esd进阶培训a、b级

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1、1,ESD进阶培训,A、B级,2,目錄:,第一部分: ESD基本原理介紹,第二部分: 半導体的抗靜電能力,第三部分: 靜電防護,序言,3,序言, 在電子產品越來越細小,越來越復雜的今天,半導体 材料的品質要求也是越來越高的. 而靜電對半導体的 破坏卻因半導体的高集成化而變得更加容易. 為了產品的品質和提升客戶的滿意度,我們必須在 靜電的防護方面作出更有效的行動,來迖成我們的品 質目標.,4,ESD 基本原理介紹,5,ESD 基本原理介紹,一 靜電放電(ESD)現象, 嚴寒的冬天,當您脫下暖和的毛衣,您會聽到嗶嗶啪啪聲, 握手或手接触時常被電擊一下,是由于人身帶了靜電, 接触時突然放電所致, 云

2、層相互摩擦而帶大量的電荷,相互放電形成能量巨大 的雷電,對地放電則可能形成雷擊,這些就是靜電瞬間放電(ESD)所主導產生的現象 ESD- Electro Static Discharge,6,ESD 基本原理介紹,二. 靜電的本質,物質由分子和原子組成,原子由原子核和電子組成,原子核帶正電,電子帶負電.,自然條件下,正負電荷平衡,物体不帶電.這類物体叫電中性物体.,在某種條件下,正負電荷的平衡被打破,則物体帶電-這種現象叫物体帶電.,所謂靜電指對觀察者而言,電荷靜止不動或運動非常緩慢.動電則有電荷的快速運動和變化.,7,ESD 基本原理介紹,三. 靜電起電,摩擦起電:當兩個物体產生摩擦時,摩擦

3、表面的電子會從一种物体跑到另一種物体上,分离后,兩個物体的正負電荷失去平衡,得到電子的帶負電,失去電子的帶正電.,感應起電:當有強電場(大的帶電体)存在時,附近的物体被感應,局部或整体產生電荷,這類帶電稱為感應帶電.,靜電可有很多种方式產生,如物体間的摩擦,電場感應,介質极化,帶電顆粒粘附等等,8,ESD 基本原理介紹,四. 靜電放電,當帶電的物体与一些導体等接触時或靠的很近時,電荷會找到一途徑途突然釋放掉,這种現象叫靜電放電.,靜電放電的條件是:首先有靜電存在,其次要有一定的途徑.,靜電放電的原因和條件多种多樣,控制靜電放電是在人們生活和工作中的各個方面所追求的.,9,ESD 基本原理介紹,

4、ESD 基本原理介紹,五. 靜電產生原理,靜電產生,1.分離,2.摩擦,10,ESD 基本原理介紹,五. 靜電產生原理,分離,摩擦等起電的過程:,11,ESD 基本原理介紹,五. 靜電產生原理,分離,摩擦等起電的過程,12,ESD 基本原理介紹,五. 靜電產生原理,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,空氣石棉人手玻璃云母頭髮尼龍,羊毛毛皮鉛 絲綢鋁 紙 棉花,鋼 木材琥珀封蜡橡膠鎳銅黃銅,纖維聚酯奧璐珞聚氨酯聚乙烯聚丙烯硅 硅橡膠,13,ESD 基本原理介紹,五. 靜電產生原理,人体帶電研究,摩擦起電:操作中的動作和肢體運動,由衣服,鞋子與其他物体,地面摩

5、擦,使衣服和鞋子帶電,再通過傳導和感應,使人体帶電.,感應起電:當不帶電的人体進入帶電的電場,靜電感應而起電.,傳導起電:人体直接接觸帶電体,或與帶電体髮生靜電放電,另人体在靜電的微塵粉体和霧狀液粒空間活動,使帶電微粒附在人体及衣服上產生靜電.,14,ESD 基本原理介紹,五. 靜電產生原理,人体活動帶電示意圖,15,ESD 基本原理介紹,六. 靜電電壓,典型靜電電壓,我們在經受3000伏的靜電電壓!,16,ESD 基本原理介紹,六. 靜電電壓,人体電容靜電模型,17,ESD 基本原理介紹,六. 靜電電壓,人体電容典型值,18,ESD 基本原理介紹,六. 靜電電壓,人体的典型靜電電壓值,19,

