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1、引 言4第1 章 电子元器件抗ESD损伤的基础知识51.1 静电和静电放电的定义和特点51.2 对静电认识的发展历史61.3 静电的产生61.3.1 摩擦产生静电71.3.2 感应产生静电81.3.3 静电荷81.3.4 静电势81.3.5 影响静电产生和大小的因素91.4 静电的来源101.4.1 人体静电101.4.2 仪器和设备的静电111.4.3 器件本身的静电111.4.4 其它静电来源121.5 静电放电的三种模式121.5.1 带电人体的放电模式(HBM)121.5.2 带电机器的放电模式（MM）131.5.3 充电器件的放电模型131.6 静电放电失效151.6.1 失效模式1
2、51.6.2 失效机理15第2章 制造过程的防静电损伤技术错误！未定义书签。2.1 静电防护的作用和意义错误！未定义书签。2.1.1 多数电子元器件是静电敏感器件错误！未定义书签。2.1.2 静电对电子行业造成的损失很大错误！未定义书签。2.1.3 国内外企业的状况错误！未定义书签。2.2 静电对电子产品的损害错误！未定义书签。2.2.1 静电损害的形式错误！未定义书签。2.2.2 静电损害的特点错误！未定义书签。2.2.3 可能产生静电损害的制造过程错误！未定义书签。2.3 静电防护的目的和总的原则错误！未定义书签。2.3.1 目的和原则错误！未定义书签。2.3.2 基本思路和技术途径错误！
3、未定义书签。2.4 静电防护材料错误！未定义书签。2.4.1 与静电防护材料有关的基本概念错误！未定义书签。2.4.2 静电防护材料的主要参数错误！未定义书签。2.5 静电防护器材错误！未定义书签。2.5.1 防静电材料的制品错误！未定义书签。2.5.2 静电消除器（消电器、电中和器或离子平衡器）错误！未定义书签。2.6 静电防护的具体措施错误！未定义书签。 / 2.6.1 建立静电安全工作区错误！未定义书签。2.6.2 包装、运送和存储工程的防静电措施错误！未定义书签。2.6.3 静电检测错误！未定义书签。2.6.4 静电防护的管理工作错误！未定义书签。第3章 抗静电检测及分析技术错误！未定
4、义书签。3.1 抗静电检测的作用和意义错误！未定义书签。3.2 静电放电的标准波形错误！未定义书签。3.3 抗ESD检测标准错误！未定义书签。3.3.1 电子元器件静电放电灵敏度（ESDS）检测及分类的常用标准错误！未定义书签。3.3.2 标准试验方法的主要内容（以MIL-STD-883E 方法3015.7为例）错误！未定义书签。3.4 实际ESD检测的结果统计及分析错误！未定义书签。3.4.1 试验条件错误！未定义书签。3.4.2 ESD评价试验结果分析错误！未定义书签。3.5 关于ESD检测中经常遇到的一些问题错误！未定义书签。3.6 ESD损伤的失效定位分析技术错误！未定义书签。3.6.
5、1 端口IV特性检测错误！未定义书签。3.6.2 光学显微观察错误！未定义书签。3.6.3 扫描电镜分析错误！未定义书签。3.6.4 液晶分析错误！未定义书签。3.6.5 光辐射显微分析技术错误！未定义书签。3.6.6 分层剥离技术错误！未定义书签。3.6.7 小结错误！未定义书签。3.7 ESD和EOS的判别方法讨论错误！未定义书签。3.7.1 概念错误！未定义书签。3.7.2 ESD和EOS对器件损伤的分析判别方法错误！未定义书签。第4 章 电子元器件抗ESD设计技术错误！未定义书签。4.1 元器件抗ESD设计基础错误！未定义书签。4.1.1抗ESD过电流热失效设计基础错误！未定义书签。4
6、.1.2抗场感应ESD失效设计基础错误！未定义书签。4.2元器件基本抗ESD保护电路错误！未定义书签。4.2.1基本抗静电保护电路错误！未定义书签。4.2.2对抗静电保护电路的基本要求错误！未定义书签。4.2.3 混合电路抗静电保护电路的考虑错误！未定义书签。4.2.4防静电保护元器件错误！未定义书签。4.3 CMOS电路ESD失效模式和机理错误！未定义书签。4.4 CMOS电路ESD可靠性设计策略错误！未定义书签。4.4.1 设计保护电路转移ESD大电流。错误！未定义书签。4.4.2 使输入/输出晶体管自身的ESD阈值达到最大。错误！未定义书签。4.5 CMOS电路基本ESD保护电路的设计错
7、误！未定义书签。4.5.1 基本ESD保护电路单元错误！未定义书签。4.5.2 CMOS电路基本ESD保护电路错误！未定义书签。4.5.3 ESD设计的辅助工具TLP测试错误！未定义书签。4.5.4 CMOS电路ESD保护设计方法错误！未定义书签。4.5.5 CMOS电路ESD保护电路示例错误！未定义书签。4.6 工艺控制和管理错误！未定义书签。参考文献：错误！未定义书签。引 言随着电子元器件技术的发展，静电对元器件应用造成的危害越来越明显。一方面，电子元器件不断向轻、薄、短、小、高密度、多功能等方向发展，因而元器件的尺寸越来越小，尤其是微电子器件，COMS IC中亚微米栅已进入实用化，栅条宽
8、度达到0.18um，栅氧厚度为几个nm或几十个，栅氧的击穿电压小于20V。尺寸的减小，就使电子元器件对静电变得更加敏感。而大量新发展起来的特种器件如GaAs 单片集成电路（MMIC）、新型的纳米器件以及高频声表面波器件（SAW）等多数也都是静电敏感元器件；另一方面，在电子元器件制造和应用环境中，作为静电主要来源的各种高分子材料被广泛采用，使得静电的产生更加容易和广泛。因此，必须应用各种抗静电放电损伤的技术，使静电对电子元器件的危害减小到最低的程度。编写本讲义的主要目的是对电子元器件制造和应用行业的有关技术和管理人员进行“电子元器件抗静电放电损伤技术”的基础培训。本讲义主要分为4个章节的内容。第
