电子产品与敏感器件的静电防护

惠州德信诚培训中心TEL:0752-227969018923606035杨小姐惠州培训网：[e-mail]电子器件与产品的静电防护课堂要求欢迎阁下参加本次惠州德信诚培训中心课程，本课程将为您打下一个良好的基础，提高您的能力和水平。请注意以下的几点：1、手机请将您的手机开为振动或关闭。2、吸烟在课堂内请不要吸烟。3、其它课期间请不要大声喧哗,举手提问；不要随意走动。电子器件与产品的静电防护1静电敏感器件2静电对电子产品生产的影响3静电防护与测试模型人体模型机器模型荷电器件模型4器件静电指标与敏感性分类5静电测试（JESD22-A114-B）引言电子产品静电危害的特点1.损伤具有隐蔽性:电子产品的静电危害,人体带电是主要原因.1-2KV的人体静电,对人而言放电感受几乎没有,而对电子元器件却是致命的.2.失效分析的复杂性:电子产品有精,细,小特点,失效分析相当困难,静电损伤易于其他损伤混淆.3.损伤具有潜在性:有些元器件在损伤后并不马上表现出来,只是性能的下降,并不马上失效.4.损伤的随机性:只要电压超过或接近静电敏感电压阈值,就可能发生静电损伤,在生产的各个环节都可能发生.电子产品静电危害的特点•一些电子器件的典型电压值(伏)器件类型耐静电放电阈值器件类型耐静电放电阈值VMOS30-1800ECL300-2500MOSFET100-200JFET140-1000GaAsFET100-300SCL680-1000PROM100STTL300-2500CMOS250-2000DTL380-7000HMOS50-500肖特基二极管300-3000E/DMOS200-1000双极型晶体管380-7000MOS器件电子元器件经典损伤失效类型•1突发性完全失效自身短路,开路,功能丧失,参数变异电压相关失效:介质击穿,PN节反向漏电等功率失效:金属条烧断,硅片局部区域融化,PN节边缘损伤等等,这类失效占静电损伤的10%•2潜在性缓慢失效带电体电位或能量较低,静电放电有限流电阻,一次放电没完全损伤失效,使器件内部轻度损伤,但有累计效应,使器件性能变坏,可能突然失效.难以检测和筛选,使构成的产品品质受影响.电子元器件主要损伤机理•热二次击穿,又叫雪崩衰变,热量散不走,积聚下来,融化器件局部而短路.•金属导电层融化•介质击穿•气体电弧放电•表面击穿•体击穿静电损伤与器件结构的关系结构特点元器件类型失效特征失效机理MOS结构l．MOS场效应晶体管（分立式）2．MOS集成电路3．有金属跨接的半导体器件a．数字集成电路（双极型和MOS）b．线性集成电路（双极型和MOS）4．MOS电容器a．混合电路b．线性集成电路短路（大的漏员电流）过电压引起介质击穿半导体结1．二极管（PN、PINN、肖特基）2·双极型晶体管3．结型场效应晶体管4．硅晶体闸流管5．双极型集成电路（数字的和线性的）6．MOS场效应晶体管和MOS集成电路的输人保护电路短路（失去二极管或晶体管作用）由于能量过大或过热引起的微等离子区二次击穿造成的微扩散。因SI和AL的扩散引起电流束的增大（电迁移）静电损伤与器件结构的关系结构特点元器件类型失效特征失效机理膜电阻器1．混合集成电路a．厚膜电阻器b．薄膜电阻器2．单片集成电路：薄膜电阻器3．密封的膜电阻器电阻漂移介质击穿，与电压相关的新电流通路（仅对厚膜电阻器），与焦耳热能量相关的微电流通路的破坏（其他电阻器）金属化条1．混合集成电路2．单片集成电路3．流状覆盖式晶体管开路与焦耳热相关的金属化层烧毁场效应结构和非导电性盖板采用非导电石英或陶瓷封装盖板的大规模集成电路和存储器集成电路，尤其是紫外线可编程只读存储器工作性能降低由于静电放电（电荷注人介质材料）使表面产生离子淀积，引起表面反型或栅阈电压漂移压电晶体1．晶体振荡器2．声表面波器件工作性能降低当所加电压过大时由于机械力作用使晶体破裂间距很近的电极未钝化的薄金属，无保护的半导体，微电路和声表面波器件工作性能降低电弧放电使电极金同烧熔和熔融半导体厂家器件的防ESD设计•对许多集成电路,厂家在器件的输入/输出口上多佳了一些防静电保护电路,使器件的防静电能力大大提高.