6、實際過程中,靜電一邊產生一邊衰減靜電的衰減符合指數規律,0,Q(t),t,電容越大,電阻越大, 衰減越慢,七. 靜電放電,ESD 基本原理介紹,靜電荷的衰減規律,20,七. 靜電放電,ESD 基本原理介紹,放電時間常數舉例,人体的對地電容為200pF,若站到絕緣電阻為1012ohm 的普通橡膠墊上,放電速率為I0,時間常數為,若站到電阻為105ohm 的導電橡膠墊上,放電速率為I0,時間常數為,21,半導体的抗靜電能力,抗靜電能力之量測(Human Body Model) 依 MIL-STD-883，Method 3015， 測試線路圖,22,半導体的抗靜電能力,電子元器件靜電損傷的典型電壓閥

7、值,23,半導体的抗靜電能力,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。,電子元器件靜電損傷的典型電壓閥值,半導体的抗靜電能力,損傷具有隱蔽性: 人体帶電是電子產品靜電損傷主因，几KV的人体靜電，對人而言放電感受几乎沒有，對元器件卻是致命的. 失效分析的复雜性: 電子產品有精，細，小的特點，失效分析相當，靜電損易于同其它損傷混淆。,電子產品靜電損傷的特點,25,半導体的抗靜電能力,損傷具有潛在性: 有些元器件在損傷后并不馬上表現出來，只是性能下降，并不馬上失效。 損傷的隨机性: 只要電壓超過或接近靜電敏感電壓閥值，就可能發生靜電損，在生產的各

8、個環節，包括成品運輸等都可能產生ESD損傷。,電子產品靜電損傷的特點,26,半導体的抗靜電能力,電子產品靜電損傷的形態,A.突發性完全失效 自身短路.幵路,功能喪失,參數變異. 電壓相關失效:介質擊穿,PN節反向漏電. 功率相關失效:金屬等燒斷,硅片局部區域融化,PN節邊緣損傷等,這類失效占靜損傷的10%.,27,半導体的抗靜電能力,電子產品靜電損傷的形態,B.潛在性緩慢失效 帶電体電位或能量較低,一次放電沒有完全損傷失效,使器件內部輕度損傷,但有累計效應,使器件性能變坏,可能突然失效,難以檢測和篩選,造成產品品質發生信賴性問題.,28,半導体的抗靜電能力,電子產品靜電損傷的形態,靜電的累積破

9、壞 負傷而行 負傷而行（Walking Wounded） 許多實驗證實靜電能使半導體負傷，但不致立即完全破壞其功能，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。,29,半導体的抗靜電能力,電子產品靜電損傷的形態, 靜電的累積破壞 負傷而行 下面是一ESD累積破壞的試驗: (應用HBM方式) 試驗條件： 試驗結果： 材料：54s163 測試前 I=2.883A PASS 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：Vi

10、n=Pin2 (A) 第四次 I=1.872mA FAIL GND=Pin8 (B) 第五次 I=2.147mA FAIL,30,半導体的抗靜電能力,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,31,半導体的抗靜電能力,ESD破壞案例參考,橫 切 面 放 大 (2,000),橫 切 面 放 大 (10,000),32,靜電防護,晶片設計的靜電防護(治本方法), 對許多集成電路,厂家在器件的輸入/輸出口上多加了一些防靜電保護電路

