ★ ☆ ★

★ ★ ★

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★

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☆

★ ★ ★

★ ★ ★

☆

★ ☆

★ ★

防静电元件盒(袋) 防静电桌垫 防静电地垫 防静电周转箱 防静电运输车 防静电工作服 防静电腕带 腕带监视器 导电鞋束 防静电工作鞋 防静电工作手表 防静电烙铁 防静电吸锡器

★

★ ☆ ★ ★

☆ ★

防静电印制板架 静电电压表

离子风静电消除器 防静电维修箱(包) 防静电海棉泡沫 防静电接大地线(带) 防静电工作区标志牌 防静电文件袋 抗静电剂（溶剂） 静电监测设备

★ ★ ★ ☆

注：★表示必须配置项目。☆表示需要时配置项目或局部区域配置项目

静电的主要来源

在实验室中通常碰到的典型主要电荷列于表A2。这些主要电荷基本上是绝缘体，并且是典型的合成材料。由于这些绝缘体上载有的静电荷不易分布在物体的全部表面上或传导到另一个接触中的物体上，所以所产生的静电电压平是非常高的。一些绝缘材料的导电性在高湿度条件之下在绝缘表面上通过吸湿而增加，即形成往往会在材料表面上分散静态电荷的一层轻微导电水气层。在典型实验室中从普通塑料上产生15000V并不是罕见的。表A3给出了在实验室中所产生的典型静电电压。根据这些静电电压电平按照关系式Ｑ＝CV（见二/2条）可求出物体上的相应电荷（Ｑ）。

物 体 或 过 程 工作表面

材 料 或 活 动

打蜡的、油漆的或涂漆的表面

普通乙烯基或塑料 密封后的混凝土

地板

打蜡的、油漆的木板 普通乙烯基砖或薄板 普通洁净室工作服

服装

普通合成纤维织物工作外套

非导电鞋纯棉1） 油漆的木制椅子

椅

乙烯基椅子 玻璃纤维椅子 普通塑料-袋、包皮、外套

包装和处置

普通气泡容器，泡沫材料

普通塑料盒，塑料搬运箱，小瓶，元件贮存器

喷洒式清洗器 普通塑料吸锡器

组装、清洗、测试和修理区

未接地的烙铁.刷子（人造硬毛） 用液体或汽体来清洗或干燥

烘箱.低温喷洒

热喷枪和风机.喷砂.静电复印机

典型的静电电压

静电电荷源

测得的电压（V）

10%--20%RH

走过地毯

在聚烯烃类塑料地面行走 工作台旁操作的工人 翻动聚乙烯膜封皮的说明书 从工作台拾起普通聚乙烯袋 垫有聚氨酯泡沫的工作椅

静电测量的主要参数 一、电荷量

静电的实质是存在剩余电荷。电荷是所有的有关静电现象本质方面的物理量。电位、电场、电流等有关的量都是由于电荷的存在或电荷的移动而产生的物理量。在科研院所、高等院校、检测站和工矿企业等部门经常需要测量物体的电荷量或电荷密度。表示静电电荷量的多少用电量Ｑ表示，其单位是库仑Ｃ，由于库仑的单位太大通常用微库或纳库： 1库仑＝1000000微库 1微库＝1000000纳库

在测量粉体带电及其荷质比，测量防静电服的性能时都要测量其带电电荷量。

测量物体的带电电量从原理上说可用法拉第简和静电计及静电电容测量，但这种方法测量繁琐，误差较大，而且对于非静电技术人员使用时更时因难。现有一种准确迅速测量物体电荷量的专用仪器－EST111数字电荷仪/EST112数字电量表。使用极为方便，受到广大科研单位和厂硫企业如全国各防静电服生产的好评。其使用单位有：西北纺织工学院、劳动部劳保科学研究所、北京科技大学、中国矿业大学等。

35000 12000 6000 7000 20000 18000

65%--90%RH

1500 250 100 600 1200 1500

二、静电电压

于在很多场合测量静电电位较容易，另一个常用的静电参数是静电电位，其单位为伏,但由于静电电压通常很高,因此常用一个较大的单位-千伏(kV)。

测量静电电压的仪表通常分为接触式和非接触式,对于测量有源带电体如静电发生器（高压电源）等的静电电压常用接触式，测量这类静电可用Ｑ－Ｖ系列静电表。但由于接触式仪器在与被测物体接触时会使带电物体的静电放电，而使而电荷量减少或使带电物体的电容增加，这两个因素都将使物体的静电电位降低，因而测出的结果与物体真实带电情况相差较大，所以这在测量许多物体的静电电压时更常用的方法是用非接触式静电电压表，这种仪表在测量时不与初测物体任何接触，因而对被测量物体的静电影响很小，常用的仪表有EST101型防爆静电电压表，这种仪表不但在一般场所能准确迅速测量出物体的静电电压，而且可在对防爆要求很高的场所使用，其重量轻、体积小，价格也很低，因而在国内得到广泛使用，如全军各油库、弹药、火工品、石油、化工、纺织、造纸、橡胶、印刷、计算机等行业等。其它的一些物理量还有电场强度。 静电的利与弊

