ESD射频系统培训教材V21

射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录Oct2006曹明江射频系统培训教材----ESD国人通信射频系统静电防护项目组射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录前言★我司以打造射频产业龙头为目标，而射频产品是高可靠性,高稳定产品；★由于材料行业发展迅速，电子器件的精度越来越高，敏感度越来越高,功能越来越强,也越来越容易被损坏；★在器件损坏中，静电损坏占到45%以上，减少静电损坏是保护器件的重要方面。射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录ESD失效所占比例EOS/ESD59%电子测试3%氧化/钝化3%导体失效3%硅片断裂4%引脚短路/开路7%引脚连接15%其他6%EOS/ESD导致的失效59%射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录序号火箭名称飞行试验代号发射时间高度/km真空度/mmHg故障简况及原因1民兵IFTM-50219627.6316静电放电造成制导计算机故障,I级发动机关闭前自毁,发射失败2民兵IFTM-503196221.839.6静电放电造成制导计算机故障,I级发动机关闭前自毁,发射失败3欧罗尼ⅡF-111971277.94静电放电使制导计算机阻塞,姿态失控,约1分钟后,火箭I、Ⅱ级过载自毁,发射失败4侦察兵S-112196438-423.09-1.86电爆管桥丝和壳体之间因电弧击穿,Ⅱ级发动机自毁系统爆炸,发射失败5侦察兵5128196438-423.09-1.86电爆管桥丝和壳体之间因电弧击穿,Ⅱ级发动机自毁系统爆炸,发射失败6大力神ⅢCC-101967268.94静电放电使制导计算机故障后自动转移到应急后备状态7大力神ⅢCC-1419671752静电放电使制导计算机故障后,经地面发射指令,修正到预定轨道8德尔安23131974制导控制器件故障,火箭翻滚,发射失败火箭发射失败统计射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录人造卫星失效统计序号卫星名称所属国家组织故障名称1国际通讯卫星Ⅲ-F3国际通讯电子设备乱真切换2国际通讯卫星Ⅲ-F4卫星组织电子设备乱真切换3交响乐-I法-德干扰电源调节系统4阿妮克B加拿大温控性能衰减5林肯实验卫星美国陀螺漂移6交响乐-Ⅱ法-德干扰遥测设备7阿妮克A3加拿大姿态传感器异常8国际通讯卫星Ⅱ-F1美国电子设备乱真切换9国际通讯卫星Ⅱ-F2美国电子设备乱真切换10天狼星-1意大利姿态传感器异常射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录课程目标★理解静电的概念；★知道静电造成的危害，懂得避免静电危害；★能够正确按照静电防护要求操作。射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录1、关键词2、静电原理3、放电现象4、静电危害5、材料特性7、控制原理8、防护设计6、放电模型9、射频改造10、违规现象目录射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录静电（Electrostatics）2、静电原理1关键词★静电是没有作定向运动的电子或离子所带的电；★静电是物体表面过剩或不足的静止电荷；★静电是一种电能，它留存于物体表面；★静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；★静电是通过电子或离子转移而形成的。射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录1.4ESDS1.2EPA1.1ESDElectrostaticsDischarge静电放电ElectrostaticsDischargeSensitive静电放电敏感（的）ElectrostaticsDischargeProtectedArea防静电工作区1.5EBPEPAGroundBondingPointEPA接地点2、静电原理1关键词1.3SSDStaticSensitivityDevice静电敏感器件射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录★静电起电的过程可归纳为：接触→电荷转移→偶电层的形成→电荷分离2.1静电的产生静电产生的主要方式是:磨擦与感应2、静电原理2静电原理++eee+ee+eee物体A物体B+-射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录2.1静电的产生（3）感应起电感应起电2、静电原理2静电原理射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录2.1静电的产生（4）摩擦起电2、静电原理2静电原理射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录2.1静电的产生（5）摩擦剥离2、静电原理2静电原理射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录★力学效应：同性相斥，异性相吸。★放电效应：当垂直于物体表面的静电梯度较大时，可发生静电放电。★感应效应：当带电体附近存在被绝缘的导体时，在该导体表面会出现感应电荷的现象。2.2静电的物理效应2、静电原理2静电原理射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录★受环境影响大：湿度上升则静电积累减少，静电压下降★高电位:数百伏到数万伏★低电量：微库仑级★作用时间短：微秒级2.3静电的特点3000伏皮肤感知5000伏你能听见10000伏你能看见人体对ESD的敏感2、静电原理2静电原理射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录3.1自然界的静电放电（1）3静电现象射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录3.1自然界的静电放电（2）3静电现象射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录3.1自然界的静电放电（3）3静电现象射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录4.1静电的危害形式4静电危害★静电吸附：灰尘会降低单板或器件的绝缘阻抗，影响电性能；★静电放电引起的器件击穿：●硬击穿：一次性芯片介质击穿、烧毁等永久性失效。●软击穿：造成器件的性能劣化或参数指标下降而成为隐患。