ESD（静电防护与应用）技术知识普及

ESD技术知识

ESD（Electro-Static discharge）的意思是“静电释放”。ESD是20世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。因此，国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD，中文名称为静电阻抗器。

    认证标准

我国已经成为电子产品的加工基地，在珠三角、长三角集中了众多的电子产品加工企业。这些企业的 ESD 控制工作绝大多数没有按照美国标准建立ESD20.20 方案，工厂的ESD控制工作无非 是购买防静电工作服和手腕带这些简单的 ESD 用品，距离 ESD 20.20 标准有很大的差距。很多企业在遇到国外的大客户现场稽核时，往往在做了精心的准备之后，却还是因为 ESD 问题被拒之门外。ESD 技术水平的提高是整个电子行业的当务之急，ESD 体系标准的推广和普及任务艰巨。

ANSI/ESD相关知识

ANSI成立于1918年，原名是美国工程标准委员会（American Engineering Standards Committee；AESC），1928年改名为美国标准协会（American Standards Association；ASA），1966年改名为美国标准学会（America Standards Institute；USASI），1969年正式改为现名美国国家标准学会（American National Standards Institute，ANSI）。

ESD20.20 标准

ANSI/ESD S20.20:2007 是美国 ESD Association（ESD 协会）于 2000 年 正式推出认可的认证项目，该协会由电子元器件的制造、使用商组成的，主要成员包括了 IBM，MOTOROLA 等公司，这些公司的 OEM 工厂或供货商必须要通过 ESD S20.20 认 证认可，才能获取和保持 OEM 和供应产品的资格。所以，可以认为 ESD20.20 是一个买方认证标准，对于那些芯片、电子元器件、电源及转换器、显示屏的制造商而言，要成为知名品牌的供应商，ESD20.20 近似于一个强制认证标准。

说明

IEC61340-5-1:2007标准是ESD S20.20:2007之外的另一个新的防静电国际认证标准，IEC61340-5-1:2007标准是对通过ESD S20.20:2007标准更新， 欧洲和日本企业会更倾向于IEC61340-5-1标准的认证，对ESDS20.20:2007标准认证的客户，其静电防护体系也可以按IEC61340-5-1:2007标准方便地进行转换。ESD 适用的行业

包括电子电气，IT 和通讯以及汽车等

1.静电防护要求高的企业，如生产晶片，磁头的企业。

2.知名跨国公司的下属企业或者供应商，如 IBM,INTEL 等。

3.承接 OEM、ODM 的知名 EMS 企业。

静电的产生

静电是一种客观存在的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦、电器间感应等。静电的特点是长时间积聚、高电压、低电量、小电流和作用时间短的特点。

人体自身的动作或与其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。

静电在多个领域造成严重危害。摩擦起电人体静电是电子工业中的两大危害，常常造成电子电器产品运行不稳定，甚至损坏。

生产过程中静电防护的主要措施为静电泄露、耗散、中和、增湿，屏蔽与接地。

人体静电防护系统主要有防静电手腕带、脚腕带、脚跟带、工作服、鞋袜、帽、手套或指套等组成，具有静电泄放，中和与屏蔽等功能。

静电防护工作是一项长期的系统工程，任何环节的失误或疏漏，都将导致静电防护工作的失败。

    静电的危害

静电在我们的日常生活中可以说是无处不在，我们的身上和周围就带有很高的静电电压，几千伏甚至几万伏。平时可能体会不到，人走过化纤的地毯静电大约是35000伏，翻阅塑料说明书大约7000伏，对于一些敏感仪器来讲，这个电压可能会是致命的危害。

静电学主要研究静电应用技术，如静电除尘、静电复印、静电生物效应等。更主要的是静电防护技术，如电子工业、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及宇航与军事领域的静电危害，寻求减少静电造成的损失。随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂，静电放电的电磁场效应如电磁干扰（EMI）及电磁兼容性（EMC）问题，已经成为一个迫切需要解决的问题。一方面，一些电阻率很高的高分子材料如塑料，橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化，1967年7月29日，美国Forrestal航空母舰上发生严重事故，一架A4飞机上的导弹突然点火，造成了7200万美元的损失，并造成人员损伤134人，调查结果显示导弹屏蔽接头不合格，静电引起了点火。1969年底，在不到一个月的时间内，荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸。

