《[精选]IPQCESD训练教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[精选]IPQCESD训练教材（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 什麼是靜電放電 (ESD) 嚴寒的冬天，當您脫下暖和的毛衣，您會聽到嗶嗶啪啪聲 乾燥的冷天，當伸手去開車門或窗戶，會感到觸電的感覺 用手去撫摸家裡的貓，您會發現貓竟然怒髮衝冠 這些就是靜電瞬間洩放(ESD)所主導產生的現象 ESD-ELECTRO STATIC Discharge 其實靜電並不僅由人為才會產生，例如 空中對流的雲層 沙漠中隨風飄起的砂,IPQC ESD 訓練教材(二),1, 靜電如何形成 靜電是史載最早發現的一種電 靜電其實是自從有人類以來，就影響著人類的生活 西元前 640年， 希臘哲學家 THACES 把琥珀(Amber) 摩擦後發現可以吸附毛髮，而開始知道靜電的存在 靜
2、電的形成 導 體 具有可移動的電子或價電子 (Valence Electrons) 在原子 結構的最外層，亦即受原子核 (Nuclei) 的束縛最小，當受到外來電場的吸引而移動 (產生電流) ，此類物質稱為導體 絕緣體 缺乏上述可移動的電子或價電子的物質，稱為絕緣体,2,IPQC ESD 訓練教材(二),以物体抗靜導電性來區分材質 導電性 (Conductive)材質: 表面店電阻係數在 105/square 以下 靜電衰減性(Static Dissipative)材質:表面電阻係數介於105 1012 /square 抗靜電性(Anti-Static)材質:表面電阻係數介於109 1012
3、/square 絕緣体(Insulator)材質:表面電阻係數介於 1012 /square以上 摩擦生電,3,7P+,7P+,7P+,7P+,e -,e -,e -,e -,e -,e -,e -,平衡原子 1,e -,平衡原子 2,帶負電原子,帶正電原子,e -,e -,e -,e -,e -,e -,e -,摩 擦,e -,e -,e -,e -,e -,e -,e -,e -,e -,e -,e -,e -,e -,IPQC ESD 訓練教材(二),物質產生靜電大小排列如下表，其中愈正性與愈負性物質互相摩擦產生之靜電愈大 Air 空氣 Amber 琥珀 Asbestos石棉Acetat
4、e Rayon 人造絲 Aluminum 鋁 Brass , Silver 黃銅 , 銀 Cotton 棉 Gold , Platinum金 , 白金 Fur 皮革 Hard Rubber 橡膠 Glass 玻璃 Orlon 奧龍 Hands 手 Polyester 多元脂 Human Hair 頭髮 Poly urethane PU聚亞氨脂 Lead Hand 石墨 Polyvinyl PVC聚氯乙烯 Mica 雲母石 Polyethylene PE聚乙烯 Nylon 尼龍 PolypropylenePE聚丙烯 Paper 紙 Sealing Wax 蠟 Rabbit Fur 兔毛 Sili
5、con 矽 Silk 絲 Sulfur 硫磺 Steel 鋼絲 Teflon 鐵弗龍 Wool 羊毛 Nickel , Copper鎳 , 銅 Wood 木材,4,Negative 負 性 ( - ),Positive 正 性 ( + ),IPQC ESD 訓練教材(二), 靜電就在您的週圍 人在走路或跑步就可以產生可觀的靜電， 下面是一個量測人體靜電的實驗 靜電壓量表 不銹鋼板 人(不帶靜電環) (Static Locator) ( 12x 12),絕緣架,量測時溫度為24.5，相對濕度 RH 為55 %,一般地面,5,鞋子(皮鞋或球鞋),導 線,IPQC ESD 訓練教材(二), A)上述
