静电放电(ESD)防护经典培训(DELL)

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1、静电放电(ESD)防护培训,一.ESD原理简介二.静电对零件的危害三.如何做好静电防护四.EOS产生的主要因素五.公司ESD/EOS要求,目 录,随着科技的高速发展,电子产品制作工艺将越来越细小,越来越复杂,半导体材料的质量要求也是越来越高的.而静电对半导体的破坏却因半导体的高集成化而变得更加容易.为了产品的质量和提升客户的满意度,我们必须在任何时刻,任何制程皆须注意静电破坏之问题,避免于生产过程中之零件,产品遭受到静电之破坏,进而有效迖成我们的质量目标.,序 言,ESD 基本原理介绍一 静电放电(ESD-Electro-Static Discharge )现象严寒的冬天,当您脱下暖和的毛衣,

2、您会听到哔啪声当伸手去开车门或窗户时常被电击一下,是由于人身带了静电,接触时突然放电所致手无意间接触计算机荧幕时被电击一下,是由于计算机电场诱发带了强烈的静电,接触时计算机对人体放电所致云层相互摩擦而带大量的电荷,相互放电形成能量巨大的闪电,对地放电则可能形成雷击,ESD 基本原理介绍二. 静电的本质物质由分子和原子组成,原子由原子核和电子组成,原子核带正电,电子带负电.自然条件下,正负电荷平衡,物体不带电.这类物体叫电中性物体在某种条件下,正负电荷的平衡被打破,则物体带电-这种现象叫物体带电所谓静电指对观察者而言,物体静态不动时静电荷运动非常缓慢;动态时则以电荷的快速运动而变化.,ESD 基

3、本原理介绍三. 静电起电静电可有很多种方式产生,如物体间的摩擦,电场诱发,直接充电,带电颗粒粘附等等摩擦起电:当两个物体产生摩擦时,摩擦表面的电子会从一种物体跑到另一种物体上,分离后,两个物体的正负电荷失去平衡,得到电子的带负电,失去电子的带正电.感应起电:当有强电场(大的带电体)存在时,附近的物体被感应,局部或整体产生电荷,这类带电称为感应带电.,ESD 基本原理介绍起电图示 1.摩擦,ESD 基本原理介绍起电图示 2.分离,ESD 基本原理介绍四.静电产生原理 摩擦起电:操作中的动作和肢体运动,由衣服,鞋子与其它物体,地面摩擦,使衣服和鞋子带电,再通过传导和感应,使人体带电. 感应起电:当

4、不带电的人体进入带电的电场,静电感应而起电. 传导起电:人体直接接触带电体,或与带电体发生静电放电,另人体在静电的微尘粉体和雾状液粒空间活动,使带电微粒附在人体及衣服上产生静电.,ESD 基本原理介绍五. 静电放电是电荷在不同电位物体间相互转移的现象,是由于电子不均匀分怖造成的结果静电放电的条件是:首先有静电存在,其次要有一定的途径静电放电的原因和条件多种多样,控制静电放电是在人们生活和工作中的各个方面所追求的,ESD 基本原理介绍六.静电释放模式,人体模式(HumanBodyModel)带有静电的操作者在工作过程中与器件的管脚接触，将存贮于人体的静电荷通过器件对地放电致使器件失效机器模式(M

5、achineModel) 带电工具或设备接触组件时，在器件内部将感应出电位差，所感应的电位差可以引起器件的击穿带电组件模式(ChargedDeviceModel)带电的器件通过引脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效,七.放 电 静电放电大概可分为:火花放电电晕放电刷状放电大量粉堆放电射状放电等形式放电的强弱与放电的电极、形状、材质、阻抗、数量、湿度、距离、速度均有密切的关系.,ESD 基本原理介绍,石棉兔毛醋酸纤维玻璃云母头发耐龙羊毛兽毛铅蝉丝铝纸棉钢木琥珀蜡橡胶密拉(聚酯膜)镍,铜银抗紫外线材黄铜金/白金硫醋酸嫘莹赛路璐奥龙亚克力赛仑聚氨酯聚酯聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯KELF硅铁弗龙硅橡胶,放

6、电与电极特性之关系,越多正电,越多负电,导电级 ConductiveR 105SQ防静电级Dissipative(衰减材)106 R 109SQ抗静电级Anti-Static109 R 1011SQ绝缘insulation1012 R,ESD 基本原理介绍,放电与材质阻抗之关系,ESD 基本原理介绍 静电与湿度之关系,总上所述:湿度越小越容易产生静电,ESD 基本原理介绍八.标准静电压定义 可感受的ESD电压都在3,000volts以上 可感受的ESD电压都在6,000volts以上 可看到的ESD电压都在8,000volts以上,ESD 基本原理介绍九.静电放电时间常数计算,静电对零件的危害

7、 各类型之晶体皆有其抗静电能力.实际上芯片在达到能承受静电压值的14以后,这些芯片就会产生”衰退”的现象.这些衰退的芯片在后续制程中或是在 PC 板组装时,如果再经静电影响将会提前失效.电子界ESD的标准电压一般要求为 100volts以下,静电对零件的危害一.各种组件的静电敏感度,静电对零件的危害二.半导体不良的成因,静电对零件的危害三.电子产品静电损伤的特点损伤具有隐蔽性:人体带电是电子产品静电损伤主因，几KV的人体静电，对人而言放电感受几乎没有，对元器件却是致命的.失效分析的复杂性:电子产品有精，细，小的特点，失效分析相当，静电损易于同其它损伤混淆。,静电对零件的危害电子产品静电损伤的特

