工厂静电防护制度

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1、第四部分工厂静电防护程序 2小时 静电防护制度与ESD控制程序静电防护事件与事件统计岗位与区域静电指标和达标活动静电防护纳入企业QCC活动中ANSI ESDS20 20 1999ESD防护程序介绍 静电防护制度与ESD控制大纲 职能部门 要素 表示考虑 表示不考虑 静电防护制度与ESD控制 设计 元器件的防护设计印制电路板和组件的防护设计电子整机和系统的防护设计 元器件静电防护设计基本概念 为了避免集成电路在生产过程中被静电放电所损伤 在集成电路内皆有制作静电放电防护电路 静电放电防护电路是集成电路上专门用来做静电放电防护之用的特殊电路 此静电放电防护电路提供了ESD电流路径 以免ESD放电时

2、电流流入IC内部电路而造成损伤 元器件设计重点 CMOS为例 人体放电模式 HBM 与机器放电模式 MM 之ESD来自外界 所以ESD防护电路都是做在焊垫PAD的旁边 在输出PAD 其输出级大尺寸的PMOS及NMOS组件本身便可当做ESD防謢组件来用 但是其布局方式必须遵守设计规则 DesignRules 中有关ESD布局方面的规定 在输入PAD 因CMOS集成电路的输入PAD一般都是连接到MOS组件的闸极 gate 闸极氧化层是容易被ESD所打穿 因此在输入垫的旁边会做一组ESD防护电路来保护输入级的组件 在VDDpad与VSSpad的旁边也要做ESD防护电路 因为VDD与VSS脚之间也可能

3、遭受ESD的放电 元器件设计重点 CMOS为例 ESD防护电路的安排必须全方位地考虑到ESD测试的各种组合 因为一颗IC的ESDfailurethreshold是看整颗IC所有脚中 在各种测试模式下 最低之ESD耐压值为该颗IC的ESDfailurethreshold 一个全芯片ESD防护电路的一个全芯片ESD防护电路的安排要如图所示 在图中 Inputpad与Outputpad要具有防护PS NS PD 及ND四种模式的静电放电 另外 VDD到VSS也要有ESD防护电路 元器件设计重点 CMOS为例 全方位静电放电防护电路的安排 元器件设计重点 CMOS为例 异常静电放电损伤集成电路内部电路

4、的示意图 元器件设计重点 CMOS为例 在集成电路中加入ESD防护电路 该ESD防护电路要发挥防护效果 以避免集成电路内的组件被ESD所损伤 当ESD电压出现在I O脚位上时 制作于该I OPad旁的ESD防护电路必须要能够及早地导通来排放ESD放电电流 因此 ESD防护电路内所使用的组件必须要具有较低的崩溃电压 breakdownvoltage 或较快的导通速度 在CMOS集成电路中 可用来做ESD防护的组件如下列所示 1 电阻 Diffusionorpolyresistor 2 二极管 p njunction 3 金氧半 MOS 组件 NMOSorPMOS 4 厚氧化层组件 Field o

5、xidedevice 5 寄生的双级型组件 Bipolarjunctiontransistor 6 寄生的硅控整流器组件 SCRdevice p n p nstructure 设计实例 设计实例 利用上述的各种组件可以组合成不同型式的ESD防护电路 常见的输入级ESD防护如图所示 在图中有五种不同的设计 其ESD耐压能力也各不相同 表 显示各种组件在同一0 8微米CMOS制程下之ESD耐压能力 组件的布局面积越大 耐压度当然会提升 因此我们可以用单位布局面积上的ESD承受能力来做比较 在表中 横向硅控整流器 lateralSCR 组件具有明显的优越性 在高集积度的要求下 SCR组件可以在较小的

6、布局面积下提供CMOS集成电路较高的ESD防护能力 设计实例 各种组件在0 8微米CMOS制程下ESD耐压能力之比较 CMOS的LVTSCR Low VoltageTriggeringSCR 低电压触发硅控整流器 互补式LVTSCR组件的设计 CMOS输出级的晶体管组件 互补式的闸极耦合静电放电防护电路 互补式的闸极耦合静电放电防护电路 图6 4 3 实现 图6 4 4 图6 4 5 通过寄生电容实现 电子原器件的防护设计 印制电路板和组件的防护设计 一元器件的选择与控制首要的问题是组件的设计者应尽可能选用自身带有防护设计的敏感元器件敏感元器件装联在印制线路板组件之中 并不减少其对静电放电的敏