我们知道，摩擦可以起电，摩擦后的正负电荷是被束缚在带电体上的，它不能象电线中的电荷那样定向移动。所以，人们称之为静电荷，简称静电。

静电的危害很多，它的第一种危害来源于带电体的互相作用。在飞机机体与空气、水气、灰尘等微粒摩擦时会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机无线电设备的正常工作，使飞机变成聋子和瞎子；在印刷厂里，纸页之间的静电，会使纸页粘合在一起，难以分开，给印刷带来麻烦；在制药厂里，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度；在放电视时荧光屏表面的静电容易吸附灰尘和油污，形成一层尘埃的薄膜，使图像的清晰程度和亮度降低；就连混纺衣服上常见而又不易拍掉的灰尘，也是静电捣的鬼。静电的第二大危害，是有可能因静电火花点燃某些易燃物体而发生爆炸。漆黑的夜晚，我们脱尼龙，毛料衣服时，会发出火花和\"叭叭\"的响声，这对人体基本无害。但在手术台上，静电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人；在煤矿，则会引起瓦斯爆炸，导致工人死伤，矿井报废。谁能断言1997年12月29日挪威油轮\"伊斯特拉\"号突然爆炸不是静电闯的祸?谁能肯定1990年震惊全国的哈尔滨亚麻厂车间爆炸不是静电火花引起的?

总之，静电危害起因于静电力和静电火花，静电危害中最严重的静电放电引起可燃物的起火和爆炸。人们常说，防患于未燃，防止产生静电的措施一般都是降低流速和流量，改造起电强烈的工艺环节，采用起电较少的设备材料等。最简单又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累。细心的乘客大概会发现，在飞机的两侧翼尖及飞机的尾部都装有放电刷，飞机着陆时，为了防止乘客下飞机时被电击，飞机起落架上大都使用特制的接地轮胎或接地线，以泄放掉飞机在空中所产生的静电荷。我们还经常看到油罐车的尾部拖一条铁链，这就是车的接地线。适当增加工作环境的湿度，让电荷随时放出，也可以有效地消除静电。潮湿的天气里不容易做好静电试验，就是这个道理。科研人员研究的抗静电剂，则能很好地消除绝缘体内部的静电.

然而，作何事物都有两面性。对于静电，只要摸透了它的脾气，扬长避短，也能让它为人类服务。比如，静电印花、静电喷涂、静电植绒、静电除尘和静电分选技术等，已在工业生产和生活中得到广泛应用。静电也开始在淡化海水，喷洒农药、人工降雨、低温冷冻等许多方面大显身手，甚至在宇宙飞船上也安装有静电加料器等静电装置。

美国联邦标准FS209的空气洁净度级别

级别名称

0.1um 0.2um

0.3um

0.5um

5um 容积单位 (m3) (ft3) ....... ....... ....... 247.7 7.00

容积单位 容积单位 容积单位 容积单位

33333333

国际单位 英制单位 (m)(ft) (m)(ft) (m)(ft) (m) (ft)

M1.5 m2.5 m3.5 M4.5 M5.5 M6.5

1 10 100

1240 35.3 265 7.50 106 3.00 35.3 1.00 1240 350 26500 750 1060 30.0 353 10.0 ... ...

26500 750 10600 300 3530 100 ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ...

气载微业洁净等级（ISO 14644-1）

35300 100

1000 ... ... 10000 ... ... 100000 ... ...

353000 1000 2470 70.0 3530000 100000 247000 700

ISO Classification Number ISI01 ISI02

3

Maxlmum Concentration limit(particles/Mof air) equal to or larger than considered sizes shown bolew

0.1um 10 100

0.2um 2 24

0.3um 10

0.5um 4

1um

5um

ISI03 ISI04 ISI05 ISI06 ISI07 ISI08 ISI09

1,000 10,000 100,000 1,000,000

237 2,370 237,000 237,000

102 1020 10,2000 102,000

35 352 3,520 35,5200 352,000 3,520,000 35,200,000

83 832 8,320

29 293

83,200 2,930 832,000 29,300 8,320,000 293,000

静电放电(ESD)控制大纲要求

防护材料类别

静电防护材料通常以其电阻率作为类别划分标志。分为静电导体（导静电）材料和静电耗散（耗散静电）材料。 早期有抗静电材料类别的提法 ： 1) 静电导体材料

指其表面或物体内部导电的材料，一般将表面电阻率小于或等于 1 × 10Ω /m或体积电阻率小于或等于 1 × 10Ω· cm 的静电防护材料划归静电导体材料类。其中，又将表面电阻率小于× 10Ω/ m或体积电阻率小于或等于 1 × 10Ω· cm 的材料定义为静电屏蔽材料，即静电屏蔽材料属于静电导体材料的一部分。 2) 静电耗散材料

