ESD培训文稿

ESD（靜電放電）ElectroStaticDischargeESD标准：ANSI/ESDS20.20Americannationalstandardinstitue1.ESD介绍（原理）2.ESD形成方式及其危害3.ESD几种模型4.ESD识别和控制5.ESD管制6.ESD推广ElectricalOverStress(EOS)-Theexposureofanitemtoacurrentorvoltagebeyonditsmaximumratings.EOS-指一個IC材料受到超過其所能負荷的電壓,電流而遭受到破壞的狀態Definitions定義ElectrostaticDischarge(ESD)-Thetransferofelectrostaticchargebetweenbodiesorsurfacesatdifferentelectrostaticpotential.ESDisasubsetofEOS.ESD-即靜電放電之意.指不同電位的二個物體之間產生的電荷急驟流動的現象.4ESD即ElectroStaticDischarge是静电放电的意思。“两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场的感应引起两个物体间静电荷的转移。静电场的能量达到一定程度下，击穿期间介质而进行放电的现象就是静电放电”。静电产生的根源4静电产生的根源当原子的平衡被破坏时，即核外的电子脱离原来的原子子核时，或增加了核外电子的时候，原子就带电荷了。被挖墙角的就带了正电，挖了别人墙角的就带了负电。物体是由原子组成的，当某一个物体整体形势都带负电或正电时候，静电荷就产生了。物体是有千万个原子形成，其内部也有电荷，但没有成趋势，一般不会造成伤害，这里不讨论，我们关注的是物体之间。但有一种物体除外，就是IC，在静电模式CDM环节提到。静电产生的几种方式在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负离子就会转移。针对导电材料而言，同电子能在它的表面自由移动，如与带电物体接触，将发生电荷转移。见图摩擦感应：接触充电：电离（极化）：静电产生的几种方式美國Ti公司對某一年對客戶失效器件原因進行分析統計的結果見下表，從中可以看到由EOS/ESD引起的失效占總數的47%。EOS/ESD装联设计未解?的未证?的晶片制造靜電對電子工業的危害当代﹐隨著電路的密度越來越大﹐加上産生和積累靜電的材料如塑膠﹑橡膠等大量使用﹐使得靜電越來越普遍存在﹐僅美國電子工業每年因靜電造成的損失達幾百億美元﹐因此靜電防護已成爲電子工業的隱形殺手。静电对电子产品会产生哪些影响：静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流。这三种特性能对电子元件的种影响：降低元件绝缘电阻（缩短寿命）INT元件受损不能工作(完全破坏)元件受伤（潜在损伤）对电子产品造成干扰甚至损坏（电磁干扰）静电吸附灰尘静电放电破坏静电放电电场或电流产生的热静电放电产生的电磁场幅度很大、频谱极宽静电对日常生活哪些影响：火灾油罐车着火加油站起火油气生产加工过程失火头发难梳理穿脱衣物产生电火花门把手，电梯扶手“麻手”保护膜，手袋难撕开某些小物件难分离ESD损伤的特点（绝大部分）看不可见，（绝大部分）感觉不到，闻不到有些元件受损，但性能无明显下降静电的产生具有随机性静电造成的损失很难辨识除带来经济损失外，还会对各层次的制造商声誉带来很大影响隐蔽性潜在性随机性复杂性严重性ESD的几种模式：HBM模型（humanbodymodel)ESD的几种模式：HBM模型（humanbodymodel)ESD的几种模式：HBM模型（humanbodymodel)ESD的几种模式：HBM模型（humanbodymodel)ESD的几种模式：MM模型（machinemodel)ESD的几种模式：MM模型（machinemodel)ESD的几种模式：CDM模型（chargeddevicemodel)靜電放電除了有人體放電模式與機器放電模式之外，另有元件充電模式之靜電放電現象。元件充電模式之靜電電荷是先儲存在浮接的(floating)積體電路基體(substrate)之中，然後再經由突然接地的腳位而放電出來，亦即靜電放電電流的產生不是來自IC外界的靜電，卻反而是來自IC內部的基體。由於積體電路是處於浮接狀態，累積其中的靜電電荷因同性相斥之物理現象而均勻分佈在積體電路之中。