静电放电控制程序手册电子书

版权声明

内容提要

译者序

推荐序

作者序

前言

致谢

第1章 术语及其定义

1.1 科学记数法与国际单位制

1.2 电荷、静电场及电压

1.2.1 电荷

1.2.2 离子

1.2.3 静电耗散与静电中和

1.2.4 电压（电位）

1.2.5 电场（静电场）

1.2.6 高斯定律

1.2.7 静电吸引

1.2.8 介电常数

1.3 电流

1.4 静电放电

1.4.1 ESD模型

1.4.2 电磁干扰

1.5 地、接地及等电位连接

1.6 功率与能量

1.7 电阻、电阻率及电导率

1.7.1 电阻

1.7.2 电阻率与电导率

1.7.3 绝缘体与导体，材料的导电性、静电耗散性及抗静电性

1.7.4 点对点电阻

1.7.5 对地电阻

1.7.6 电阻组合

1.8 电容

1.9 屏蔽

1.10 介质击穿强度

1.11 相对湿度和露点

参考资料

第2章 静电与ESD控制原理

2.1 引言

2.2 接触起电（摩擦起电）

2.3 静电荷的积聚与耗散

2.3.1 静电荷积聚的简易电气模型

2.3.2 电容量的动态变化

2.3.3 电荷衰减时间

2.3.4 导体与绝缘体的再定义

2.3.5 相对湿度的影响

2.4 静电场中的导体

2.4.1 导体、绝缘体的体电压与表面电压

2.4.2 真实的静电场

2.4.3 法拉第笼

2.4.4 感应：一个孤立导电体在电场中获得电压

2.4.5 感应起电：物体通过接地起电

2.4.6 法拉第筒与封闭物体内的电荷屏蔽

2.5 ESD的类型

2.5.1 导体之间的ESD（火花放电）

2.5.2 绝缘表面的ESD

2.5.3 电晕放电

2.5.4 其他类型放电

2.6 常见的静电源

2.6.1 人体的ESD

2.6.2 带电导体的ESD

2.6.3 带电器件的ESD

2.6.4 带电平板的ESD

2.6.5 带电模块的ESD

2.6.6 带电电缆的ESD

2.7 ESD的电路模型

2.8 静电吸引

2.8.1 静电吸引与颗粒污染

2.8.2 空气离子对表面电压的中和作用

2.8.3 离子化静电消除器

2.8.4 电荷中和速度

2.8.5 离子化静电消除器的有效电荷中和区

2.8.6 离子化静电消除器的平衡与通过失衡离子化静电消除器对表面进行充电

2.9 电磁干扰的影响

2.10 如何规避部件遭受ESD损伤

2.10.1 可能导致部件遭受ESD损伤的情况

2.10.2 ESD损伤风险

2.10.3 ESD控制的原则

参考资料

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第3章 ESDS器件

3.1 什么是ESDS器件

3.2 ESD敏感度的测试

3.2.1 模拟ESD

3.2.2 标准ESD敏感度测试

3.2.3 ESD耐受电压

3.2.4 HBM敏感度测试

3.2.5 系统级人体ESD敏感度测试

3.2.6 MM敏感度测试

3.2.7 CDM敏感度测试

3.2.8 测试方法比较

3.2.9 ESD敏感度测试的失效准则

3.2.10 传输线脉冲技术

3.2.11 ESD耐受电压与ESD损伤的关系

3.2.12 ESD敏感度测试的趋势

3.3 器件的敏感度

3.3.1 概述

3.3.2 潜在失效

3.3.3 内置片上ESD防护网络与ESD防护目标

3.3.4 典型组件的ESD敏感度

3.3.5 分立器件

3.3.6 小尺寸的影响

3.3.7 封装技术的影响

3.4 一些常见的ESD失效类型

3.4.1 失效机制

3.4.2 介质击穿

3.4.3 MOSFET

3.4.4 静电场的敏感度与微小间隔导体之间的击穿

3.4.5 半导体结

3.4.6 场效应结构与非导电器件检测系统

3.4.7 压电晶体

3.4.8 LED与激光二极管

3.4.9 MR磁头

3.4.10 微机电系统

3.4.11 器件导体或电阻烧毁

3.4.12 无源器件

3.4.13 印制电路板与组件

3.4.14 模块与系统组件