指能快速耗散其表面或物体内部静电荷的材料。其所具有的电阻率范围一些标准规定不一，较多的标准（例如现行 MIL 标准和最近两年出台的 IEC 标准草案）规定，表面电阻率大于 1 × 10Ω / m但小于或等于 1 × 10Ω / m，或体积电阻率大于 1 × 10Ω· cm 但小于 1 × 10 Ω· cm 的静电防护材料为静电耗散材料。 3) 抗静电材料

有的标准，例如 1980 年版的美军标准 MIL-HDBK-263 ，将表面电阻率大于 1 × 10Ω / m但小于和等于 1 × 10Ω / m范围的静电防护材料定义为抗静电材料。许多常用材料事实上都在此范围之内，例如密胺薄层材料、高电阻的体导电塑料、干净棉花、硬质纤维板、本制品、纸制品等。 1991 年发布的修订 A 版，改变了这种划类方法，不再使用抗静电材料的概念。在国际电工委员会（ IEC ）有关防静电材料标准的讨论中，专家们比较倾向的意见认为“抗静电材料”这个概念比较笼统，主张不宜再用。 4) 绝缘材料

绝缘材料是指那些其电阻率超过静电耗散材料的上限的材料。绝缘材料不属于静电防护材料的范畴。由于它的划分与静电耗散材料连在一起，故有关标准也不太一致。较多的也较权威的现行标准的规定为，具有表面电阻率大于 1 × 10Ω / m，或体积电阻率大于 1 × 10Ω· cm 的材料属于绝缘材料。

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单元1：静电防护知识

1-1 概述

人们对静电现象并不陌生，当你看电视接触屏幕时会有电击麻木的感觉；当你脱下化纤外衣或毛衣时，可以听到“劈啪”的放电声，在黑暗中甚至会看见火花；你在日常

生活中所感觉到、听到甚至看到的其实就是静电在放电，大自然中的雷电实质也是一种强大的静电放电现象。

现在，静电已成了人们的亲密“伴侣”，对这种放电现象已经习惯，尽管它有时给人们带来不适，但这一切对人体来说并没有产生什么直接的危害。但对于电子设备而言却不同了，半导体器件的高密度、高增益对静电放电越来越敏感，MOS电路的击穿仅为100 V，而新的器件仅为30 V左右。静电放电的危害性及静电防护的重要性，在现代电子制造业，越来越被人们所重视。事实上，ESD有关的损害继续给世界的电子制造工业带来每年数十亿美元的代价。

1-2静电产生的原因

1-2-1 静电（Static Electricity）

我们知道，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，离开原来的原子而进入其他的原子B，A原子因缺少电子数而带有正电现象，B原子因增加电子数而呈带负电现象。这种物体表面所带过剩或不足的相对静止不动电荷，称之为静电。

引起静电的方式通常有以下几种： 1． 固体起电

-8

当两种物质接触时，其间距小于2.5x10cm时在其间即发生电子的转移，界面两侧出现大小相等，符号相反的

两种电荷，称为偶电层。使—个电子逸出物质所要求外界做的功称为“逸出功”，逸出功小的物质失去电子而带正电，逸出功大的物质获得电子而带负电。 2． 感应起电

它是导体在外部静电场作用下，在不同部位表面感应出不同符号的电荷。 3． 剥离起电

两个接触非常紧密的物质，在外力作用下突然分开，由于剥离的原因使物体带电。 4． 摩擦起电

摩擦起电不仅是因为物体间的紧密接触，还由于摩擦生热，热使离子（电子）的活性增加，容易向其他物体转移。 5． 粉体带电

1

粉体物料如面粉、奶粉、巧克力粉、硫磺粉，它们在粉碎、搅拌、筛选、输送、气流烘干、旋风分离等作业时，这些物料之间或与器壁之间的碰撞摩擦进行反复接触分离而产生静电。 6． 液体静电

液体在流动、过滤、搅拌、喷雾、喷射、飞溅、冲刷、灌注、剧烈晃动过程中也会产生十分危险的静电。 7． 气体带电

不含有固体颗料(粉尘)或液体的气体是不会产生静电的。但所有的气体，几乎没有不合固定或液体杂质的，哪怕是少量的。这些含杂质的气体，在压缩、排放、喷射、在阀门喷嘴、放气管等处极易产生静电。 8． 人体带电