6、條件測量結果 所穿鞋子 動 作 產生靜電壓(Volts) 皮 鞋 原地慢速踏步 150200 皮 鞋 原地快速跑步 200250 球 鞋 原地慢速踏步 200250 球 鞋 原地快速跑步 250350 B)當不同條件下，靜電壓之變化 產生方法 10%20%相對濕度 65%95%相對濕度 走過地毯 35,000 1,500 走過塑膠地毯 12,000 250 在椅子上工作 6,000 100 拿起塑膠文件夾 7,000 600 工作椅墊摩擦 18,000 1,500,6,IPQC ESD 訓練教材(二),7, 工作場所中常見的靜電產生物質或活動 ： 工作桌面 一般的塑膠、上臘、上漆。 地 板 水
7、泥地板、一般塑膠地板。 衣 服 人造纖維衣服、一般非導電鞋、 抹布。 椅 子 木材椅、塑膠椅、玻璃纖維椅。 包裝及運送 塑膠袋、泡棉、保麗龍、塑膠盒。 組裝、加工、測試、修理 噴霧清潔劑、吸錫器、鉻鐵、 刷子 、塑膠帶、 熱氣、烤箱、 複寫紙。,IPQC ESD 訓練教材(二), 半導體產品抗靜電能力 抗靜電能力之量測(Human Body Model) 依 MIL-STD-883，Method 3015， 測試線路圖 ：,1. Input (A) , Common (B) 2. Output (B) , Common (A) 3. Input (A) , Output (B) 4. V+ (
8、A) , Common (B) 5. V+ (B) , Common (A),8,IPQC ESD 訓練教材(二),各類半導體材料抗靜電能力之比較(NEPCON/ WEST Report) 晶片種類 靜電破壞電壓(Volts) MOSFET 100200 EPROM 100 JFET 1407,000 Op-Amp 1902,500 CMOS 2503,000 SCHOTTKY DIODE 3002,500 TTL 3002,500 Bipolar Transistor 3807,000 ECL 500 SCR 68010,000,9,IPQC ESD 訓練教材(二), 抗靜電能力之分類 依上
9、述量測方法得到的結果，可將材料之抗靜電能力區分為Category A與Category B(早期MIL分法) 類別 耐電壓 (Min. Volts) 材料防靜電包裝保護需求 A 20 2000 防靜電管及導電袋 B 2000 防靜電管及防靜電袋 由上可知，大體而言只要100V以上的靜電壓就可以對半導体產生傷害，故 ESD 之防護工作，我們不可不慎。 而基本上，不同Category 之半導體可以不同的等級來做ESD防護，但為方便於處理，通常都以處理較嚴密的Category A 來做防護措施。,10,IPQC ESD 訓練教材(二),11, ESD 對人体會造成傷害嗎？ 家中的110V、240V常
10、常因為使用不慎造成傷亡，那動輒幾之ESD呢？是否會對人體造成傷害呢？ 造成肌肉或心臟麻痺主要的是電流，尤其是交流電流。 電流對人體傷害分析表 (MIL-STD-454) 。 電 流 大 (毫安培 、mA) AC (60Hz) DC 結 果 0-1 0-1 有知覺 1-4 4-15 感到驚訝 4-21 15-80 有反射動作 21-40 80-160 肌肉麻痺 40-100 160-300 休克 100 以上 300 以上 立即死亡,IPQC ESD 訓練教材(二),12, ESD 的影響品質方式 1. 人體放電模式(Human Body Model , HBM) 顧名思義知道此為借由人體於走動
11、摩擦產生靜電，而影響 到元件的模式,人 體,元 件,( HBM ),-,-,IPQC ESD 訓練教材(二),C.N. Tsai, 99/01/11,13,2. 電場感應模式(Field Induced Model , FIM) 指由於外來電場感應產生電荷，巧遇機緣而將電荷引導接 地引起的模式 3. 充電元件模式(Charged Device Mode,CDM) 上述FIM模式中當元件被移離開電場或接地時，就變成 CDM模式,元 件,外在電場感應電荷,接地造成ESD放電 (FIM),(Field),E,(Grounded),元 件,接地消失,移離電場,(CDM),(Field),IPQC ES