3.5 系统级ESD

3.5.1 概述

3.5.2 系统级ESD抗扰度与组件ESD耐受性的关系

3.5.3 带电电缆ESD

3.5.4 系统高效的ESD设计

参考资料

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第4章 高效ESD防护的七个习惯

4.1 为什么称为习惯

4.2 ESD防护措施基础

4.3 如何定义ESDS器件

4.4 习惯1：始终在EPA内处理ESDS器件

4.4.1 EPA的定义

4.4.2 EPA边界的定义

4.4.3 EPA边界标识

4.4.4 可忽略的ESD风险

4.4.5 ESD风险来源

4.4.6 EPA中的ESD防护措施

4.4.7 ESD防护措施决策者

4.5 习惯2：尽可能避免在ESDS器件附近使用绝缘体

4.5.1 绝缘体的定义

4.5.2 必需绝缘体与非必需绝缘体

4.5.3 让非必需绝缘体远离ESDS器件

4.6 习惯3：降低必需绝缘体的ESD风险

4.6.1 绝缘体的界定

4.6.2 绝缘体无法接地

4.6.3 必需绝缘体的ESD风险应对

4.6.4 使用离子化静电消除器中和绝缘体上的电荷

4.7 习惯4：导体（尤其是人体）一定要接地

4.7.1 导体的定义

4.7.2 导电、耗散及绝缘

4.7.3 导体的特性

4.7.4 电荷与电压衰减时间

4.7.5 材料接触电阻对ESDS器件防护的重要性

4.7.6 安全注意事项

4.7.7 通过接地与等电位连接消除ESD

4.7.8 了解接地系统

4.7.9 处理ESDS器件的人员的接地

4.7.10 防静电设备接地

4.7.11 导体无法接地怎么办

4.8 习惯5：使用防静电包装保护ESDS器件

4.8.1 EPA中禁止使用普通包装

4.8.2 防静电包装的基本功能

4.8.3 仅在EPA中打开防静电包装

4.8.4 避免将纸张等放入装有ESDS器件的包装

4.9 习惯6：对人员进行防静电设备使用与防护体系知识培训

4.9.1 人员培训目的

4.9.2 培训人员范围

4.9.3 培训内容

4.9.4 周期性培训

4.10 习惯7：通过监视与测量确保体系运行良好

4.10.1 监视与测量的重要性

4.10.2 测量内容

4.10.3 防静电产品认证

4.10.4 防静电产品或系统符合性验证

4.10.5 测量方法与合格判据

4.10.6 测量周期（频次）

4.11 七个习惯与ESD防护标准

4.12 处置高敏感的产品

4.13 其他静电源控制

参考资料

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第5章 自动化系统

5.1 自动化操作与人工操作的不同之处

5.2 导电材料、静电耗散材料及绝缘材料

5.3 AHE与安全

5.4 静电源与风险

5.5 ESD防护策略

5.5.1 AHE的ESD防护原则

5.5.2 发生ESD损伤的条件

5.5.3 AHE的ESD防护策略

5.5.4 ESD防护措施的审核与验证

5.5.5 ESD防护措施的符合性验证

5.5.6 ESD培训的意义

5.5.7 AHE变更

5.6 AHE的ESD防护措施确定与实施

5.6.1 明确ESDS产品的关键路径

5.6.2 关键路径检查与ESD风险识别

5.6.3 确定适宜的ESD防护措施

5.6.4 将ESD防护措施纳入设备采购规范

5.6.5 记录并整理设备的ESD防护措施

5.6.6 ESD防护措施的维护与符合性验证

5.7 AHE中的ESD防护材料、技术及设备

5.7.1 将与ESDS器件接触的所有导体接地

5.7.2 孤立导体

5.7.3 避免ESDS器件产生感应电压

5.7.4 减少ESDS器件摩擦带电

5.7.5 采用电阻材料限制带电设备的ESD电流

5.7.6 阳极氧化处理

5.7.7 轴承

5.7.8 传送带

5.7.9 通过离子化静电消除器中和ESDS器件、必需绝缘体及孤立导体上的电荷

5.7.10 真空吸盘

5.8 防静电包装

5.9 AHE中的测量