人体带电主要有三种形式。一是接触分离带电，即人在活动中衣服之间，与外界物质之间的摩擦，鞋与地面接触分离。二是感应带电；三是吸附带电，当人体在具有带电微粒空间活动时，由于带电微粒被人体所吸附，使人体带电。 9． 飞沫带电

液体被分成细小液滴时所产生的静电现象称为飞沫带电，人们都有这样的感觉，在飞溅瀑布周围负离子的含量就多、空气新鲜。这是因为水是极性分子，水滴分裂时，水滴表面的偶电层被破坏的结果 10． 喷出带电

从横断面积较小的开口处向外喷出气体、液体或粉体时，由于压力大、流速快，这些物质在喷口处的而产生的带电现象。

综上所述，静电通常是由于两种物质相互接触分离、摩擦或电磁感应而产生的，静电电压的大小与接触表面的电介质性质、状态、接触面之间的压力、互相摩擦速度以及周围介质的湿度和温度有关。根据物质得到或失去电荷的难易程度，对引起静电物质作排序如下： 金属摩擦时的起电序列是：

(+)铝、锌、锡、铜、铅、锑、钳、黄铜、汞、铁、铜、银、金、铂、钯、MnO2、Pb0(—)。 非金属的带电序列是：

(+)玻璃、头发、尼龙、毛、丝绸、人造丝、奥纶、棉织品、纸、聚苯乙烯、聚酯、聚丙烯脂、硫、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯(—)。

需要说明的是，在同一静电序列中，前后两种物质紧密接触时，前者失去电子带正电，后者得到电子带负电。

某些外界因素对静电产生的影响非常大，最主要的要数人体和湿度了： 1．人为因素

由于人在不停地运动,人的身体很容易带上静电荷；人的皮肤、头发和身体这样的绝缘材料会储存相当大数量的静电荷；由于人在操作，会将人体的静电传输（发射）电荷到元器件或设备上。

2． 低湿度（空气干燥）

湿度对静电的积累和消散的影响很大，湿度较低时，静电电位高，湿度较高时，静电电位低。这主要因为湿度较高时，绝缘材料表面吸附了水分子(有时还有导电杂质)而降低了绝缘，便于静电泄漏。不同物质受湿度影响不同，吸湿性大的，容易被水份润湿，受湿度影响较大；吸湿性小，受湿度影响也小。如玻璃表面，易被水润湿，而石蜡、聚四氟乙烯等不易被水润湿的物质，受湿度的影响较小。 3．所接触的材料类型

不同的材料产生静电的大小不一样，特别是合成材料、普通塑料和绝缘体更容易产生或存储静电。

2

1-2-2 静电放电ESD

所谓静电放电（ElectroStatic Discharge），指具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电感应引起物体间的静电电荷转移。这是在静电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象。

通常，电荷在两种条件下是稳定的：

1. 当它“陷入”导电性的但是电气绝缘的物体上，如，有塑料柄的金属的螺丝起子。 2. 当它居留在绝缘表面(如塑料)，不能在上面流动时。 可是，如果带有足够高电荷的电气绝缘的导体(螺丝起子)靠近具有相反电势的物体（如集成电路）时，由于电荷“跨接”，则引起静电放电(ESD)。

研究表明，当静电电压为3KV左右时，人体即有明显的电击感。静电电击不是电流持续通过人体，而是由静电放电造成的瞬间冲击的电击，电击的严重程度决定于电流大小、通过时间、通电途径、电流种类以及人体特征、人体健康状况和精神状况等。人体静电放电的能量在一定程度上取决于人体电容的大小、人体电容与人体位置、人体姿势、鞋、地面等情况有关。 下面是ESD与人体反应的关系 ：

静电电压 >3000V >4000V >5000V

人体反应 感觉到 听到 看到

1-3 静电在电子工业中的危害

1−3−1 静电的危害

静电放电对人体的影响似乎并不明显，但在电子元件的生产过程中，或在电子产品的安装、调试及检验过程中，如不消除静电，将会影响生产或降低产品质量。尤其是半导体器件和微电路生产行业，由于静电放电更会引起器件失效。其原因如下：

1．人在地毯上行走，在工作台上工作，操作普通材料等活动都会产生上千伏的静电。如果静电电压的聚集产生火花放电，电子元件、印刷板组件和其它电子组件会受到破坏或损坏； 2． 随着科学技术的飞速发展，电子、邮电通讯、航天航空等高新产业的迅速崛起，尤其需求电子仪器仪表和设备等电子产品日趋小型化，多功能及智能化。高密度集成电路已成为电子工业对上述要求中不可缺少的器件。这种器件具有线间距短、线细、集成度高、运算速度快、低功率、低耐压和输入阻抗高的特点，因而导致这类器件对静电越来越敏感。静电放电（ESD）的能量，对传统的电子元件的影响甚微，人们不易觉察，但是这些高密度集成电路元件中，不论是MOS器件，还是双极型器件都可能因静电电场和静电放电电流引起失效，或者造成难以被人们发现的\"软击穿\"现象，给整机留下潜在的隐患，直接影响着电子产品的质量、寿命、可靠性和经济性。