一般器件的说明书中均指明其对静电的损伤阈值.•为了减少保护电路占的面积,提高集成度,降低成本,各家有其独有的技术,对通用集成电路,有相应的国际或企业的防静电标准.•防护电路是不能杜绝静电损伤的.•错误的理念:因选用高损伤阈值器件,对ESD防护可以放松!!常用器件的ESD输入输出防护电路输入电路常用器件的ESD输入输出防护电路输出电路电子产品加工和制造的静电荷源物体或工艺加工材料或活动工作表面1．封腊、涂漆或没漆表面2．普通乙烯树脂或塑料地板1．密封用混凝土2．打腊抛光木板3．普通乙烯树脂基砖或薄板工作服1．普通洁净室工作服2．普通合成料服装3．非导电工作鞋4．纯棉工作服（当RHM30％时，洁净棉制品被认为是静电源）电子产品加工和制造的静电荷源物体或工艺加工材料或活动椅子1．普通油漆木椅2．乙烯基或玻璃纤维椅包装和操作1．普通塑料口袋、罩、封皮，胶带2．普通泡沫容器、泡沫材料3．普通塑料托盘、塑料转运盒、瓶、元件存储器具4．拉伸和收缩薄膜包装操作组装、清洗、测试和维修区1．喷雾清洗器2．普通塑料焊料吸管3．带有不接地焊头的烙铁4．溶剂刷子（人造硬毛）5用液化或蒸发来清洗或干燥6烘箱7．低温喷雾8．热喷雾枪或热吹风机9．喷砂10．静电复印机11．阴极射线管（示波器或显示器）静电位水平静电产生原因静电电位（KV）RH（10～20%）RH（65～90）%人在地毯上走动3515人在乙烯树脂地板上行走120．25人在工作台上操作60．l包工作说明书的乙烯树脂封皮70．6从工作台上拿起普通聚乙烯袋201．2从整有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起181．5小结•电子产品的生产过程中,处处可能产生对器件造成损伤的静电.•器件的静电敏感与器件的结构有关,尽管采用输入输出保护电路,但仍在静电的损伤范围.•错误的观念:采用高阈值的器件,静电防护可以放松!!二静电对电子产品生产的影响•静电对电子产品的影响1对产品的可能损伤,要求必须在产品整个生命周期中予以考虑.-----设计,元器件和原材料,加工,制造,测试,包装,运输,客户的各种可能使用环境,以及以后的维护和维修等2静电作为一个无形杀手,是电子产品失效的主要原因之一.静电放电控制大纲-(GJB1649-93)制大纲计划分级设计保护（不包括零件设计）保护区操作程序保护罩培训硬件标记文件包装质量保证规定检查和评审失效分析设计YESYESYESYESYESYESYESYESYESYESYES生产YESYESYESYESYESYESYESYESYESYES检查和试验YESYESYESYESYESYESYESYESYESYES贮存和运输YESYESYESYESYESYESYESYESYES安装YESYESYESYESYESYESYESYESYES维护和修理YESYESYESYESYESYESYESYESYESYES电子产品的静电防护设计内容•产品设计元器件的静电防护设计电路印制版组件的经典防护设计电子整机与系统的静电防护设计•过程设计准备过程设计(采购,入库检测,库房管理,生产前预加工等等)加工过程设计(生产线,测试线,老化房,半成品库存与保管等)运输,安装与维护过程设计)必须建立静电防护操作系统建立的目的:对静电敏感电子产品设计,加工,制造,安装,运输,失效分析,捆扎,包装,达标或挂标签等活动中,用手或工具接触产品时,遵守的静电防护特殊程序与方法,使静电损失最小系统主要内容:•训练有素并穿戴防静电衣服、鞋、帽和佩戴防静电腕带的操作人员。•满足防静电性能要求的工具、器具、材料和加工设备、仪表。•受控和满意的环境条件，包括湿度、温度、气压、电磁、接地等。•一套行之有效并得到贯彻实施的管理制度和操作程序、方法。