★静电感应：当导体和电介质置于静电场中，在其上感应出正或负电荷，同时由于电荷定向移动而形成电流；★物质变性：在强电场下，绝缘介质会发生变性，某些物质变性后，即算电场消失后也不能复原；★静电放电时产生的电磁脉冲：当脉冲干扰耦合到计算机和低电平数字电路时，致使电路出现误动作。射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录4.2静电危害的时机4静电危害★放电前的静电场（静电感应）；★放电时的电荷注入（电荷转移）；★放电时的电、磁、光、声、热影响（尤其是电、热现象）。射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录4静电危害1)热二次击穿；2)金属化熔融；3)体击穿；4)介质击穿；5)气弧放电；6)表面击穿。4.3器件的失效机理（1）前三者的失效与能量有关，后三者的失效与电压有关。射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录4静电危害4.3器件的失效机理（2）射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录4.4静电损坏的器件样图（1）电介质击穿：★半导体氧化层周围的电压超过了氧化层介质击穿电压。★氧化层越薄，对静电越敏感。过热和短路会损坏器件。4静电危害射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录4.4静电损坏的器件样图（2）热击穿：★在ESD事件中产生的热量使器件局部过热和使接点融化；★热是由放电电流产生的；★热能与放电电流的平方成正比。200V400V600V800V900V1000V4静电危害射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录4.4静电损坏的器件样图（3）硬损伤：使单板和器件完全被损伤，性能消失、不能工作。4静电危害射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录4.4静电损坏的器件样图（4）软损伤：单板、芯片内部受到部分损伤，只是减弱了性能。器件和单板性能变差，但仍能正常工作和通过测试。4静电危害射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录★金钱企业会投入更多的人力、物力、财力进行设备维护、维修等。★时间因为静电引起的失效不易被发现和定位，影响新产品的开发周期。★客户满意度产品性能不稳定、产品寿命缩短使客户满意度降低，从而影响公司产品的竞争力。4静电危害4.5公司的损失射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录5.1材料的分类（1）5材料特性绝缘体：★体电阻大，体电阻＞1x1011Ω；★很少有电子在物体中移动，在物体上的不同地方可以保持正电荷和负电荷；★绝缘体的静电耗散只能通过环境，不能通过自己的表面接地耗散。导体：★体电阻＜1x104Ω★电子能在导体表面和体内自由流动。★如果被接地，电荷能迅速被中和。射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录5.1材料的分类（2）5材料特性静电耗散材料：★体电阻：1x104≤R＜1x1011Ω★电子在材料的表面可以自由移动，但移动的速率由于电阻而受到控制；★如果被接地，电荷将被缓慢的释放掉。电磁屏蔽耗散复合材料：★电磁屏蔽耗散复合材料是屏蔽材料和耗散材料复合而成。屏蔽材料电阻率极低为导电体，其受到摩擦表面不起静电荷，可用于屏蔽射频和低频电磁场，但其电阻太小，易在静电场中产生静电感应损坏器件。通常在屏蔽材料内层复合一层静电耗散材料，如：防静电袋。射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录5.2防静电材料的选择5材料特性导体电磁屏蔽耗散复合材料静电耗散材料绝缘体射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录5.3材料的静电极性空气玻璃云母人类头发尼龙羊毛铅铝纸张棉花钢木材硬橡胶镍和铜黄金和银金和铂纤维和人造丝聚脂聚氨脂聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯特氟龙正极性负极性2、静电原理5材料特性射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录5.4射频系统防静电材料（1）防静电器件盒防静电电烙铁防静电气泡袋防静电单板架5材料特性射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录5.4射频系统防静电材料（2）5材料特性射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录5.4射频系统防静电材料（3）防静电气泡袋黑色防静电EPE防静电海绵5材料特性射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录6.1放电模型的分类6放电模型静电敏感器件的敏感等级分别按照人体模型（HBM）、机器模型（MM）和带电设备模型（CDM）三种模式来进行分类。一般来说，器件的静电敏感电压的高低在三种模式之间没有必然的对应关系。由于ESD损伤的复杂性，使用以上各模型定义的敏感度（用电压表示）并不一定是器件在实际应用环境中的失效电压，而只是提供了一种敏感度比较的标准。★人体模型（HBM）：当带有静电的人体接触设备的导线时该设备也因静电释放而带上电荷，此时一股释放电流在设备接地的情况下瞬间穿过电路，导致静电故障，类似情况下，当外部带电物体是人体时从人体向半导设备放电的模型就称为「人体模型（HBM」；★机器模型（MM）：当外部物体是人体时，大量电荷从人体释放出去，释放的能量远大于相同情况下绝缘体释放的能量，当外部物体是机器等工厂设施时，该现象就称为「机器模型（MM）」；★带电设备模型（CDM）：有可能半导体设备的生产与组装过程中产生的静电释放而导致故障。此类故障的起因是半导体设备自身形成电荷时所产生的静电释放（ESD），该现象就称为「带电设备模型（CDM）」。射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录6.2人体带电模型（HBM）6放电模型HUMANBODYMODELCLASSVOLTAGERANGEClass00voltsto=249voltsClass1A250voltsto=499voltsClass1B500voltsto=999voltsClass1C1000voltsto=1999voltsClass22000voltsto=3999voltsClass3A4000voltsto=7999voltsClass3B8000voltsto=15999volts非静电敏感器件=16000volts射频无源产品线曹明江射频系统培训教材----ESD目录6.3机器模型（MM）6放电模型MACHINEMODELCLASSVOLTAGERANGEM10voltsto1