我国在石化企业曾发生30多起因静电造成了严重火灾爆炸事故。许多工业发达国家都建立了静电研究机构，我国从60年代末开始开展了一些静电研究工作，80年代开始以来, 我国的静电研究发展极为迅速。1981年成立了中国物理学会静电专业委员会并召开了第一次全国静电学术会议，全国性的和各地方的静电学术会议不断召开，静电研究和应用的范围也越来越广，科研队伍不断壮大。

4  行业的困扰

ESD（静电放电）对电子产品造成的破坏和损伤有突发性损伤和潜在性损伤两种。所谓突发性损伤，指的是器件被严重损坏，功能丧失。这种损伤通常能够在生产过程中的质量检测中能够发现，因此给工厂带来的主要是返工维修的成本。而潜在性损伤指的是器件部分被损，功能尚未丧失，且在生产过程的检测中不能发现，但在使用当中会使产品变得不稳定，时好时坏，因而对产品质量构成更大的危害。这两种损伤中，潜在性失效占据了90%，突发性失效只占10%。也就是说90%的静电损伤是没办法检测到，只有到了用户手里使用时才会发现。手机出现的经常死机、自动关机占、话音质量差、杂音大、信号时好时差、按键出错等问题有绝大多数与静电损伤相关。也因为这一点，静电放电被认为是电子产品质量最大的潜在杀手，静电防护也成为电子产品质量控制的一项重要内容。而国内外品牌手机使用时稳定性的差异也基本上反映了他们在静电防护及产品的防静电设计上的差异。

5  ESD的方法介绍

四大原则

* 环境控制

* 人员控制

* 包装材料控制

* 人员训练

基本方法1.接地 接地就是将静电通过一条线的连接放入大地，这是防静电措施中最直接最有效的。导体常用的接地方法有：带防静电手腕及工作表面接地等。2.静电屏蔽 静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响。最通常的方法是用静电屏蔽袋作为保护。3.离子中和 绝缘体往往是易产生静电的，对绝缘体静电的消除，用接地方法是无效的，通常采用的方法是离子中和， 即在工作环境中使用离子风机，离子气枪。^[2]

6  常见概念

表面电阻率：简单地说表面电阻率就是同一表面上两电极之间所测得的电阻值，将电极形状和电阻值结合在一起通过计算可得到单位面积的电阻值。市面上可以买得到读数为单位面积电阻值的测量仪。

体电阻率：体电阻率是通过材料厚度的电阻值，单位是Ω·cm。

导电材料：导电材料指表面电阻率和体电阻率分别小于1000,000Ω和1000,000Ω·cm的材料。

耗散材料：耗散材料指表面电阻率和体电阻率分别小于1000,000,000,000Ω或1000,000,000,000Ω·cm的材料。

防静电材料：“防静电”指的是能够抑制电荷累积，可以在材料制造过程中添加或者局部加入某种物质得到这种特性。防静电材料无需用表面或体电阻率表示。

导电添加剂和薄膜 如果由于成本或者其他设计上的原因只能使用塑料材料或复合材料时，可以使用添加剂改善静电特性，将添加剂混入塑料材料中，根据添加剂和树脂百分比不同可获得所需的导电性或耗散性。

在树脂中加入纤维可以使之获得导电性或耗散性并增强强度，这种纤维可能本身就有导电性或者采用了表面电镀工艺。虽然添加纤维可得到这些好处，但它也改变了收缩率和韧性。填充剂可以提供导电性和耗散性，增加强度，但常常会降低基体树脂的硬度。表1是一些常见的导电添加剂。

传送带 传送带用来输送元件、PCB和其他器件，材料一般为塑料、纤维制品或橡胶。如果传送带要接收从机器其他部分传来的器件，那么它应该采用耗散性材料。当传动带表面电阻率为1～1000,000Ω时，它会使带电器件放电速度太快，对器件造成损害；当表面电阻在1000,000Ω～1000,000,000Ω时，只要传送带通过转轮滑轮和机架良好接地，传送带上就不会带电。

另一个要考虑的问题是传送带速度。如果传送带运动速度太快，器件放到传送带上时就可能会滑动(或者器件保持不动而传送带继续在动)，这时就会形成摩擦生电，传送带如果接地能使电荷耗散掉，但是器件或PC板仍带有电荷而会造成危害。

导向装置和导轨 导向装置和导轨用来提供通道或者使器件放于一个固定的位置或保持一定的方向性，采用的材料应能使电荷耗散掉并且防止器件摩擦生电。表面电阻率为1000,000Ω的材料具有良好耗散性而且不会损伤器件，如果送入的器件处于无静电状态，也可以使用导电性材料(表面电阻率低于1000,000Ω)。