8、点损伤具有潜在性:有些元器件在损伤后并不马上表现出来，只是性能下降，并不马上失效。损伤的随机性:只要电压超过或接近静电敏感电压阀值，就可能发生静电损，在生产的各个环节，包括成品运输等都可能产生ESD损伤。,静电对零件的危害四.电子产品静电损伤的形态A.突发性完全失效自身短路,开路,功能丧失,参数变异.电压相关失效:介质击穿,PN节反向漏电.功率相关失效:金属等烧断,硅片局部区域融化,PN节边缘损伤等,这类失效占静损伤的10%.,静电对零件的危害电子产品静电损伤的形态B.潜在性缓慢失效带电体电位或能量较低,一次放电没有完全损伤失效,使器件内部轻度损伤,但有累计效应,使器件性能变坏,可能突然失效,

9、难以检测和筛选,造成产品质量发生信赖性问题.,静电对零件的危害电子产品静电损伤的形态静电的累积破坏 负伤而行负伤而行（Walking Wounded） 许多实验证实静电能使半导体负伤，但不致立即完全破坏其功能，而且有多数这些负伤而行的组件都能通过测试直到这些组件送到客户之后，随时会从负伤而行变成完全失效。,静电对零件的危害静电的累积破坏实例下面是一ESD累积破坏的试验:(应用HBM方式) 试验条件： 试验结果：材料：54s163 测试前 I=2.883A PASS人体电容：100pf 第一次 I=2.883A PASS每次放电：50V 第二次 I=2.890A PASS放电次数：5次 第三次

10、I=2.890A PASS测试点：Vin=Pin2 (A) 第四次 I=1.872mA FAIL GND=Pin8 (B) 第五次 I=2.147mA FAIL,静电防护一.为什么要做ESD控制 避免灰尘吸附 减低组件被破坏 减少产品失效或运作不稳定 避免人员受伤 预防火灾或爆炸发生 每年因静电不当释放所造成损失高达数十亿美金以上,静电防护二.如何控制ESD 设计上加强组件的免疫力 对许多集成电路,厂家在器件的输入/输出口上多加了一些防静电保护电路,使器件的防静电能力大大提高 消除或减少静电的产生尽可能使用防静电材料作为加工的辅助材料 安全的释放与中和静电控制各制程段不同材料在使用中保持零电位

11、,静电防护三.常用静电防护材料及使用方法: 1. 静电环 由伸缩导线(内含1Mega 10%电阻)腕带及接头所构成。 配带静电环时必须注意到： (a)静电环腕带之金属片必须与手腕皮肤紧密接触,不可松脱或套于衣袖上 (b)为确保1M电阻之有效性,严禁用力拉扯静电环的伸缩导线 (c)接头必须固定妥当,当接头未接地妥当时,不得碰触材料 (d)静电环在作业当中严禁擅自借给他人,静电防护常用静电防护材料及使用方法:2.防静电手套 规格:106 109功用:防止手汗中的有机物氧化PCB3.导电鞋 规格: 900K 35M原理：人体通过鞋底与大地构成回路，以使人体产生的静电能向大地泄漏掉；同时还使鞋垫成为静

12、电泄漏的电气回路,静电防护常用静电防护材料及使用方法:4.静电衣规格:104 109清洗标准:中性水(水温不可超过30)配合中性洗.洁剂轻揉后晾干严禁熨烫,用刷子刷衣服功能:防止服装的静电积累，宣泄人体与衣服摩擦时所产生的静电,静电防护常用静电防护材料及使用方法:5.导电桌垫 Table Materials规格:上表面摩擦层(106 109) 下表面导电层(104 106)功用：可有效疏导工作台上残留的静电电压可预防电流电压的回流效应6.导电地板 Floor Materials规格:104 106 功用：依导电鞋将人体所带之静电有效疏导给大地原则：既要保证在较短的时间内放电至SSD的安全电压1

13、00V下，又要保证操作人员的安全,静电防护常用静电防护材料及使用方法:7.靜電消除器主要参数:距风扇口5cm处离子平衡度低于35V,距风扇口25mm处离子风含盖区的静电电压低于100V功用：依借风扇吹出的正负离子来中和自然界的电离子;解决非导体所产生的静电破坏问题.,静电防护常用静电防护材料及使用方法:8. 此种材料不会产生静电荷,或仅产生微量的静电荷(通常在100V以下).其物质阻抗均在106R1011之间,静电消散时间2sec.使用时需注意：(a)避免使用尖锐物品刮坏金属层(b)封闭的导电袋或容器才有完全之保护 (c)表面涂层必须考虑其有效期,静电防护四.常用静电检测仪器介绍: 1.静电分

14、析仪 特点:给电板充上一定的电压，通过测量它在离子风扇下的电压中和时间计算离子风扇的工作效率. 应用:主要用于定期测量离子消除时间和离子平衡度,静电防护常用静电检测仪器介绍: 2.高阻抗表面电阻测试仪 特点可以精确地测量各类材料的表面电阻 应用：损耗材料测试 地板、桌垫子 静电衣及其 它绝缘材料电 阻测试,静电防护常用静电检测仪器介绍: 3.静电压测试仪 特点:可测量小尺寸内的电压积累,可测量难以测到的位 置之电压积累 应用:设备表面摩擦起电 静电消除特性测试 设备部件静电测量 离子平衡度测试,静电防护常用静电检测仪器介绍: 4.接地系统监视器 特点时刻监控静电接地主干线或设备接地主干线是否在作业过程中存在OPEN现象;每日零时自动记录检测数据 应用硬盘驱动器LCD 电气组件及其它 对静电严格控制 的生产领域的接 地在线仪器监控,