3． 电子零件在搬运过程中由于摩擦、振动或冲击，也会受到ESD损害。 1-3-2 ESD引起的损害形式

静电放电引起的元器件击穿损害是电子工业最普遍、最严重的静电危害，它分即时失效和延时失效。

即时失效是一次性造成元器件介质击穿、烧毁或永久性失效；

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延时失效是造成器件的性能劣化或参数指标下降，也就是说即使产品已经通过了所有的检验和测试，仍然有可能在送到客户手中后失效。 下面是引起失效的的几种情况

1．对P/N结造成软击穿，产品可靠性下降

2．芯片内单晶硅金属镀模击穿，产品废品率上升

3．芯片内引线击穿使产品费品率上升

1-3-3电子元件与ESD电压损害的关系

不同的器件对静电放电(ESD)敏感程度不同。这种差别是由于器件的设计和掺入器件内的杂质成分不同而造成的。下表是常见的元件类型与ESD电压损害的关系 元件类型

损害电压（V）

VMOS 30——1800 MOSFET 100——200 EPROM 100——1500 JFET 140——7000 OP AMP Shottky Diode Bipolar Transistor Shottky TTL

190——2500 300——2500 400——7000 1000——2500

CMOS 250——3000 Resistor 300——3000 SCR 700——1500 HCMOS 700——1500 ACMOS 350——2000 BCL 500——1500

从上表可以看出，VMOS器件是对静电较敏感的器件之一，通常将这类器件称为静电敏感元件（Static Senstive Device 简称SSD）。将30V称为静电安全电压。

1-3-4典型的静电源

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人是电子产品生产工作中的主体，由于人体的不停运动，加上人与地板、衣服等其他物体之间的摩擦、接触与分离，是主要的静电源，人体因各种活动而产生的静电电压约0.5—2KV，在湿度较低的环境中，其静电电压会增加10多倍，下表是人体活动与产生静电电压的关系：

来源

地毯上行走 聚乙烯聚地板上行走 工作椅上的人员

聚乙烯封套（作业指导书） 工作台面上拿起塑料袋 有泡沫垫的工作座椅

湿度10%—20% 35000V/m 12000V/m 6000V/m 7000V/m 20000V/m 18000V/m

湿度65%—90%

1500V/m 250V/m 100V/m 600V/m 1200V/m 1500V/m

除人体之外，工作台面、地板、座椅、包装材料及操作工具等都是静电产生的主要来源，下表是几种主要的静电源：

工作台面 地板

打腊、粉刷或清漆表面 未处理的聚乙烯和塑料玻璃 灌封混凝土 打腊或成品木材 地瓷砖和地毯 非ESD防护服 非ESD防护鞋 合成材料 头发 成品木材 聚乙烯类 玻璃纤维 绝缘车轮

塑料带、包、封套 泡沫带、泡沫塑料 苯聚乙烯泡沫塑料

非ESD防护料盒、托盘、容器 高压射流 压缩空气 合成毛刷

热风机、吹风机 复印机、打印机

服装和人员

座椅

包装和操作材料

组装工具和材料

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1.4防静电解决方案

1-4-1 静电防护材料的种类

静电防护材料通常有三种，即静电屏蔽材料、抗静电材料和静电消散材料： 1．静电屏蔽材料

静电屏蔽材料可防止静电释放穿透包装进入组件引起的损害。 2．抗静电材料

抗静电材料可作为SSD器件廉价的中转包装或暂存使用。抗静电材料在使用中不产生电荷。但是，如果发生了静电释放，它能穿透包装进入组件，导致SSD元件的EOS/ESD损害。 3． 静电消散材料

这类材料具有足够的传导性，使电荷能通过其表面消散。离开EOS／ESD防护工作区域的部件必须使用静电屏蔽材料包装，在其材料内部通常也有静电消散材料和抗静电材料。

1-4-2 静电防护的方法

自然界的所有物质都是由原子组合而成，原子中的质子（正电荷）与电子（负电荷）存在于我们生活中每个角落，可以这样说：静电是无处不有，无时不在，时时刻刻存在在我们生活中的一切周围。在静电防护过程中打算将静电完全消除是困难的，但是我们可以采取防护措施，将静电的产生与积聚控制在最小的限度之内。 在电子产品生产中，主要从两个方面进行静电防护，即防止静电的积聚和对已积聚的静电进行泄放，常用的静电防护方法有：

