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1、ESD專題報告 什麼是靜電 原因 剝離 摩擦 感應 機制 物質因失去或得到電子而帶電 影響摩擦生電電量的因素 相對溼度 物質材料 摩擦頻率 接觸面積 材料的影響 正 Positive 空氣 人手 玻璃 毛髮 石英 尼龍 羊毛 絲綢 鋁 紙 棉 鋼 木 橡膠 金 多元脂 聚胺脂 聚乙烯 聚丙烯 乙烯基 矽 鐵弗龍 負 Negative 溫度 21 典型的ESD電壓 原因 電位不同物體間的電荷移轉不一定伴隨有電弧或火花發生 一般人體可以感受到的靜電電壓約為3kv以上 當靜電電壓低於此值時 許多半導體元件依舊非常容易受到靜電放電而致損壞 隱藏的危險 靜電放電 ESD對IC的威脅 人體 直接充電或放電
2、 電壓範圍 數百伏特到30KV機器 裝配 測試 蓋印及機械手臂環境 運輸 儲存 製造及使用 電壓範圍 數千伏特 靜電放電的模型 人體帶電模型 HumanBodyModel HBM 2kv 機器帶電模型 MachineModel MM 測試機台 自動插件機 SMT機台 200V 元件帶電模型 ChargedDeviceModel CDM 1KV 元件帶電模型 CDM 現代自動化組裝之製造環境中最重要的ESD模型 造成ESD故障的主要原因 CDMEvent的來源測試機台 自動插件 IC的包裝及運送過程產生 1 在1ns 毫微秒 內電流可上升到15A 1KV 放電時間在10ns以下 2 在高頻時 電
3、容幾乎可以視為短路 因此CDM電流會由GateOxide放電 電子元件ESD故障之構因 功率相關 熱崩潰 金屬熔融 電壓相關 介電質崩潰 潛在性故障 功能劣化 閘極退化 保護電路損害 放電抑制 PN接面退化 間歇性的失效 Power IESD VOperating ESDS元件敏感等級 HBM ESDSTM5 1 1998EIA JESD22 A114 B 2000ClassVoltageRangeClass0 250VClass1A250V 500VClass1B500V 1000VClass1C1000V 2000VClass22000V 4000VClass3A4000V 8000VCl
4、ass3B 8000V ESDS元件敏感等級 MM ESDSTM5 2 1999EIA JESD22 A115 A 1997ClassVoltageRangeClassM1 A 200VClassM2 B 200V 400VClassM3 C 400V ESDS元件敏感等級 CDM ESDSTM5 3 1 1999ClassVoltageRangeClassC1 125VClassC2125V 250VClassC3250V 500VClassC4500V 1000VClassC51000V 1500VClassC61500V 2000VClassC7 2000V EIA JESD22 C10
5、1 A 2000ClassVoltageRangeClassI 200VClassII200V 500VClassIII500V 1000VClassIV 1000V IC的ESD規格 HBMMMCDM Okay 2KV 200V 1KV Safe 4KV 400V 1 5KV Super 10KV 1KV 2KV 靜電防制專有名詞 SurfaceResistance 表面電阻 以二個電極放置於一材料表面上 加以一直流電壓 V 量測其通過之電流值 I 在計算出其電阻值 R 其單位為歐姆 SurfaceResistively 表面電阻率 均一材料的單位面積表面電阻 其單位為 square 其表面
6、電阻率與表面電阻間通常存在一比例 該比例與量測電極之幾何形狀有關 VolumeResistively 體積電阻率 即電阻率或稱電阻係數其單位為 cm 靜電防制材料特性定義 ConductiveMaterials 導電材料 表面電阻率小於1 105 square 或其體積電阻率小於1 104 cm的材料 1 104or1 105 StaticDissipativeMaterial靜電消散材料表面電阻率至少為1 105 square 1 1012 square 或體積電阻率至少為1 104 cm 1 1011 cm Anti StaticMaterial抗靜電材料 能抑制摩擦生電的材料 ESDAA
7、DV 1 0 能抑制摩擦生電至200V以下的材料 EIA 625 抗靜電材料並不需要量測其表面電阻率或體積電阻率來決定其特性 靜電防制材料特性定義 InsulatingMaterials 絕緣材料 表面電阻率大於1 1012 square 或其體積電阻率大於1 1011 cm的材料 EIA 625 1994 ESDAADV1 0 1994 StaticShieldingMaterial靜電屏蔽材料可防止元件遭受外界的靜電場破壞的一種防護屏障 EIA 625 基本法則 將工作區的所有導電物體接地 使其帶電不超過50V 用靜電電壓表確認工作區內的所有非導電物體帶電壓不超過300V or200V 如