5.9.1 概述

5.9.2 电阻测量

5.9.3 静电场与电压测量

5.9.4 电荷测量

5.9.5 测量离子化静电消除器中和产生的电荷衰减时间与残余电压

5.9.6 ESD电流测量

5.9.7 使用EMI探测器探测ESD

5.10 高敏感器件的处置

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第6章 ESD防护标准

6.1 引言

6.2 ESD防护标准的发展历程

6.3 ESD防护标准的制定主体

6.4 IEC与ESDA标准

6.4.1 标准编号

6.4.2 标准中的用语

6.4.3 标准中术语的定义

6.5 标准IEC 61340-5-1与ANSI/ESD S20.20的要求

6.5.1 背景

6.5.2 文件编制与计划

6.5.3 ESD控制程序技术基础

6.5.4 人身安全

6.5.5 ESD协调员

6.5.6 ESD控制程序变更

6.5.7 ESD控制程序计划

6.5.8 培训计划

6.5.9 产品认证计划

6.5.10 符合性验证计划

6.5.11 测量方法

6.5.12 ESD控制程序计划技术要求

6.5.13 防静电包装

6.5.14 标识

参考资料

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第7章 防静电设备与设施的选型、使用、保养及维护

7.1 引言

7.1.1 设备的选型与确认

7.1.2 用途

7.1.3 设备的清洁、保养及维护

7.1.4 符合性验证

7.2 防静电接地

7.2.1 防静电接地的作用

7.2.2 防静电接地的选择

7.2.3 防静电接地的质量测试

7.2.4 防静电接地的符合性验证

7.2.5 接地连接的常见问题

7.3 防静电地板

7.3.1 防静电地板的作用

7.3.2 长效型防静电地板材料

7.3.3 半长效型或非长效型防静电地板材料

7.3.4 防静电地板材料的选择

7.3.5 防静电地板材料的质量测试

7.3.6 防静电地板的安装验收

7.3.7 防静电地板的作用

7.3.8 防静电地板的保养与维护

7.3.9 防静电地板的符合性验证

7.3.10 常见问题

7.4 接地连接点

7.4.1 接地连接点的作用

7.4.2 接地连接点的选型

7.4.3 接地连接点的确认

7.4.4 接地连接点的检查

7.4.5 接地连接点的符合性验证

7.5 人体接地

7.5.1 人体接地的目的

7.5.2 人体接地与电气安全

7.5.3 腕带

7.5.4 地板-鞋束系统接地

7.5.5 防静电椅接地

7.5.6 防静电服接地

7.6 工作表面

7.6.1 工作表面的作用

7.6.2 工作表面的材料

7.6.3 工作表面的选型

7.6.4 工作站的认证测试

7.6.5 工作表面的验收

7.6.6 工作表面的清洁与维护

7.6.7 工作表面的符合性验证

7.6.8 工作表面的常见问题

7.7 储物架

7.7.1 储物架的选择

7.7.2 储物架的选型、保养及维护

7.7.3 EPA储物架的合格验证

7.7.4 储物架的验收

7.7.5 储物架的清洁与维护

7.7.6 储物架的符合性验证

7.7.7 储物架的常见问题

7.8 转运车与可移动设备

7.8.1 转运车与可移动设备的种类

7.8.2 转运车与可移动设备的选择、保养及维护

7.8.3 转运车与可移动设备的确认

7.8.4 转运车与可移动设备的符合性验证

7.8.5 转运车与可移动设备的常见问题

7.9 防静电椅

7.9.1 防静电椅的概念

7.9.2 防静电椅的分类

7.9.3 防静电椅的选型

7.9.4 防静电椅的认证测试

7.9.5 防静电椅的清洁与维护

7.9.6 防静电椅的符合性验证

7.9.7 常见问题

7.9.8 通过防静电椅实现人体接地

7.10 离子化静电消除器

7.10.1 离子化静电消除器的用途

7.10.2 离子源

7.10.3 离子发生系统的分类

7.10.4 离子化静电消除器的选择