述4个条件概括了实现静电防护操作的各项主、客观要素，体现了人与物、软件与硬件的结合防静电操作系统基本配置表元器件待验及元老器化件筛检选验工器件库房元器件预处理设计工艺实验室装配调试机房维修外场维修运输防静电元件存放架配配配配配配静电识别标签配配配配配配配配防静电元件盒（袋）配配配配配配配配配防静电桌垫配配配配配配配配配防静电地垫需需需需配防静电周转箱配配需配需配需配防静电运输车需配需需需配需需配防静电工作服配配配配配配配配配需配器材配置项配置部位防静电操作系统基本配置表(续)防静电腕带配配配配配配配配配配腕带监视器需需需需需导电鞋束需需需需配需防静电工作鞋需需需需需配配配需防静电工作手套配配配配配配配配配配需防静电烙铁配配配配配防静电吸用器配配配配配防静电印制板架配配配配需配静电电压表需配配配需需元器件待验及元老器化件筛检选验工器件库房元器件预处理设计工艺实验室装配调试机房维修外场维修运输防静电操作系统基本配置表(续)离子风静电消除器需配需需配需配需防静电维修箱（包）配防静电海绵泡沫需配需配需需需配防静电接大地线（带）配配配配配配配配配配防静电工作区标志牌配配配需需配配配配防静电文件袋配配配配配配配配需抗静电剂（溶液）需需需需需需需配需静电监测设备配需需配配配元器件待验及元老器化件筛检选验工器件库房元器件预处理设计工艺实验室装配调试机房维修外场维修运输防静电工作区操作系统配置实例图内各符号代表意识•AI一能够接地的轮子•A3一能够接地的工作表面•BI一腕带试验器•B2一鞋袜试验器•CI一腕带接线和腕带•C2一接地线•C3一静电放电接大地装置•C4一地•CS一大地连接点•C6一能够接地的点•C7一手套•CS一足跟带DI一电离器EI—工作面FI一带接地脚和靠垫的椅子G1一地板HI一工作服H2一工作帽I1一具有接地工作面的搁板I2一能够接地的物品架J一防护工作区警示标记个人工作台静电配置静电耗散工作服静电耗散台布接地的静电耗散座椅接地的静电耗散地板垫电导性地板导电鞋或防静电脚腕接地的静电耗散工作台防静电手腕测试器防静电手腕离子发生器静电放电对产品性能的影响静电放电不管发生发生在产品的哪个环节,对产品性能的影响都是很明显的1可靠性-----平均无故障时间,产品的使用环境和范围2可生产性-----生产环境,人员素质需求以及产品生产直通率3可维护性-----产品维护条件和环境4产品生命周期成本-----三静电防护与测试模型•在生产和操作中的静电放电是随机的,当然充电和放电也是参数不确定的.为了能建立电子器件和产品的抗静电放电性能,需建立静电放电模拟测试系统.同时对抗静电放电的性能,业界也要有相同的标准.•模拟测试系统必须能反映实际静电放电情形来建立.大量的放电现象,如果归结为一些模型,对生产和研究具有重要的意义.•经过多年的不断努力,人们把电子产品生产中常见的静电放电现象归结为常用的三个模型:人体模型,机器模型,充电器件模型.并由此形成了一系列国际标准和国家标准.如JEDECNo.22-114-B等静电模型的实例反映人体模型(HBM)---HumanBodyModel人体带电,与对接触地的器件,或器件的管脚间放电.能量不大,但时间快.一般10-100纳秒机器模型(MM)---MachineModel机器因接地不良等原因带电,对接触的器件放电.积聚的电荷可能很多.但静电电压较底.为高幅度短脉冲.充电器件模型(CDM)---ChargedDeviceModel器件接触带电体而带电,遇到地等产生放电,可在内部形成高压,产生击穿.电场感应模型(FIM)-----器件放于强电场中,在内部形成电压,击穿介质,三静电防护与测试模型-人体模型人体测试模型(HBM)人体测试模型的重要参数100pF的电容,通过开关元件和1500欧姆串联电阻向器件放电.电容为人体等效电容,要求10%的误差.电阻为人体的等效电阻,要求1%的误差.充电电阻一般为1-10M欧姆,高压继电器要求用无跳动型继电器,湿贡继电器或等效继电器.人体模型细化等效电路Cs为电阻和接插件的杂散电容理想为0.L1为