7、感6险 反而因为在这些敏感元器件装人组件之前及在装联操作当中 因包装 储运 检测 焊接 测试等工序 可能已使元器件的静电防护能力有所降低 即已形成潜在失效 满足组功能要求的前提下 应尽量使用敏感电压阈值高的元器件 因为一个组件的静电放电敏感度决定于该组件内敏感电压阈值最低的元器件 印制板组件的设计者 在组件定型之前应当进行元期间的选择比较试验 确定满意的供应品厂家 对于已定型的组件产品 在每批装联之前 对敏感元器件 尤其是决定着组件抗静电放电能力的关键元器件 应采取质量抽查控制 以维持静电防电电压数值范围的一致 印制电路板和组件的防护设计 防护设计措施模拟开关外 限制输出电流能避免CMOS电路

8、产生栓锁效应 解决办法是用一只电阻器来把每一个输出端同其电缆线隔开 并且用二只高速开关二极管把电缆线钳位到VDD 漏极电源 和VSS 源极电源 上CMOS电路系统和机械接点之间有时需要长的输人电缆线 这时便增加了受电磁于扰的可能性 应考虑使用滤波器网络 同时 长的输人线路必然伴随着较大的分布电容和分h电感 很容易形成LC自激振荡 特别是当在输人端有负振荡电压产生时有可能导致保护网经的二极管烧损 解决此问题的简单而实用的方法是在输人端串接一个电阻器对于双极型器件的敏感输人端 使用电阻值相对大的电阻器和至少100PF的电容器组成的RC网络 可以减低静电放电的影响如果电路特性有要求可采用在任一极性上

9、可钳位到0 5V电压的两个并联二极管 使输人端短路到地当没有串联电阻器 短路器 钳位或其他保护措施时 印制线路板组件上的敏感元器件的引线不应直接连接到连接器的端子上加去耦电容器 设置一个固紧到相应接地端的边界保护环 应避免已装联到印制线路板上的CMOS器件的输人端被悬空对于最敏感的元器件设置专门的局部屏蔽措施 印制电路板和组件的防护设计 对组件使用防护层或保护罩 以限制接触或靠近组件上的敏感元器件 使用双面板比使用单面板好 使用多层印制板是最理想的 这是因为后者不但有较好的屏蔽效果 而且限制了人们接触与敏感元器件管脚相连的导体的可能性 MOS器件所有不用的多余输人引线不允许悬空 这是因为输人端

10、一旦悬空 输人电位将处于不定状态 不但会破坏电路的正常逻辑关系 而且因其输人电阻高 易产生静电击穿 外界噪声干扰等 避免把器件的敏感引线通到印制线路板的边缘 连接器或其他人体可能接触到的点 3采取防高频辐射的设计措 多余管脚的处理 印制电路板和组件的防护设计 电子整机与系统的静电防护设计 实现静电防护设计最有效的方法是使用法拉第筒 将系统或设备予以屏蔽将所有电缆予以屏蔽并尽量减少其长度 尽量减少面板和固紧装置上的机械开口以及孔 缝等 使所有的暴露元器件和金属构件接地 利用导电衬垫或类似的零件来密封门和面板上的开口 前面板上的安装零件尽量使用四式的 以减少静电放电事件的可能性 在设备上提供接地腕

11、带的接头以方便操作人员接地使用 接口电路尽量采用对静电放电不敏感的元器件 与静电放电敏感电路连接的设备外接连接器应采用静电放电保护帽 盖 结构 安装印制线路板组件的面板应采用金属制成件并接地 其上的连接端子应为凹式的 机内元器件和组件的布置应将静电放电敏感元器件远离能产生静电场的部件 如排风扇等 静电放电敏感产品应设置与大地或大系统金属外壳相连接的接地端子 在设计含有键盘 控制板 手动控制器或锁键系统时 应做到能使操作人员的人体静电 电子产品的静电防护操作 1 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 2 满足防静电性能要求的工具 器具 材料和加工设备 仪表 3 受控和满意的

