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1、 惠州市直通电源有限公司.培训资料 ESD 基础知识 工程技术部 2003-04 Page:1of12ESD 基础知识惠州直通电源有限公司 惠州市直通电源有限公司.培训资料 ESD 基础知识 工程技术部 2003-04 Page:2of12目 录前 言3第一章 静电基本理论4-5第二章 ESD 及其危害6-8第三章 ESD 控制9-12 惠州市直通电源有限公司.培训资料 ESD 基础知识 工程技术部 2003-04 Page:3of12前 言九十年代是电子工业高速发展的时期，日益剧烈的竞争，使得企业必须不断地降低制造成本，提升产品质量，才能在竞争中求生存，才有可能永续经营。对于电子工业，ESD
2、 对产品的质量、产品的可靠性、生产效率等都有非常大的影响，专家们估计，由于 ESD 损坏的电子产品，可达制程损坏 833%的范围之多。可见，在制程控制方面，电子产品生产环境的 ESD 控制，仍是品质改进的关键要素之一。我们公司于 2000 年初才真正开始电子产品的生产制造，对于电子产品的质量管控，我们需要不断努力去做好，而在制程 ESD 控制方面，我们亦必须采取有效的措施去预防电子产品被损坏，因此，在去实施预防控制之前，我们应该对 ESD 的相关基础知识有比较全面的了解及理解，才能很好地去运用这些知识去订定方案去防止 ESD 问题对产品的损坏。 惠州市直通电源有限公司.培训资料 ESD 基础知
3、识 工程技术部 2003-04 Page:4of12第一章 静电基本理论一 静电的定义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，它亦是通过电子或离子转移而形成的。二 静电的特点1在一般工业生产中，静电具有高电位、低电量、小电流和作用时间短的特点，设备或物体上的静电位最高可达数万伏至数十万伏；在正常操作条件下也常达数百或数千伏，这远比市用低压电 220380V 高得多，但所积累的静电量却很低，静电电流多为微安级；作用时间多为微秒级。2静电受环境条件，特别是湿度的影响较大，湿度越小，则越容易产生静电；静电测量时复现性差，瞬
4、间现象多。三 静电的产生原理1 静电的产生。静电一般由物体通过接触，分离而产生。主要产生方式为摩擦；冷冻，电解，温差，接触等同样会产生静电。其基本过程可归纳为：接触电荷转移偶电层形成电荷分离2 静电产生的原理。从微观角度来看，一般来说，物体是由一种叫原子的微粒构成的，而原子是由带正电（）的质子和带负电（）的电子及不带电的中子组成，一般物体具有相同数量的质子及电子，所以整体上不带电，当两物体紧密接触后分离，电子就会从一个原子转移到另一个原子上，从而造成两物体所带电子数量不相等：得到电子之物体带负电，失去电子的物体则带正电，所以均会呈现出电性。电子转移的多少，与物体间的接触面积、分离速度、相对潮湿
5、度等有很大的关系。四材料的特性以及其对静电的影响。实际上，所有的物体，包括水和空气中的尘埃微粒，都能够摩擦起电，但一般在导电性较强的物体上静电现象一般难于体现，这主要是与物体的导电特性有关。1 绝缘材料能够阻止或限制电流（子）从其表面或内部流动的材料。绝缘材料具有很高的阻抗，由于电子不易在绝缘体上流动，所以正负电荷能够同时留在其表面不同位置，即使其表面某一位置的多余电子与另一位置欠缺的电子数量相等，理论上可以中和而呈现中性（不带电） ，但由于在绝缘体上电子很难流动，不同位置的电荷很难中和，那幺会它们会存留在原处很长一段时间而呈现电性。2导电材料 惠州市直通电源有限公司.培训资料 ESD 基础知
6、识 工程技术部 2003-04 Page:5of12导电材料具有较低的阻抗，电子在其表面或内部能容易流动。当导体上有过剩或不足之电子时，它们均能很均匀地分布，当带电的导体与另外导体接触，这些电子很容易转移，假如另一导体接地，则多余的电子会流向大地而达到电荷中和呈不带电状态。2 静电耗散材料电阻率介于导体和绝缘体之间，表面电阻率等于或大于 105cm 2但小于 1012cm 2，体积电阻率等于或大于 104.cm 2 ,但小于 1011.cm 2的材料，这种材料的静电荷在其表面移动速率远低于导体，但高于绝缘体，当受到摩擦时，表面产生的电荷可以较快地扩散和泄漏，不会造成材料放电，可作为 ESD 防
7、护材料。五 静电的危害1 静电吸咐物体正负电荷失衡，形成静电位，从而产生电、磁场，其磁场力使生产现场的浮游尘埃被吸咐于 IC 及其它元器件上，以影响元器件使用寿命及使其工作失效。2 静电放电（ ESD）引起元器件击穿制造流程加工中，由于产品与人或其它物体接触分离，摩擦，感应等作用使工作人员，工具，工作台面之器件，包装容器等产生静电，其聚集过多释放，产生瞬时高压，远超元器件破坏性电压，从而使元器件击穿。3 静电感应制造过程中产生的静电源（人体，工作服，工作台等） ，形成静电场，从而使置于其中的元器件感应出正或负静电荷，造成损害。4 静电的积累及释放1）绝缘体最易积累静电，能高达上万伏，且不能通过