1．接地法：接地能消除导体上的静电．接地电阻100D 51即可。绝缘体直接接地反而容易发生火花放电，这时宜在绝缘体与大地之间保持106一I 0951的电阻。带电物体的接地线必须连接牢赢．避免折断处产生火花。

2．泄漏法：采取增湿措施，就是增加空气的湿度．绝缘体表面湿度随之增加，降低了绝缘体的绝缘性，增加静电电荷通过绝缘体本身的泄放，相对湿度在70％以上为适宜。如果采用抗静电强加剂消除静电、效果更为显著。也可采用电橡胶或喷涂导电塑料的办法．效果也很好。

3．静电中和法：设法将静电荷中和掉．主要采用感应中和(消电器)．外接电源中和器和离子风中和法等。

4．工艺控制法：改革工艺，控制静电积累，应从工艺流程、材料选用、设备安装和操作管理等方面采取措施加以控制 5．消除人体带的静电：应穿用导电纤维制成的防静电工作服和导电橡胶做成的防静电鞋等。

1-4-3 常用静电防护器材 1．防静电工作台

防静电工作台能防止在操作时尖峰脉冲和静电释放对于敏感元件的损害。安全工作台应具有对于EOS损害的防护功能，并能够避免在维修、制造或测试设备上产生尖峰脉冲。烙铁、吸锡器和测试器具能产生足以完全破坏敏感元件或使其降级的电能。

IPC-A-610C推荐的放静电工作台接地方法如图

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2．防静电服

防静电服用不同色的防静电布制成。布料纱线含一定比例的导电纱，导电纱又是由一定比例的不锈钢纤维或其它导电纤维与普通纤维混纺而成。通过导电纤维的电晕放电和泄漏作用消除服装上的静电。由于不锈钢纤维属金属类纤维，所以，由它织成的防静电布料的导电性能稳定，不随服装的洗涤次数而变化。

3．防静电鞋、脚筋带

人体是最普遍存在的静电危害源。对于静电来说，人体是导体。因此，要消除人体静电最简单的办法是对人体采取接地的措施。穿防静电鞋并使用防静电地面（防静电地垫、地毯等）和防静电袜、防静电鞋垫等，能使静电从人体导向大地，从而消除人体静电。因此，要形成人体与大地导通静电的通路，鞋、地面、袜、鞋垫等必须全是防静电的，才能使消除静电的措施有效。

静

4．防电腕

带

腕带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，主要指标是：

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弹簧软线最大长度250cm；泄漏电阻10－10Ω(保护电阻10Ω）；静电电位衰减到100Ｖ以下的时间小于0.1s

5．防静电地垫

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6．防静电手套、指套

7．防静电上下料架、周转箱

8．防静包装袋

静电屏蔽材料(袋)：该种材料由基材、全属镀膜层和热封层多层复合而成。具有自身“不起”静电和能屏蔽外界静电,防水蒸汽渗透的多功能包装材料。 防静电屏蔽材料(袋)性能优于或符合GJB2605-96和

MIL-B-S1705C和电子行业标准要求等有关标准规定的各项性能指标要求, 它具有防静电、防射频、防水蒸汽渗透的包装材料，其厚度为100-150un的可热封软包装材料。

9．离子风机

离子风静电消除器是将电离了的空气输送到较远的地方去消除静电的一种静电消电器。其主要由电晕放电器、高压电源和送风系统组成。

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它是根据尖端放电和正负电“中和”原理设计制造的。它可消除绝缘材料及物品上的静电。按仪器释放出的离子极性分双极性和单极性离子消电器。双极性离子消电器对正负电荷均有消电作用。离子风静电消除器的作用距离大。

10．接地工具

防静电接地就是通常所说的静电泄漏．就是将静电防护材料或导体上积聚的静电荷用某些导静电方式将其泄漏到大地或者一个表面积足够大的悬浮接地导体上，由于静电电量和泄漏电流都比较小，所以可以认为静电防护材料和导体与大地之间的电阻不超过1MΩ(亦称安全电阻)都可以认为是静电接地。对于静电接地电阻，国标GBl2158。如规定：静电导体与大地的总泄漏电阻通常不应大于1MΩ。

电子工业防静电接地有软接地和硬接地之分。软接地是指地线串接阻值较高的电阻器(电阻值一般取1MΩ)后再与大地相连，软接地的目地在于将对地电流限制在人身安全电流5mA之下。硬接地是指将地线直接接地或通过一低电阻接地。—般情况，硬接地用于静电屏蔽或仪器、设备、金属体的接地，而防静电接地较少应用。 11．焊接设备