9、1 章“电子元器件抗ESD损伤的基础知识”，介绍有关静电和静电放电的基本原理，以及对元器件损伤的主要机理和模式；第2章“制造过程的防静电损伤技术”，重点介绍在电子元器件制造和装配过程中，对环境和人员的静电防护要求，以保证电子元器件在制造和装配过程中的静电安全；第3章“抗静电检测及分析技术”，主要介绍对电子元器件的抗ESD水平进行检测的技术。包括国内外抗ESD检测的主要标准，检测的模型和方法以及实际的一些检测结果和遇到的问题；并介绍了对ESD损伤的元器件进行失效分析的技术，包括一些常用和有效的分析技术及其适用的条件和技巧。还讨论了ESD损伤和过电（EOS）损伤的几种判别方法和技术。第4章“电子元
10、器件抗ESD设计技术”，介绍电子元器件抗ESD损伤的设计技术，主要包括抗ESD设计的主要原则、基本保护电路和最先进的大规模CMOS电路中保护电路的设计技术。 本讲义的内容既有通用的基本理论和知识，也收集了国内外的相关资料和数据，还有我们自己在工作中遇到和解决的实际案例、数据和图片等。讲义的内容既有理论性，更注重实用性，希望能为从事电子元器件制造和应用行业的有关技术和管理人员提供较为具体的技术指导和帮助。第1 章 电子元器件抗ESD损伤的基础知识本章主要介绍有关静电和静电放电的基本原理，产生的危害以及对元器件损伤的主要机理和模式。1.1 静电和静电放电的定义和特点什么是静电(Electrosta
11、tic，static electricity)？通俗地来说，静电就是静止不动的电荷。它一般存在于物体的表面。是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果。静电是通过电子或离子转移而形成的。静电可由物质的接触和分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。那什么是静电放电（Electrostatic Discharge，ESD）呢？处于不同静电电位的两个物体间的静电电荷的转移就是静电放电。这种转移的方式有多种，如接触放电、空气放电。一般来说，静电只有在发生静电放电时，才会对元器件造成伤害和损伤。如人体带电时只有接触金属物体、或与他人握手时才会有电击的感觉。对电子元器件来说，静电放电（ESD）
12、是广义的过电应力的一种。那么什么是过电应力呢？其中的ESD又有什么特点？广义的过电应力（Electrical Over Stress，EOS）是指元器件承受的电流或电压应力超过其允许的最大范围。表1.1是三种过电应力现象的特点比较。表1.1 三种过电应力现象的特点比较闪电（Lightning）过电（EOS）静电放电（ESD）极端的高压极大的能量低电压（16V）持续时间较长较低的能量高电压（4kV）持续时间短（几百纳秒）很低的能量快速的上升时间从表中可以看到，静电放电现象是过电应力一种，但与通常所说的过电应力相比有其自身的特点：首先其电压较高，至少都有几百伏，典型值在几千伏，最高可达上万伏；其次
13、，持续时间短，多数只有几百纳秒；第三是相对于通常所说的EOS，其释放的能量较低，典型值在几十个到几百个微焦耳；另外，ESD电流的上升时间很短，如常见的人体放电，其电流上升时间短于10ns。1.2 对静电认识的发展历史人类对静电放电危害的认识也是经历了一段漫长的历史，电子行业认识到ESD的危害只是最近几十年。表1.2列出了人类尤其是电子行业对ESD认识的发展过程，。表1.2 对ESD认识的发展1千百年前，静电对人类来说曾经是非常神秘的2中国发明了火药后，静电对火药制造行业不再神秘了3美国独立战争期间，火药是在有潮湿的泥墙和泥地的房子里制造的4现在，在静电火花可能引起爆炸的行业如面粉厂、医院的手术
14、室都采取了特殊的防静电措施。5在其它行业，静电仍然是神秘6在40和50年代，在塑料和胶片制造行业，发现静电问题7在50和60年代，在电子行业，出现静电问题。常常发生奇怪的失效，在光学显微镜下看不到失效原因。失效分析的结论是原因不明8MOS晶体管的普及和IC的发展使静电问题加剧970年代，IC的几何尺寸缩小使问题更糟10真正的突破是半导体领域扫描电子显微镜的应用（70年代后期），第一次即使最小的ESD损伤也能看到111979年，EOS/ESD研讨会成立，主要研究ESD问题，寻求解决方法1280年代初期，多数主要的电子制造商建立了他们的ESD组织，负责ESD问题13EOS/ESD也许是当今电子制造行业最主要的失效机理1.3 静电的产生通常物体保持电中性状态，这是由于它所具有的正负电荷量相等的缘故。如果两种不同材料的物件因直接接触或静电感应而导致相互间电荷的转移，使之存在过剩电荷，这样就产生了静电。带有静电电荷的物体之间或者它们与地之间有一定的电势差，称之为静电势。 静电产生的方式有很多，如接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等，但主要是两种形式，即摩擦产生静电和感应产生静电，如图1.1所示。前者是两种物体直接接触后形成的，通常发生于绝缘体与绝缘体之间或者绝缘体与导体之间；后者则发生于带电物体与导体之间，两种物体无需直接接触。1.3.1 摩擦产生静电
