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工厂如何消除静电与防止静电实践经验

		点击数：	更新时间： 2023年05月08日
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静电控制

静电的概念
ESD Basic Knowledge  ESD基础知识

静电就是静止的电荷，就是物体表面有多余
    的电荷（正电荷或负电荷）存在。
静电产生有三种方法：
摩擦
相接触的两个物体发生分离
静电感应产生静电
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静电产生的物理解释
结果：带正的静电荷
结果：带负的静电荷
相接触的两个物体发生分离
ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
Page 2

ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
   什么是ESD？
 ESD 就是静 电 泄 放 
（Electronic Static Discharge）
带有静电的物体靠近或接触另一物体，只要它们之间存在电势差，就会发生静电荷传递。这种静电荷传递过程我们称之为静电泄放。当这种静电荷传递的过程强度足够大，大到可以损坏我们的产品，我们就称之为ESD事件。
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任何物体都可以产生静电 ！
Everything can be come Charged ！
ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
      什么物体可以产生静电 ？
  在我们的工作区域所有物体都可以产生静电!
手推车，椅子，机械手，粘胶带，周转箱和其它物料输送物品
人体，手套，净化室用抹布，净化室用太空服，普通衣服
工作台表面，CRT电脑显示器，手动工具，纸，笔记本，文件夹，笔
墙壁，地板，酒精瓶，
ESD 包装，非ESD 包装 
等等都可以产生静电。

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ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
      什么样的材料是防静电材料？
对于硬盘产品生产，表面电阻小于1x109Ohms 
的材料是理想的ESD材料。
3. Insulator      绝缘材料
2. Dissipative 静电消耗材料
Conductive 导体材料
105 Ohms /

1011 Ohms /

1 产生静电少                   2 静电可以通过接地消除        （但消除速度很快）        3 可以接收的ESD材料
1 产生静电较少                   2 静电可以通过接地消除        （消除速度适中）           3 理想的ESD材料
1 产生静电很多                   2 静电不能通过接地消除                （消除速度特别慢）           3 非ESD材料
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ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
   ESD的危害
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人体对大于3000V的静电才有感觉！但是……
磁头
PCB/PCC电路板
梳头发
撕贴胶带
走路

对于ESD我们应该统一认识，并加以提高
ESD 是 隐 藏 的 敌 人
ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
     ESD 是隐藏的敌人
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听到
5000V
感觉到
3000V
看到
8000V
电子元件
受损
100-500V
针对我们的Arm产品,安全静电电压是 < 100V !

ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
     ESD 如何损害我们的产品
大量的静电荷在存在电势差的物体（人或机器）与产品之间快速传递，短时间内产生很大的电流（远远超过产品可以承受的电流）重则损毁电路，造成产品不能使用；轻则使电路过热受到损伤，影响产品的寿命和可靠性。
被ESD损毁的产品
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使电子元件受损的潜在缺陷占90%  在厂内很难被发现
	电子元件即时失效只占10%
   在厂内可被发现

ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
     决定静电产生多少的因素
决定静电产生多少的因素主要有：
1 材料的导电性能：导电材料和静电消耗材料产生比较少的静电，绝缘材料产生很多的静电。
2 环境相对湿度对静电的产生有很大的影响，相对湿度大（空气潮湿）静电产生就少，ESD的
   问题就少。反之，相对湿度小ESD的问题就多。 
3 ESD地板， ESD安全的鞋（包括太空服）及腕带 的使用对于降低人体产生的静电也是非常
   有效的。另外在地板上走动比不走动产生更多的静电。
                                                                                   
		    
1 在地 毯上走路
2 穿普通鞋在ESD地板上走路（不使用腕带）                              
3 穿ESD安全的鞋在ESD地板上（使用腕带 ） 
5 摩擦绝缘材料	
35000V          8000V	   1500V
10000V          4000V	   200V
50V                10V	   0V
环境相对湿度
10-20%RH   40-50%RH    70-90%RH
4000V            1500V	   300V
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ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
     ESD 如何损害我们的产品
ESD 损坏的方式

直接的方式

间接的方式
1. 金属（小电阻）接触
带静电的物体接触产品 (HBM)
物体接触带静电的产品 (CDM)