8、果靜電無法避免 應確保靜電敏感零組件與帶電之表面保持足夠的距離 ESD問題的對策 1 搬運工具 若台車為絕緣輪 移動時易與地面摩擦而累積靜電 對策 更換為導電輪 拖鐵鍊 推高機不應行經舖有導電地板的區域 紙張 紙製標籤 在常溫長濕下可視為抗靜電材料 抗靜電衣 不易控管 成本高 PCB台車 拖鐵鍊 ESD問題的對策 2 手套的使用 靜電消散時間 2sec 還要帶靜電環 離子風扇 解決工作區內絕緣體的帶電問題 無線靜電環 只對2KV以上的靜電有效 導電地墊 可用於無導電地板的工作區 並搭配導電鞋 靜電環測試 功能 主要為防止HBM對於ESDS元件的破壞 型式 金屬 紡織品 錶帶式 鬆緊帶式 黏帶式
9、 安全性 必須要有限流電阻 通常約為1M 250V 1 4W 來保護人體安全 接地線與靜電環分離的拉力為1 5lb 若無限流電阻則必須以紅色標示 接地導線阻抗 必須小於1 25M 30V 環帶阻抗 1M 20 靜電環 接地導線阻抗 必須小於1 25M 30V 1M 靜電帶導電絲 環帶阻抗 1M 20 靜電環測試實例 靜電鞋套and拖鞋 靜電鞋 靜電鞋測試器規格 靜電環測試器規格 ESD問題的對策 3 靜電接地 工作檯面及作業人員 目的 使工作人員在同一電位上 地椿 建築物的金屬結構 金屬水管 建議 與市電地線間的電位差不要超過5V 或阻抗不超過25 人員防護 考慮人員碰觸電源時 通過人體電流
10、故必須要有1M限流電阻 接地系統 1 ESDS6 1 主要目的 將靜電防護設施接地 提供一個路徑使靜電消散材料 導電材料及個人接地設備在同一個電位上 減少ESDS元件受到破壞 人員安全防護 考慮人員碰觸電源時 通過人體的電流 故接觸人體的接地系統必須要有限流電阻 接地系統 2 靜電放電接地 能夠使靜電產生源 人或物 有放電的路徑 實接地 電子線路或設備和大地連接的導電接點 零電位差 一般工作檯接地系統 ESD接地點的量測 DC毆姆計 量測範圍0 1 1M 10 開路電壓必須大於1 5V ESD共地點到ESD防護材料或設備必須小於1 如果有保護電阻則必須加上其值 ESD共地點到Equipment
11、Ground必須小於1 工作檯接地系統 工作檯表面的量測 ESDS4 1 1997 主要目的 使用標準的量測設備 量測靜電放電防護工作表面之表面電阻質以評估其特性 其他標準 ASTMF150andNFPA99 測試設備 1 可提供100V和10V測試電壓 誤差在10 以內的高電阻計 量測範圍由10K 100G 2 2只5lb 直徑2 5 的測試電極 工作檯表面的量測 高電阻計 ResistancePoint to Point 1M 高電阻計 Resistancetoground 1 106 to1 109 距離10 固定式工作檯 接地扣 活動式工作檯 地面材料電阻特性測試 ANSIESDS7
12、1 1994 測試目的 量測地面材料的電阻特性 其量測結果為非電阻率 靜電防護地板須配合靜電防護鞋 鞋環 輪子及裝載器具使用 其他標準 ASTMF150 NFPA99andDIN51953 測試設備 1 可提供100V和10V誤差在10 以內的高電阻計 量測範圍由10K 100G 2 2只5lb 直徑2 5 的電極 地面材料的量測 1 ResistancetoGround每5000Sq ft 464 5m2 必須測試五點 2 ResistancePoint to Point每5000Sq ft必須測試五區 每區測試點間的距離應至少為36 表面電阻 率 測試 測試目的 量測一個ESDS包裝材料的
13、表面電阻率 來評估其靜電防護的特性 標準 ASTMD 257 ANSIESDS11 11 1993 測試設備 1 可提供100V和10V誤差在10 以內的高電阻計 量測範圍由1K 10T 之電極 2 測試時間為10T 檢查5次之穩定時間平均值加5秒 表面電阻 率 測試 靜電消散時間測試 測試目的 評估靜電防護材料被間接或直接充電後 其電荷自然衰退所需的時間 標準 FTS101C 4046 1 EIA 541 測試設備 1 可充電至 5kv再放電至50V 正負各執行3次 2 放電時間不得大於2秒 抗靜電材料 1 抗靜電材料 2 抗靜電材料 3 靜電消散材料 靜電放電屏蔽測試 測試目的 決定靜電放
14、電屏蔽袋的效果 標準 EIA 541 ANSIESDS11 31 1994 測試設備 1 可提供1KV電壓 放電RC迴路200pF 400K 測試器 2 放置時間48 72小時 靜電屏蔽材料 靜電防制作業測試標準 U S Military DepartmentofDefense 美軍規範 ASTMAmericanSocietyforTestingandMaterials NFPANationalFireProtectionAssociation JEDECJointElectronDeviceEngineeringCouncil IECInternationalElectrotechnicalCommission ESDAESDAssociation