焊接设备主要包括电烙铁、吸锡枪等对电烙铁要求，电烙铁的热头与地之间的电阻应＜2Ω，电烙铁的热头与地之间的电位差＜2mV(有效值)。局部区域可采用电离器，中和静电的能力应＞250V／s。设施的接地系统要符合要求。

1.5生产中的防静电操作措施

.1-5-1 静电警告标识 ¾ESD敏感符号

用于表示容易受到ESD损害的电子电气设备或组件

¾ESD防护符号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

1-5-2 生产前准备工作：

1 进入生产车间前必须穿防静电工作服

2. 直接接触元器件、电路板等操作人员应带好接地环（手腕带/脚腕带）

3．带通过仪器测试以检查防静电腕是否完好，手腕带/脚腕带与身体是否良好接触 4．检查ESD装备是否完好

1-4-3 操作过程中注意事项：

1.拿元件前双手触摸工作台面，使手上的静电通过防静电台面传输到大地 2．将器件引脚向下放在消散静电的台面上 3．不要在任何表面上拖动或滑动 4．抓住集成块的身体，而不是引脚

5．非导体应与静电安全工作区保持1米以上的距离

6．只有在静电安全工作区才将元器件及电路板从防静电包装盒中拿出 7．将静电敏感元器件放在抗静电容器内或包装盒中 8．将搬运次数减少到最低限度

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1-6实训：静电防护系统的认识

目的：认识常见的静电防护器材及相关设备。

设备与器材：静电测试仪、防静电服、腕带、脚环、指套、静电包装、运转材料等。

内容：

1． 用静电测试仪测试各种材料所带静电的值，并比较在常态及摩擦后电压值的变化。 2． 认识各种静电防护器材，如防静电服等。 认识各种静电包装、运转材料，区分静电屏蔽材料、抗静电材料及静电消散材料的异同。