7.10.5 离子化静电消除器的质量认证

7.10.6 离子化静电消除器的清洁与维护

7.10.7 离子化静电消除器的符合性验证

7.10.8 离子化静电消除器的常见问题

7.11 防静电服

7.11.1 防静电服的用途

7.11.2 防静电服的种类

7.11.3 防静电服的选择

7.11.4 防静电服的合格测试

7.11.5 防静电服的使用

7.11.6 防静电服的清洁与维护

7.11.7 防静电服的符合性验证

7.11.8 防静电服接地

7.12 手持工具

7.12.1 手持工具的意义

7.12.2 手持工具的种类

7.12.3 手持工具的认证检测

7.12.4 手持工具的使用

7.12.5 手持工具的符合性验证

7.12.6 手持工具的常见问题

7.13 电烙铁

7.13.1 电烙铁的防静电问题

7.13.2 电烙铁的产品认证

7.13.3 电烙铁的符合性验证

7.14 防静电手套与指套

7.14.1 防静电手套与指套的使用环境

7.14.2 防静电手套与指套的分类

7.14.3 如何选择防静电手套与指套

7.14.4 防静电手套与指套的合格测试

7.14.5 防静电手套的清洁和保养

7.14.6 防静电手套与指套的符合性验证

7.14.7 防静电手套与指套的常见问题

7.15 防静电设备设施标识

参考资料

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第8章 防静电包装

8.1 防静电包装在ESD控制中的重要性

8.2 防静电包装的功能

8.3 防静电包装相关术语

8.4 防静电包装的特性

8.4.1 摩擦起电

8.4.2 表面电阻

8.4.3 体积电阻

8.4.4 静电场屏蔽

8.4.5 ESD屏蔽

8.5 防静电包装的使用

8.5.1 防静电包装性能的重要性

8.5.2 EPA内防静电包装的使用

8.5.3 EPA外防静电包装的使用

8.5.4 非ESDS产品的包装

8.5.5 避免带电电缆和模块

8.6 防静电包装的材料与工艺

8.6.1 概述

8.6.2 抗静电剂、粉色聚乙烯及低起电材料

8.6.3 静电耗散材料与导电聚合物

8.6.4 本征导电聚合物与本征耗散聚合物

8.6.5 金属化膜

8.6.6 阳极氧化铝

8.6.7 填充聚合物的真空成型

8.6.8 注塑成型法

8.6.9 模压加工

8.6.10 气相沉积法

8.6.11 表面涂层

8.6.12 层压

8.7 防静电包装的种类与形式

8.7.1 包装袋

8.7.2 气泡膜

8.7.3 泡沫

8.7.4 盒子、托盘及PCB架

8.7.5 卷带包装

8.7.6 包装管

8.7.7 自黏胶带与标签

8.8 包装标准

8.8.1 ESD控制与防静电包装相关标准

8.8.2 防潮包装标准

8.8.3 防静电包装测试

8.9 如何选择合适的包装

8.9.1 概述

8.9.2 客户要求

8.9.3 ESDS产品的类型

8.9.4 ESD风险与ESD敏感性

8.9.5 预期包装任务

8.9.6 包装的操作环境

8.9.7 防静电包装与ESD防护功能的选择

8.9.8 包装系统的测试

8.10 防静电包装的标识

参考资料

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第9章 ESD控制程序的评估策略

9.1 引言

9.2 ESD风险评估

9.2.1 风险源

9.2.2 ESD敏感度评估

9.3 基于HBM、MM及CDM数据的过程能力评估

9.3.1 过程能力评估

9.3.2 人体ESD和手动处置过程

9.3.3 孤立导体造成的ESD风险

9.3.4 带电器件的ESD风险

9.3.5 电压敏感结构（电容或MOSFET栅极）的损坏

9.3.6 静电场的ESD风险

9.3.7 故障排除

9.4 ESD防护需求评估

9.4.1 标准的ESD防护措施无法解决所有ESD风险

9.4.2 评估ESD防护措施的效果

9.4.3 可接受的对地电阻上限