然而積體電路的元件都只製作於晶片表面約幾微米的厚度而已，例如在一0.6微米的CMOS製程技術中，其N-well的深度僅約2微米，N+或P+擴散層(diffusion)的深度僅約0.2微米，但一晶片的厚度約有500~600微米，因此大部份的靜電電荷是儲存在積體電路的基體(substrate)之中。當一具有元件充電模式靜電電荷之積體電路的某一腳位突然接觸到地時，累積在該積體電路內的所有靜電電荷便集中向這一接地的某一腳位而產生放電電流，此種靜電放電電流是由積體電路的內部經由接地的腳位而流出積體電路之外.这就是设计者要考虑到又难克服的技术因素人们对静电的感知See8000VHear6000VTouch3000VComponentDamage15-30VESD的控制有效的静电控制把静电保护设计到元件和产品内消除产生静电的材料与过程驱散或中和静电放电提供对静电放电的物理保护检测过程与环境防靜電鞋的測試-----鞋底电阻105～108(Ω)。----把開關打到測試鞋的位置。防靜電手環測試儀注意﹕要緊貼皮膚。防靜電手套识别离子吹風机1---------作用距离:1m,其中0.3～0.8m范围内的消电效率优于98%靜電敏感元件-------所有含CPU﹑IC﹑敏感晶體的電路板和單體CPU﹑IC﹑敏感晶體都屬於靜電敏感材料﹐需ESD防護(不在靜電安全工作站時﹐應放在完全封閉的靜電防護容器內)。PCCL定義靜電敏感材料﹕1.IC類(積體電路);2.三極管(CMOS管,電晶體等);3.Sensor類(CMOS,CCD,等);4.二極體.5.PCB元件;6.其它半導體元件.靜電防護等級------A級要求最嚴格，並依B、C、D逐級降低。A級﹕區域內靜電電壓小於50V。B級﹕區域內靜電電壓小於100V。C級﹕區域內靜電電壓小於200V。適用范圍:所有接觸到靜電敏感零件,組件,半成品的地方,包括生產車間,車間物料區域,工程辦公室,SQA辦公室,倉庫等防護區域.D級﹕區域內靜電電壓小於4000V。適用范圍:生產車間靜電防護區域內相關成品站.------A&B類適用范圍:特殊靜電元件,組件防護區域.---此類由工程專案按機種於作業書定義.機修工位統一使用B級防護.CautionSign提醒看板SDcautionsignsshallbepostedateachESDprotectedworkstationand/orattheentrancesofdefinedESDprotectedareas.靜電警告標誌必須置於每一個無靜電工作桌,且或在每個靜電防護區域的入口處.警告標誌可如下或類似者:Caution注意StaticCanDamageComponents靜電會破壞材料HandleItemsonlyinAccordancewithESDspecification處理材料必須依照靜電規格行之ESD防护的基本技术手段1.等电位2.接地3.中和4.阻值控制5.静电场屏蔽6.湿度控制7.材料选择和工艺控制避免产生静电8.敏感器件的标注9.保护电路和结构设计提高抗静电能力静电防护的基本方法静电的防护措施泄漏中和屏蔽提供泄漏通道流掉静电荷提供相反符号的带电粒子中和掉静电荷提供具有屏蔽功能的环境屏蔽静电泄漏1、采用具有耗散性的材料。如：防静电台垫、防静电工作服（帽）、防静电椅、防静电物料盒、防静电袋、防静电周转箱（盘）等。2、接地。设备、工装、工具接地、台垫、人体使用手腕带接地。静电的防护措施中和利用离子风机吹出离子化空气流中和积累在绝缘体表面产生的静电荷。静电的防护措施绝缘体表面绝缘体表面屏蔽避免器件受静电感应而带静电,如采用防静电屏蔽袋包装元器件。静电的防护措施++++++++_____+++++建立防静电工作区（EPA)EPA（electrostaticdischargeprotectedarea）的含义就是静电放电保护工作区EPA就是能够提供器件保护条件的工作区域ESDS器件警示标志ESDS保护标志共同接地点标志ESD防护材料界定ConductiveMaterials导电材料：表面电阻率小于1x105Ω/square,或其体积电阻率小于1x104Ω-CMStaticDissipativeMaterial静电耗散材料：表面电阻率1x105Ω/square——1x1012Ω/square,或其体积电阻率1x104Ω-CM——1x1011Ω-CMAnti-StaticMaterial抗静电材料：-能抑制摩擦生电的材料-摩擦电压200V以下的材料-抗静电材料没有表面电阻率或体积电阻率的要求.