1． 静电如何产生的？

2． 哪些外部因素影响静电？

3． 静电对电子装配产生什么样的影响？ 4． 工厂防静电有哪些措施？ 5． EOS与ESD有什么异同？ 6． 静电包装材料有哪些？

7． 生产前及操作过程中防静电应注意哪些事项？ 8． 常见的静电源有哪些？

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第3章静电引发的设备破坏问题静电破坏是怎么回事？静电破坏是静电放电（ESD)引起的故障之一。例如，众所周知，IC等电子部件被静电破坏的现象是静电破坏的典型例子。由于是人体感觉不到微弱的静电，因此其特征是在不知不觉间引起了静电破坏。■静电破坏的事例【半导体、液晶、电子仪器产业领域】（１）半导体电路的破坏、特性变差、出货后不良等（２）液晶液晶的破坏、晶体管的破坏等（３）电子仪器装置的破坏、电路的误动作、设备的误动作,动作停止等众所周知，半导体（IC、FET、高频装置等）部件是非常敏感的，容易被静电破坏。佩戴着静电环的人体带电的IC接触！静电环静电破坏要点!接触时，大量的放电电流流过装置的电路。12第3章静电引发的设备破坏问题引发静电破坏的原因作为静电破坏的原因，被认为有：①作业人员②装置类③半导体元件。①作业人员（从人体向装置放电)人体带电模式（HBM）装置带有静电的人手接触到装置的导线部时，因静电放电使装置带电。装置接地后，电路中流过放电电流，发生静电破坏。手电流②装置类（从装置向装置放电)机器模式（MM）导电体装置的导线部接触到带有静电的金属性装置等导电体时，因静电放电使装置带电。装置接地后，电路中流过放电电流，发生静电破坏。电流③半导体元件（装置自身带电引起的破坏）装置带电模式（CDM）－－－－－－－－＋＋＋＋＋电流装置自身摩擦后带电，使电路或导线部的导电体产生静电感应。在此状态下接地后会引起静电放电，从而引发静电破坏。13第3章静电引发的设备破坏问题静电破坏的原理静电放电发生时，大电流瞬间流过IC电路。该电流使电路的熔化，从而使装置发生不良情况。■静电破坏的实例因静电破坏，使布线图形上产生电桥。一般来说，布线材料铝的熔点是660℃、铜的熔点是1083℃。(参照右下图表)在静电放电的瞬间，电路产生3000℃以上的热量。因此，超过了熔点的铜和铝等布线熔化，从而产生了电桥。该布线引起短路或断线，使电路发生故障。这就是静电破坏的原理。近年来，由于产品的小型化和薄型化，使电路变得微小化，布线之间的间隔很短，这也是导致静电放电的一大因素。布线材料的熔点和放电时的发热量放电时的温度铜的熔点铝的熔点660℃1083℃3,000℃～※铝和铜是普通的布线材料要点!静电破坏时，布线越细，越容易产生低电压。要点!把电子部件的静电控制在100V以下，这是一般的静电对策。14第4章各种各样的除电方法除电是指去除电子吗？“除电”与“去除静电”是不同的概念。正如“静电是什么？”一章中所述，“静电的产生是指物质内部的正负平衡崩溃后发生的偏向于一方的不稳定状态”。因此，要使这种不稳定的状态变成稳定的中和状态，这就是“除电”。■除电的原理－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋带＋电带电0中和电子不稳定的状态15第4章各种各样的除电方法导电体的除电方法导电体也带电。如前所述，即使不接触物体，导体也会带电。但是，由于电子能流过导电体，因此通过接地就可简单地除电。(参照“单纯由导体引起的静电感应”) 下面，对于制造现场的典型导电体①机械(装置)结。①机械(装置)的除电使机械接地就可简单除电。②作业人员(人体)的除电使用静电环、导电鞋等就可除电。③工作台的除电使用导电垫子就可除电。②作业人员(人体)③工作台的除电方法进行总静电环导电垫16第4章各种各样的除电方法用静电环就可轻松除电与导电地板和导电鞋一样，只要套在手上就可简单除电的静电环(照片①)经常被当作轻松廉价的静电对策来使用。人体的静电通过静电环就可接地，使人体总是保持在0V的状态。使用静电环时必须注意以下几点。●请定期检查静电环是否接地。●检查时请使用专门的测试器。只要在戴上静电环的状态下触动测试器就可确认静电的状态(插图①) 。●即使静电环的布线正确，人体流出的汗水变成干燥的盐分粘附在静电环上后，就会从接地变成绝缘的状态。照片①插图①其实，仅仅这样做，作为轻松廉价的静电对策来使用的静电环还是不能确保万无一失。正如“静电破坏是怎么回事”一章所说明的那样，即使利用静电环使人体的静电保持在0V，如果对象物带电，因静电放电还是会引起静电破坏。仅仅对象物带有静电是不会破坏装置的，但是，与人接触的瞬间就会放出静电，就有可能导致破坏。因此必须对对象物装置采取除电对策。17第4章各种各样的除电方法绝缘体的除电方法不能流过电子的绝缘体用接地的方法除电是无效的。一般来说，①用防止带电的喷雾剂来除电②通过控制湿度来除电③用静电消除器来除电。①用防止带电的喷雾剂来除电在绝缘体的表面形成一层导电体的覆膜，使电子流过，象导电体一样进行除电。将防止带电的喷雾剂喷射到绝缘体的表面，形成一层界面活性剂的覆膜。（图1）该界面活性剂吸收空气中的水分后就可使电子流过。但是，这种方法只不过是一种简易的静电对策。虽然具有轻松简单的优点，但持续效果不长，还会对工件产生坏影响，因此必须加以注意。绝缘体界面活性剂的覆膜防止带电的喷雾剂图1②通过控制湿度来除电冬天容易引起静电，这是由于湿度的影响。湿度高时，即使产生静电，由于向空气中富含的水分放电，因此静电不会残留。但是，在干燥的湿度较低的冬天，空气中的静电不会放电，由于人体和物质带电，就会经常引发静电。利用这种自然现象的除电对策就是通过控制湿度来除电。据说，静电自然放电的起始相对湿度为65％。通过控制湿度来除电，是在静电发生的瞬间使其放电，其优点是营造出静电不带电的环境。另一方面，它的缺点是：控制所有环境是很难做到的，引进设备的成本较高，高湿度会产生霉菌，作业人员感到不舒适等。18第4章各种各样的除电方法用静电消除器除电静电消除器又被称作静电去除装置，将离子气喷射在对象物上，缓和对象物的带电状态，从而去除静电。静电消除器有4种类型：电晕放电式、放射线方式、软X线方式、紫外线方式。高压电源■电晕放电式静电消除器的除电原理通过从电极放出电子的电晕放电来产生离子，使带电物的静电中和，这就是电晕放电式除电。这种类型的静电消除器的结构由“接地”、“高压电源”、“放电针”这3个部分组成。(图1）除电的原理如下。1.2.从高压电源向放电针施加3kV以上的高电压，从放电针的尖端产生电晕放电。电晕放电后，放电针周围的空气被电性分解，从而产生离子。此时，施加正电压后，产生正离子（图2），施加负电压后产生负离子（图3）。将该离子施加到带电物后静电被中和，即进行了除电。＜施加＋的高电压时＞产生正离子接地电极针图1＋＋电极针＋＋＋图23.＜施加－的高电压时＞产生负离子电晕放电式静电消除器的除电效果高，但另一方面，与防止带电的喷雾剂相比价格高，引进的成本较高，这是它的缺点。19－－电极针－－－图3