2. 电路
热拔插
带电测试
静电感应
不直接接触

电磁干扰（EMI）
不直接接触
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降 低 成 本
  提 高 产 品 质 量
  客 户 满 意
  增 加 利 润
ESD Basic Knowledge  ESD基础知识
     ESD 防护的好处
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ESD Control ESD控制
我们如何控制ESD？
Three fundamental principles
三个基本的控制原理
-- Ground/Bond all conductors ( 为所有导体进行接地处理。注意：人也是导体）
-- Control Charges on Nonconductors ( 控制容易产生较多静电绝缘材料）
-- Use protective packaging for transit and storage ( 在产品运输和存贮过程中使用ESD防护包装）
ESD 控制  =  Man ( 人 ) + Machine (机 ) +Material (料 )+Method(法 )+ Environment( 环 )
Man ( 人 )
--手腕带 ，ESD鞋，ESD椅子,衣服 … 
Machine ( 机  )
-- 接地，控制静电电流
-- 消除 / 屏蔽 电磁干扰和交流电场
Material ( 材料 )
-- 使用导体材料
-- 尽量使用静电消耗材料
-- 使用 ESD地板，ESD桌垫
-- 不用或尽量少用绝缘材料
Method ( 方法 )
-- 预防 （创建ESD安全的环境）
-- 保护 （保护对ESD敏感的产品或零部件，避免金属小 
                  电阻接触 ）
-- 屏蔽 （对非ESD安全的物品进行法拉第或距离屏蔽 ）
-- 消除 （通过接地，离子化消除产生的静电）
Environment ( 环境  )
-- 温度 / 湿度控制
-- 局部使用离子风机
-- 员工 ESD培训
-- 管理
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ESD Control ESD控制
   ESD安全区域和ESD风险等级
 -- 处理对ESD敏感的产品必须在ESD安全区域（ ESD Safe Area)内进行。
 -- 在ESD安全区域处理对ESD敏感的产品，必须依照ESD安全处理程序进行。
 -- 没有进行必要的ESD防护，不允许进入ESD安全区域。
           ESD敏感产品的处理工序依照产品的特点和可能
   造成的ESD损坏划分为四个ESD风险等级：
1A 级  -- 特别高的ESD风险
1 级     -- 很高的ESD风险
2 级     -- 较高的ESD风险
          （ 以上级别只用行磁头和硬盘生产工序）
3 级     -- 高的ESD风险 （硬盘生产Drive Top Cover安装到位以后
             工序PCCA / Hook up Die /  IC 安装，焊接及通电测试工序）
4 级     -- 中等的ESD风险 （PCCA ，Hook up 一般工序）
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静电防护安全区域（ ESD Safe Area)
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ESD Control ESD控制
   ESD控制 --- 接地
两种可用的接地系统

L
N
E

产品
ESD垫子
机器或夹具
ESD腕带
ESD地板
ESD鞋
工作台
ESD净化服

L
N
E

产品
ESD垫子
机器或夹具
ESD腕带
ESD鞋
工作台
ESD净化服
ESD接地铜排
ESD地板
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ESD Control ESD控制
   ESD控制 --- 接地

产品
ESD垫子
机器或夹具
ESD腕带
ESD鞋
工作台
ESD净化服
ESD地板
人体通过ESD净化服、ESD鞋及ESD地板接地接地电阻通常在 1x10e8~ 1x10e9欧姆,这时人体的静电电位在500V以下。
人体通过ESD腕带接地，接地电阻可以确保在 1x10e6~ 1x10e7欧姆，可以确保人体的静电电位在10V以下。
机器或夹具等金属物体通过接地线接地，接地电阻通常小于10欧姆，可以将机器或夹具等金属物体上产生的静电随时导向大地，减少静电对产品的危害。
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针对我们的Arm产品,安全静电电压是 < 100V !

ESD Control ESD控制
接地是针对导体材料进行ESD控制最简单最有效的方法
人员接地
腕带
太空服，太空鞋，防静电手套
防静电服装，防静电鞋
设备接地
对生产流水线必须进行硬接地，流水线的输送皮带必须是金属或ESD材料。
工作台应使用金属台面或ESD桌垫台面，并对工作台面进行硬接地。
贮存ESD敏感产品或零部件的架子和手推车必须满足ESD软接地要求。
设备 / 工具通过轴承或气缸联接的接触ESD敏感产品部分应考虑另接接地线接地。
设备 / 工具接触ESD敏感产品的部分不得使用绝缘材料，应使用金属或ESD材料。并至少满足ESD软接地的要求。