12、环境条件 包括湿度 温度 气压 电磁 接地等 4 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 实施静电防护的12个关键因素 1有效的实施规划2管理层承诺3长期坚持4有ESD防护活力的领导团队5切实的需求6为达到可度量的目标进行培训7用科学的方法进行审计 稽查8ESD测试设施9沟通程序10系统性规划11人力因素工程12持续改进 由LUCENT提出 静电防护的15大错误的认识 1 小 公司不能拥有象大公司一样的ESD控制程序2PWB组件对ESD不敏感3对所有的区域只要一个ESD分类即可4人体模型对探测ESD敏感度以足够5气体流动导致充电6只有金属或高导电屏蔽层就足够了 7高导电材料提供更

13、好的保护8接地的金属对ESD敏感器件和组件是安全的9有内部的ESD保护设计 ESD处理控制即可免除10防静电服是ESD程序的必须的 113英尺规则是ESD安全的一个重要措施12先碰一下地的做法是有效的13一个脚接地可以提供充分的保护14戴防静电手腕的的人在ESD工作台上不会损坏静电敏感器件和组件15对ESD材料供应商提供的数据可以毫无疑问的接受 实施ESD控制程序的基本步骤 第一步学习并理解ESD控制技术第二步收集ESD防护控制的经济利益的科学依据第三步建立一个有活力的ESD领导团队第四步开发一套通用的实施规划第五步制定或采用一套符合实际的可行的需求第六步制定详尽的政策声明 包括个人繁荣职责第

14、七步向管理层提交一个演示报告第八步建立高层承诺第九步开发详尽的ESD管理程序第十步向中低层管理人员贯彻ESD防护程序第十一步开始置办ESD控制设施第十二步对所有员工包括管理人员进行培训第十三步培训之后立即使用ESD设施第十四步开始进行ESD统计过程控制第十五步对所有制造部门进行内部稽查第十六步用图表定期向所有管理层汇报稽查结果第十七步持续改进过程 静电防护事件与事件统计 静电防护是随机的 但又是普遍存在的 静电放电的危害是通过一系列活动产生的 我们把与静电防护相关的事物叫静电防护事件 静电防护的四个方面决定了又四大类防护事件静电产生事件 静电避免事件静电耗散事件 静电积累事件静电中和事件 静电

15、检测事件管理与培训事件 静电防护事件与事件统计 建立和积累事件列表 事件分类 经常事件 偶然事件 尽可能多的开发事件的标准动作和步骤 固定事件 岗位工作描述 岗位操作分解 ESD体现分析 岗位ESD需求 ESD环境 ESD工具 岗位ESD事件定制 岗位ESD控制手册 对岗位工人的现场ESD防护培训 建立岗位稽查和SPC控制法 不断完善和科学的核检表和事件判别标准 持续过程改进 岗位与区域静电指标和达标活动 在统计的基础上 开展岗位与区域静电防护达标活动关注各种可能事件的ESD最大值 建立ESD事件指标 大小类 频度类等如负责ESD管理的质保工程师 按要定期的稽查活动的指标 静电防护纳入企业QC

16、C活动中 如有必要成立ESDQCC活动小组 激发员工的参与意识 提出ESD改进建议和不断优化过程通过ESDQCC小组的标准质量活动 认识ESD事件 增强ESD防护意识 建立ESD统计方法 积累ESD基础数据 提高达标率 建立QCC领导小组和奖励政策 QCC活动可定期进行 ANSI ESDS20 20 1999ESD防护程序介绍 国际通用的标准防护程序 ESDAssociationStandardfortheDevelopmentofanElectrostaticDischargeControlProgramfor ProtectionofElectricalandElectronicParts AssembliesandEquipment ExcludingElectricallyInitiatedExplosiveDevices ANSI ESD S20 20 1999 主要内容 ESD控制程序ESD控制指导ESD程序定制ESD控制管理需求ESD控制计划ESD计划需求ESD计划指导培训计划认证计划ESD控制计划技术需求 接地 BONDING系统人体接地保护区域包装标记设备处理 设备地