11、,使器件的防靜電能力大大提高, 為了減少保護電路占的面積,提高集成度,降低成本,各家有其獨有的技朮,對通用集成電路,有相應的國際或企業的防靜電標准., 防護電路是不能杜絕靜電損傷的, 錯誤的理念:因選用高損傷閥值器件,故ESD防護可以放松!,33,靜電防護,晶片設計的靜電防護電路,輸入電路,34,靜電防護,晶片設計的靜電防護電路,輸出電路,35,靜電防護,全方位靜電放電防護電路的安排,36,靜電防護,靜電防護的基本原則(治標方法), 1. 避免靜電產生 a) 潮濕法 b) 抗靜電塗佈法 c) 內部靜電劑法 2. 疏導或中和所產生之靜電 a) 疏導法(典型方法是配戴靜電環) b) 中和法 3.

12、摒蔽靜電場,37,靜電防護,常用靜電防護材料及使用方法, 1. 靜電環 由伸縮拉環，內含1Mega 10%電阻之導線及接頭所構成。 配帶靜電環時必須注意到： (a)靜電環必須與手緊密接觸， 不可鬆脫或套於衣袖上 (b)與接地之間必須保持1M 10%之電阻 (c)接頭必須固定妥當， 當接頭未接地妥當時，不得碰觸材料 (d) 靜電環中接一1M之接地電阻，其目的是保護人員工作之安全。,38,靜電防護,常用靜電防護材料及使用方法, 2.抗靜電材料(袋、管、管塞、盒等) 在材料上塗佈抗靜電液，使材料不會產生靜電荷，或僅產生微量的靜電荷(通常在100V以下)。此類材料表面電阻要求在1012/square以

13、下，靜電消散時間2sec。使用此材料應： (a)此材料僅能防止本身產生靜電，而卻無法防止靜電場破壞 (b)表面塗層必須考慮其有效期 (c)一般工業界會將此類產品製成粉紅色,39,靜電防護,常用靜電防護材料及使用方法, 3.靜電遮蔽材料(袋、管、管塞、盒等) 此種材料一般含有二或三層，上下(或外)層是抗張力強的抗靜電化學合成物質(R1012/square，靜電消散時間2sec) ，中間(或內)層是一層薄薄的金屬箔(R 103 /square)。 使用時需注意： (a) 避免使用尖銳物品刮壞金屬層 (b)封閉的導電袋或容器才有完全之保護,40,靜電防護,常用靜電防護材料及使用方法, 4. 防靜電工

14、作桌,1. 人體 2. 靜電環 3. 防靜電桌面 4. 儀器 5. 靜電鞋 6. 導電地板,41,靜電防護,靜電防護標示,A.對ESD敏感標示： 適用於告知電子零組件 對ESD 極為敏感，易遭 ESD破壞。,B.對ESD敏感+警 語之標示： 適用於防靜電包裝袋上。,42,靜電防護,靜電防護標示,C. 保護+外弧去 斜線之標示： 用於工具或材料上已 具有控制ESD之功效。,D.對ESD敏感標 示亦可用：,43,靜電防護,ELTEK對ESD之要求, 1. 所有生產過程中使用的儀器,設備,加工治具,工作桌等均必須接地;, 2. 半導体材料在儲存,運輸等過程中必須使用防靜電材料進行包裝,所有與ESD相

15、關材料必須貼有任何人均可明了之標籤;, 3. 所有工作人員在生產區域必須配戴有線靜電環并確實接地后方可接觸半導体材料;, 4. 所有靜電區域必須用綠色線標示,并要求在30CM 的范圍其靜電電壓低于100V;,44,靜電防護,ELTEK 對ESD之要求, 5. 所有ESD相關的項目必須點檢并保留記錄,如 靜電環的點檢為每天二次;, 6.所有從事ESD相關工作之人員,皆必須接受ESD訓練,並經檢定考試認證合格者方可從事該項工作,認證有效期為一年,違反ESD兩次為認證失效., 7. ESD相關具体要求,請參考程序書,二階文件-靜電防護管理程序, 其路徑為: Notes/DCC/ISO Document/二階文件/,