硬接地 – 指使用接地线对导体材料进行接地，金属硬接地，对地电阻应小于 10 欧姆。
软接地 – 指不使用接地线的接地 ，对地电阻（RTG）应小于 1X10^9 欧姆。
   ESD控制 --- 接地
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ESD Control ESD控制
   ESD控制 -- 粘胶带
-- 粘胶带的使用必须控制到最少，如果必须使用，应使用 ESD 安全的胶带如：3M 40 或42 。
-- 对非ESD 安全的胶带，在撕胶带，贴胶带和揭胶带时应考虑在离子风机下进行或远离产品
   12英寸以外进行。
-- 维修设备，联接电线等禁止使用粘胶带。
ESD胶带
撕贴胶带会产生很高的静电，由于胶带是绝缘材料，产生的静电可以保留较长时间。不是生产工艺必须的胶带必须从工作台上拿走，严禁使用胶带来固定物体或电气维修。
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ESD Control ESD控制
   ESD控制 -- ESD安全物料
PE 袋

ESD  Tray

非ESD材料 Tray

普通纸、计算器、普通胶带

零部件料盒
ESD 材料的文件夹
ESD 材料的椅子
净化纸 &amp;amp; 许可的笔
拉圾筒
ESD 屏蔽包

保持非ESD材料与我们的ESD敏感产品12英寸以上距离   
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ESD Control ESD控制
   ESD控制 --- 离子化
对绝缘材料接地并不能消除所带的静电，要消除所带的静电需要使用离子风机。离子风机的作用是在局部形成离子平衡的环境，它产生的离子可以在较短的时间内中和目标物体上多余的电荷。
风扇很脏不但有Contamination 的问题，影响离子产生，同时由于有大量 Particle 存在，反而会带来ESD 问题。--应定期（每周）用IPA对风扇和发射针进行清洁。（工程部/设施部执行，QA核查）
有维护标签，一要定期对风机校准，二要定期进行清洁维护。
指示灯亮（表示在工作）,应打到>60%最大风速。
高度18-24 Inch
产品区域
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ESD Control ESD控制
   ESD控制应该做到
1） 在ESD安全的工位处理对ESD敏感产品。
2） 在处理对ESD敏感产品之前戴上腕带，防静电手套。
3） 对所有金属设备和工具进行接地处理。
4） 让ESD敏感产品与绝缘材料最少保持12英寸（约30公分）的距离。 
     （如果对产品进行了保护如：产品放在ESD包内，放在 盖上盖子的ESD 安全
       物料盒内；如果对绝缘材料进行了屏蔽或使用了离子风机，ESD敏感产品与
       绝缘材料之间不受这个距离的限制。）
5） 总是保持工作区域干净整洁，拿走不必要的物料，特别是拿走不是生产必需
       的普通塑料制品，纸制品及个人物品。
6） 对ESD敏感产品可能接触的设备部件， 测量设备接地，确保牢固有效安全。
7） 不要用金属物体接触对ESD敏感产品的暴露的输入电路，减少对ESD敏感产
       品不必要的接触。
8） 服从ESD敏感区域，ESD安全纪律要求。
9） 如果你对ESD有不清楚的可以联系本地ESD控制部门。
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ESD Control ESD控制
ESD公式
Q + M = ESD
“Q”      : 在产品或零部件，工具或其它物体（包括人体）上的 静电荷
                  （通常是由于摩擦或者是静电感应产生的）
“M”     : 与产品或零部件暴露的输入电路进行小电阻的金属联接。
“ESD”  : 短时间内的大电流损坏产品或零部件，造成 ESD损坏
没有金属联接:                          Q + M = ESD            没有ESD损坏
没有静电荷    :                          Q + M = ESD            没有ESD损坏
没有静电荷和没有金属联接:      Q + M = ESD            没有ESD损坏
用这个公式来帮我们理解如何解决ESD问题
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ESD Control ESD控制
ESD公式
消除金属联接（M）:  Q + M = NO ESD
 避免金属联接的方法：
设计工具，使暴露的电路不能接触工具的金属表面
在工具的表面使用ESD消耗材料（ESD垫子等）
暴露的电路
好
好
不好
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ESD Control ESD控制
ESD公式
  为导体进行可靠的接地（对固定金属导体：接地电阻< 10 ohms ,对移动导
   体，ESD材料或不可以接地的导体：接地电阻< 1X10^9 欧姆。）