9.4.4 是否需要指定对地电阻的下限

9.4.5 带电工具的ESD防护需求评估

9.4.6 佩戴手套或指套

9.4.7 带电电缆的ESD防护需求评估

9.4.8 带电平板的ESD防护需求评估

9.4.9 带电模块或装配单元的ESD防护需求评估

9.5 ESD控制程序的成本效益评估

9.5.1 ESD控制程序不完善带来的成本

9.5.2 ESD控制程序带来的好处

9.5.3 ESD控制程序的成本评估

9.5.4 ESD控制中的ROI

9.5.5 ESD控制程序优化

9.6 ESD控制程序的符合性验证

9.6.1 符合性验证的两个步骤

9.6.2 使用检查表验证文档与标准的符合性

9.6.3 验证设施对ESD控制程序的符合性

9.6.4 常见问题

参考资料

第10章 ESD控制程序的设计

10.1 有效的ESD控制程序体现在哪些方面

10.1.1 ESD控制的原则

10.1.2 如何开发ESD控制程序

10.1.3 安全与ESD控制

10.2 EPA

10.2.1 哪里需要建设EPA

10.2.2 边界与标识

10.3 EPA中的ESD风险来自何处

10.4 科学制定ESD防护措施

10.4.1 ESD控制原则

10.4.2 选择便捷的工作方式

10.5 ESD控制程序文件

10.5.1 ESD控制程序文件的内容

10.5.2 合规ESD控制程序的编制

10.5.3 引言部分

10.5.4 适用范围部分

10.5.5 术语与定义部分

10.5.6 人员安全部分

10.5.7 ESD控制程序部分

10.5.8 ESD控制程序计划部分

10.5.9 ESD培训计划部分

10.5.10 防静电产品认证部分

10.5.11 符合性验证计划部分

10.5.12 ESD控制程序的技术规范部分

10.5.13 EPA部分

10.5.14 防静电包装部分

10.5.15 防静电标识部分

10.5.16 参考资料部分

10.6 ESD防护需求

10.7 ESD控制程序的优化

10.7.1 ESD控制的成本与收益

10.7.2 策略优化

10.8 特定区域的设施

10.8.1 不同区域中ESD防护要求的多样化

10.8.2 仓储

10.8.3 装配

10.8.4 收发

10.8.5 测试

10.8.6 研发

10.9 改进与完善

参考资料

第11章 ESD测试

11.1 引言

11.2 标准测试

11.3 产品认证与符合性验证

11.3.1 产品认证的测试方法

11.3.2 符合性验证的测试方法

11.4 环境条件

11.5 标准测试方法的应用概述

11.6 测试设备

11.6.1 高电阻测试的电阻表选择

11.6.2 低电阻烙铁头接地测试仪

11.6.3 电阻测试电极

11.6.4 用于包装表面电阻与体积电阻测量的同心环电极

11.6.5 用于包装表面电阻测量的探针式电极

11.6.6 鞋束测试电极

11.6.7 手持电极

11.6.8 工具测试电极

11.6.9 金属板电极

11.6.10 绝缘支撑

11.6.11 防静电接地连接器

11.6.12 静电场仪与静电电压表

11.6.13 充电平板监测仪

11.7 测试中的常见问题

11.7.1 湿度

11.7.2 平行传导路径的影响

11.8 IEC 61340-5-1与ANSI/ESD S20.20中的测试方法

11.8.1 对地电阻

11.8.2 点对点电阻

11.8.3 人体接地设备

11.8.4 包装材料的表面电阻

11.8.5 包装材料的体积电阻

11.8.6 ESD屏蔽包装袋

11.8.7 ESD屏蔽包装系统

11.8.8 电离化设备的衰减时间与残余电压

11.8.9 地板-鞋束系统

11.9 IEC 61340-5-1与ANSI/ESD S20.20中未规定的测试方法

11.9.1 静电场与静电电压

11.9.2 ESDS设备所在区域的静电场强

11.9.3 使用显示电压的静电场计测量大型物体的表面电压

11.9.4 小型物体的表面电压

11.9.5 工具的电阻