12、D 訓練教材(二),14, 元件被ESD 破壞之原因及型態 ESD破壞之原因： 1. 功率產生：如熱崩潰、 金屬被熔融 2. 電壓產生：如介電質崩潰、表面崩潰 3. 潛在性故障：如功能劣化、降級,IPQC ESD 訓練教材(二),15, ESD破壞之型態 1. 接面崩熔（Junction Burnout） 過大的電流通過接面時，產生極大的熱量，使得接面崩熔。此種破壞是屬於接面短路，並有二個特性 A.即使ESD的能量未能打穿接面（Junction Burnout），也能造成元件的失效 B. 正向偏壓的ESD破壞能量是負向偏壓的515倍 2. 氧化層貫穿針引線（Oxide Punch Throug
13、h） 通常在金屬氧化層半導體（MOS）上可以發現此類型之破壞，這是由於外加的靜電壓超過了氧化層的崩潰電壓所致。其現象亦是短路。,E B C,E B C,IPQC ESD 訓練教材(二),16,3. 金屬層崩熔（Metalization Burnout） 由於過大的電流流經金屬層，並在較脆弱的地方產生，由於此種破經常是伴隨著接面短路或是氧化層短路之後發生故屬於所謂的二次崩潰（Secondary Breakdown）。而其現象為斷路。,IPQC ESD 訓練教材(二),17, 靜電的累積破壞 負傷而行 接面崩熔（Walking Wounded） 許多實驗證實靜電能使半導體負傷，但不玫立即完全破壞其
14、功能，而且有多數這些負傷而行的元件都能通過測試直到這些元件送到客戶之後，隨時會從負傷而行變成完全失效。 下面是一ESD累積破壞的試驗： 應用前述HBM接線方式（僅略去人體的電阻R2=1.5K）來 量測54S163IC 試驗條件：試驗結果： 材料：54s163測試前I=2.883APASS 人體電容：100pf第一次I=2.883A PASS 每次放電：50V第二次I=2.890A PASS 放電次數：5次第三次I=2.890A PASS 測試點：Vin=Pin2 (A)第四次I=1.872mA FAIL GND=Pin8 (B)第五次I=2.147mA FAIL,IPQC ESD 訓練教材(二
15、),18, ESD破壞分析 找出PCB上之故障元件 對故障元件進行基本電性量測 功能測試 參數測試 X-ray做表層分析 去封膠（Decapsulate）檢視內部 去除各層（玻璃層、鋁層）層層檢視 幾種遭ESD破壞案例參考,IPQC ESD 訓練教材(二),19,去 鋁 層 之 後 的 接 合 窗,接合窗放大10,000之後可見貫穿現象,A金屬接合窗,橫 切 面 放 大 (2,000),橫 切 面 放 大 (10,000),IPQC ESD 訓練教材(二),20, 靜電防護 晶片設計的靜電防護(治本方法) 本方法乃是靜電防護最好的辦法，但在設計半導體的抗靜電電路時，必須考慮到電路產生熱的影響、
16、反應時間、 最大電壓、 能量傳導、 寄生電容等等因子，故並非隨心所欲可以辦到。因此靜電防護仍必須靠一些治標的方法。 靜電防護的基本原則 1. 避免靜電產生 2. 疏導或中和所產生之靜電 3. 摒蔽靜電場 逐一介紹說明如下：,IPQC ESD 訓練教材(二),21,1. 避免靜電產生 (A) 潮溼法(Moisturing)水氣本身會有導電現象，故可降低絕綠體表面電阻，達到靜電防護目的 (B) 抗靜電塗佈法(Anti-Static Coating) 有部份溶液可噴灑於綠體青面降低物體表面電阻，達到靜電防護的目的。但此種塗層，日久會脫落而漸漸失去其效果，故必須考慮其有效期。 (C) 內部靜電劑法(Imbeded Anfi-Static Agent) 這是在材料中加入具有導電性或吸溼性的物質，使其外層具有輕微導電性。此方法可以不必考慮有效期，但成本較高。 2. 疏導或中和靜電法 (A) 疏導法(Bleed-Off) 典型的疏導法就是配帶靜電環(Wrist Strap)，是將人體產生之靜電電荷，藉由導線將所產生之電荷傳導出去。通常靜電環中會接一1M之接地電阻，以保護人員工作之安全。,IPQC E