减少或消除摩擦、撕粘胶带等等所有可以产生静电的操作。

如有必要，使用离子风机消除绝缘材料上的静电。

从工位上拿走不是生产必须的绝缘材料。

对于生产工艺必须的绝缘材料和ESD敏感的产品，保持安全距离（12英寸
   以上）。
减少或消除静电荷 （Q）:        Q + M = NO ESD
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ESD Control ESD控制
ESD公式
  很多人首先试着只是控制 Q ( 静电荷 ) 
  但消除M ( 金属联接 ) 通常是最廉价的，最容易的，从长期来说也
   是最有效的解决办法。
  聪明的做法是把控制 Q ( 静电荷 ) 和消除M ( 金属联接 ) 结合起来
这取决于在每个工艺过程中哪一种方法最容易，最廉价。
  你必须不断改善和优化你的工艺过程，否则ESD的问题将继续困
   惑着你!
Q + M = ESD
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ESD Control ESD控制
电子元器件与 鸡蛋 – ESD 控制思路
 电子元器件就像鸡蛋，电子元器件对ESD十分敏感就像鸡蛋从高处落下很容易摔坏。
 电子元器件带有静电就像一个被举高的鸡蛋
 不是高度摔破了鸡蛋，而是高度的突然改变（摔下鸡蛋）摔破了鸡蛋。
 不是高的静电电压损坏了电子元器件，而是静电电压的突然改变损坏电子元器件。
 金属联接造成的静电电压的突然改变等同从高处摔下鸡蛋。
如果超过这一高度摔下(静电泄放)
鸡蛋( 电子元器件 ) 将被摔破(损坏)
高度（静电荷的多少）
搬运鸡蛋( 电子元器件 ) 越过障碍物，                                   如何保证鸡蛋( 电子元器件 ) 不被摔破(损坏) ？？？
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ESD Control ESD控制
电子元器件与 鸡蛋 – ESD 控制思路
第一种解决方法
降低障碍物的高度，
 相当于传统的 ESD 控制思路
  只是控制静电荷和电压，去除绝缘材料、使用接地、离子风机等等
如果超过这一高度摔下(静电泄放)
鸡蛋(电子元器件 ) 将被摔破(损坏)
高度（静电荷的多少）
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ESD Control ESD控制
电子元器件与 鸡蛋 – ESD 控制思路
第二种解决方法
在地板上靠近障碍物地方垫上软垫子防止鸡蛋被摔破
在工作表面上垫上 ESD垫子或 ESD薄膜（静电消耗材料），防止电子元器件
暴露的电路直接接触金属表面。
高度（静电荷的多少）
超过这一高度摔到没有垫子的地面鸡蛋将被摔破
超过这一高度摔到垫有垫子的地面鸡蛋将被摔破
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ESD Control ESD控制
电子元器件与 鸡蛋 – ESD 控制思路
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第三种解决方法
为鸡蛋穿上防摔的软套。
为电子元器件增加 ESD 防护： 使用
 ESD屏蔽袋，设置分流和限流电阻等
 等。
高度（静电荷的多少）
超过这一高度摔到地面，穿上防摔软套的鸡蛋将被摔破
超过这一高度摔到地面，没有
防摔软套的鸡蛋将被摔破
Faraday Cage 法拉第笼
具有法拉第笼作用的ESD屏蔽袋，ESD Tray( 注意：只有封闭或盖好才会有法拉第笼屏蔽防护作用）

ESD Control ESD控制
电子元器件与 鸡蛋 – ESD 控制思路
高度（静电荷的多少）
第四种解决方法
让鸡蛋停在高处不摔下
电子元器件仍然带上静电荷，但是不泄放，当然不会损坏电子元器件但
风险依然存在，有可能在下一工序就会发生静电泄放，损坏电子元器件
---- 这不是一种好的ESD解决办法。

如果超过这一高度摔下(静电泄放)
鸡蛋(电子元器件) 将被摔破(损坏)
也许我们还有其它的解决办法？？？
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静电测试仪950元jdkz.taobao.com
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不用的或用过的抹布不允许放在工作台上
（十一）工作台面

脏的夹具
每班应在吃饭前和下班前进行两次工位（工作台面和夹具）清洁，每次必须清洁干净。

工作台面或夹具抽检不合格

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