11.9.6 电烙铁的电阻

11.9.7 手套与指套的电阻

11.9.8 电荷衰减

11.9.9 使用法拉第桶测量物体的电荷量

11.9.10 ESD事件

参考资料

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第12章 ESD培训

12.1 为什么要进行ESD培训

12.2 培训计划

12.3 培训受众

12.4 培训的形式与内容

12.4.1 培训目标

12.4.2 入门级培训

12.4.3 进阶级培训

12.4.4 培训形式

12.4.5 资料支撑

12.4.6 培训的注意事项

12.4.7 开源课程与教材

12.4.8 资质与认证

12.4.9 ESD机构与静电学术团体

12.4.10 会议

12.4.11 图书、文章及在线资源

12.5 静电学与ESD理论

12.5.1 ESD理论的两面性

12.5.2 ESD的专业化与非专业化解释

12.6 ESD控制相关问题的演示

12.6.1 演示的作用

12.6.2 ESD损伤实例展示

12.6.3 ESD损伤的成本

12.7 静电演示

12.7.1 静电演示的价值

12.7.2 演示的利与弊

12.7.3 示范用具

12.7.4 静电荷产生的演示

12.7.5 初识静电场

12.7.6 初识电荷与电压

12.7.7 摩擦起电

12.7.8 ESD的产生

12.7.9 等电位连接与接地

12.7.10 感应起电

12.7.11 ESD刚需——永久型ESD发生器

12.7.12 人体电压与人员接地

12.7.13 电荷的产生与静电屏蔽袋

12.7.14 不可接地的绝缘体

12.7.15 电荷中和：离子化静电消除器的电荷衰减与电压偏移

12.8 评价

12.8.1 评价的必要性

12.8.2 实操测试

12.8.3 笔试

12.8.4 通过准则

参考资料

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第13章 展望

13.1 总体趋势

13.2 ESD耐受电压趋势

13.2.1 IC ESD耐受电压趋势

13.2.2 其他器件ESD耐受电压趋势

13.2.3 ESD耐受电压数据的可用性

13.2.4 器件ESD耐受电压测试

13.3 ESD控制程序开发与过程防护

13.3.1 ESD控制程序发展策略

13.3.2 基础ESD控制程序

13.3.3 详细ESD控制程序

13.3.4 人体的ESD

13.3.5 ESDS产品与导体间的ESD

13.3.6 带电未接地导体的“双引脚”ESD

13.3.7 ESDS产品与其他电压不同导电部位间的“单引脚”ESD

13.3.8 带电平板、模块和电缆ESD

13.3.9 程序优化

13.4 标准

13.4.1 对未来标准的影响

13.4.2 自动化操作中的ESD防护

13.5 防静电材料与防静电包装

13.5.1 防静电材料

13.5.2 防静电包装

13.6 ESD相关测量

13.6.1 防静电包装测量

13.6.2 ESDS器件与未接地导体的电压测量

13.6.3 AHE ESD风险相关测量

13.7 系统ESD抗扰度

13.8 教育与培训

参考资料

延伸阅读

附录A ESD控制程序示例

A.1 引言

A.2 场景简介

A.3 试验与程序确认

A.4 ESD控制程序文件示例

A.4.1 介绍

A.4.2 范围

A.4.3 术语及其定义

A.5 人员安全

A.6 ESD控制程序

A.6.1 ESD控制程序内容

A.6.2 ESD协调员

A.6.3 定制化的ESD控制要求

A.7 ESD控制程序技术要求

A.7.1 防静电接地

A.7.2 人员接地

A.7.3 EPA

A.7.4 防静电包装

A.7.5 ESD相关产品的标识

A.8 符合性验证程序

A.9 ESD培训计划

A.9.1 ESD培训计划的总体要求

A.9.2 培训记录

A.9.3 培训内容与周期

A.10 防静电产品认证

参考资料

主要术语表