8、接地导走。2）金属体亦可以积累静电，但可以通过接地导走电荷。3）静电的积累与释放时刻都在进行（物质之间或物质向空气中） 。4）产品上的静电积累太高或释放速度太快，便会造成产品 ESD。 六静电实例A 冬天脱衣服时产生的火花；B 摩擦一些非金属物品，如计算器，圆珠笔，线，胶管，胶盒，DP 碟盒，螺丝柄等能吸附一些薄纸片。C 开关电视机或生产线上的电脑屏幕时，从屏幕上会辐射出电场，并伴有响声。D 地毯上当人行走时，产生静电高达 5000V。E 非静电衣袖与桌面摩擦，静电高达 800V。F 人不带手腕带，人与坐凳摩擦，静电高达 600V。G 电脑开机时以及局炉开关运作时，其静电电磁波造成辐射电场损坏
9、产品。H 产品放在离电源线近的地方，有交变电场造成感应静电场损坏产品。 惠州市直通电源有限公司.培训资料 ESD 基础知识 工程技术部 2003-04 Page:6of12第二章 ESD 及其危害一 ESD 的定义ESD 指的是静电放电（ElectroStatic Discharge）通常发生在不同电位势的物体相互靠近或接触的瞬间，电荷由一个物体转移到另外一个物质，它们之间的关系遵循以下基本公式：其中表示电压， 表示电荷数量， 表示电容。*所以即使电荷不多，只要电容足够小，也可以产生很高的静电电压，静电最常用的单位是伏或毫安。二ESD 的分类 极尖位有黑点，在镜下能看到 极尖位正常，但电阻变化
10、超过.欧姆，可通过万用表测试 极尖正常，但 DP 参数（如 TAA；COV Pin 等方面） ，有些通过 DP tester测试，但有些不可通过 DP tester 测试。静电坏品无论从各方面比较，其性能都比正常产品差，所以，不能返工静电坏品。三ESD 的损伤模型和失效模式。 半导体器件的生产、封装、传递、试验、运输整机调试及现场运行，都可能因静电放电损伤而失效。ESD 引起半导体器件损伤，使器件立即失效的几率约为 10（短路，断路，无功能，参数不符要求） ，而 90的器件则是引起潜在性损伤，损伤后电参数仍符合规定要求，但减弱了器件抗过电应力的能力，在使用时容易出现早期失效。因而静电损伤不仅不
11、易发现，而且还会严重危害器件的可靠性。1 ESD 损伤其产生的根源在于流向产品的静电或释放静电过高所致。其可分为三类基本模型。1）组件自身放电模型 CMD（ Charge Device Model）组件向被接触物体作电荷转移的快速放电。产品由于摩擦或处在电场中，其尖端部分必然会带上电荷，当产品接触其它导电体时，电荷会剧烈释放。例如：在使用金属钳时，切忌去接触HGA 线尾或板仔，以防止产品与金属直接接触，L/G 夹具由于其表面为金属，其表面也须覆盖一层防静电材料。2）人体带电模型 HBM（ Human Body Model）人体接触组件时身体放电。例如，人体带有静电时，用手指去触摸产品，静电从皮
12、肤表面向产品释放。 惠州市直通电源有限公司.培训资料 ESD 基础知识 工程技术部 2003-04 Page:7of12通常人体电容量为 100250PF，它取决于人体与地的接近程度及其它多种因素。人体电阻值为12K，它包括人体与被放电器件间的接触电阻，这取决于接触压力和皮肤的湿度。在放电过程中，这些能量约以十分之一微秒的时间通过人体和器件电阻释放，并耗散在人体和器件电阻上，在这样短的时间内，平均脉冲功率可达几千瓦。如此大功率的短脉冲，足以烧毁器件。3）电场感应模型 FIM （ Field Induced Model）当器件处于静电场环境中时，由于电场力的作用，器件内部将感应出电荷及引起电位差
13、，所感应的电位差可以引起器件的击穿，或位于静电场的器件马上接地，则器件上的电荷会转移大地从而放电。2 ESD 损伤的失效模式1） 突发性完全失效突发性完全失效是器件的一个或多个电参数突然劣化，完全失去功能的一种失效。通常表现为开路，短路以及电参数严重漂移。 与电压相关的失效：如介质击穿，PN 结反向漏电、增大、金属体损伤等。 与功率有关的失效：如金属熔化，多晶电阻断，硅片局部区域熔化等。2） 潜在性缓慢失效对某些集成电路，虽然 PN 结已受到 ESD 损伤，但电路的电参数退化并不明显，仍能正常工作，只给电路留下了隐患，但该电路在以后的加电工作中，参数退化逐渐加重，从而使产品失去功能，这种失效在现有的技术条件下几乎无法鉴别3) 常见的静电放电损伤失效现象 高频小功率二极管：反向漏电流增加，击穿电压降低正向压降减小，电极金属变质等 高频小功率三极管：EB 结反向漏电流增大。 值减小，噪声系数增大，电极金属变质。 MO
