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1、ESD专题报告-静电的概述什麼是靜電什麼是靜電 原因 : 剝離、摩擦、感應. 機制 : 物質因失去或得到電子而帶電影影 響響 摩摩 擦擦 生生 電電 電電 量量 的的 因因 素素 材料的影響材料的影響正(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典型的典型的 ESD電壓電壓 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 3 k v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
2、而致損壞隱隱 藏藏 的的 危危 險險 =靜靜 電電 放放 電電ESD 對對 IC 的威脅的威脅人體 . 直接充電或放電 * 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靜電放電的模型# 人體帶電模型 ( Human Body Model , HBM )-(2kv)# 機器帶電模型( Machine Model , MM ) (測試機台,自動插件機,SMT機台)- -(200V)# 元件帶電模型( Charged Device Model , CDM )-(1KV) 元件帶電模型元
3、件帶電模型( CDM ) 現代自動化組裝之製造環境中最重要現代自動化組裝之製造環境中最重要 的的ESD模型。造成模型。造成ESD故障的主要原因故障的主要原因 CDM Event 的來源的來源 測試機台測試機台,自動插件自動插件,IC的包裝及運送過的包裝及運送過 程產生程產生) 1. 在在 1ns (毫微秒毫微秒)內電流可上升到內電流可上升到15A(1KV) ，放電時間在放電時間在 10 ns 以下。以下。 2. 在高頻時、電容幾乎可以視為短路，因此在高頻時、電容幾乎可以視為短路，因此CDM 電流會由電流會由Gate Oxide 放電。放電。 電子元件電子元件 ESD 故障之構因故障之構因功率相
4、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 * VOperatingESDSESDS元件敏感等級元件敏感等級- HBM - HBM ESD STM5.1-1998 EIA/JESD22-A114-B:2000 Class Voltage Range Class 0 250V Class 1A 250V 500V Class 1B 500V 1000V Class 1C 1000V 2000V Class 2 2000V 4000V Class 3A 4000V 8000V Class 3
5、B 8000VESDSESDS元件敏感等級元件敏感等級- MM - MM ESD STM5.2-1999 EIA/JESD22-A115-A:1997 Class Voltage Range Class M1(A) 200V Class M2(B) 200V 400V Class M3(C) 400V ESDSESDS元件敏感等級元件敏感等級- CDM- CDM ESD STM5.3.1-1999 Class Voltage Range Class C1 125V Class C2 125V 250V Class C3 250V 500V Class C4 500V 1000V Class C
6、5 1000V 1500V Class C6 1500V 2000V Class C7 2000V EIA/JESD22-C101-A:2000 Class Voltage Range Class I 200V Class II 200V 500V Class III 500V 1000V Class IV 1000V IC 的的 ESD 規格規格 HBM MM CDM Okay 2KV 200V 1KV Safe 4KV 400V 1.5KV Super 10KV 1KV 2KV靜電防制專有名詞靜電防制專有名詞 * Surface Resistance 表面電阻表面電阻 以二個電極放置於一材
7、料表面上，加以以二個電極放置於一材料表面上，加以一直流電壓一直流電壓(V) ，量，量 測其通過之電流值測其通過之電流值( I ) ，在計算出其電，在計算出其電阻值阻值( R ) ，其單位為，其單位為 歐姆歐姆( ) 。* Surface Resistively 表面電阻率表面電阻率 均一材料的單位面積表面電阻，其單位均一材料的單位面積表面電阻，其單位為為/ square，其表面，其表面 電阻率與表面電阻間通常存在一比例，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。該比例與量測電極之幾何形狀有關。* Volume Resistively 體積電阻率體積電阻率 即電阻率或稱電
8、阻係數其單位為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靜電防制材料特性定義* Conductive Materials 導電材料導電材料 表面電阻率小於表面電阻率小於1105 /square ，或其，或其體積電阻率小於體積電阻率小於1104 -cm的材料。的材料。 1104 or 1105 * Static Dissipative Material 靜電消散材料靜電消散材料 表面電阻率至少為表面電阻率至少為1105 /square 11012 /square 。 或體積電阻率至少為或體積電阻率至少為1104 -cm 11011 -cm 。* Anti-Static Materi
9、al 抗靜電材料抗靜電材料 - 能抑制摩擦生電的材料。能抑制摩擦生電的材料。(ESDA ADV. 1.0) - 能抑制摩擦生電至能抑制摩擦生電至200V以下的材料。以下的材料。(EIA-625) - 抗靜電材料並不需要量測其表面電阻率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或體積電阻率來決 定其特性。定其特性。靜電防制材料特性定義靜電防制材料特性定義* Insulating Materials 絕緣材料絕緣材料 表面電阻率大於表面電阻率大於11012 /square ，或其，或其體積電阻率大於體積電阻率大於11011-cm的材料。的材料。 (EIA-625-1994 ; ESDA A
10、DV 1.0-1994)* Static Shielding Material 靜電屏蔽材料靜電屏蔽材料 可防止元件遭受外界的靜電場破壞的一可防止元件遭受外界的靜電場破壞的一種防護屏障。種防護屏障。 (EIA-625) 基基 本本 法法 則則* 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 ( or 200V)。* 如果靜電無法避免，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
11、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台車台車拖鐵鍊拖鐵鍊ESD問題的對策問題的對策-2-手套的使用-靜電消散時間 2 sec , 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* 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
12、-5 lb 。 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% 靜電環靜電環* 接地導線阻抗 : 必須小於1.25M 30V1M靜電帶導電絲靜電帶導電絲* 環帶阻抗 : 1M 20%靜電環測試實例靜電環測試實例靜電鞋套靜電鞋套and拖鞋拖鞋靜電鞋靜電鞋靜電鞋測試器規格靜電鞋測試器規格靜電環測試器規格靜電環測試器規格ESD問題的對策問題的對策-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 。
13、- 人員防護：考慮人員碰觸電源時，通過人體 電流，故必須要有1M限流電阻。 接地系統接地系統-1 ESD S6.1 * 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
14、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 Ground必須小於1。 共地點ESD保護墊導電扣接地線靜電手環插孔工作檯接地系統工作檯接地系統工作檯表面的量測工作檯表面的量測 ESD S4.1-1997 * 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 : ASTM F150 and NFPA 99 * 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 10K100G
15、。 2. 2只5 lb.直徑2.5”的測試電極。 工作檯表面的量測工作檯表面的量測高電阻計Resistance Point-to-Point(1M )高電阻計Resistance to ground(1106 to 1109 ) 距離 10”固定式工作檯固定式工作檯接地扣接地扣活動式工作檯活動式工作檯地面材料電阻特性測試地面材料電阻特性測試 ANSI ESD S7.1-1994 * 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 : ASTM F150 , NFPA 99 and DIN 51953
16、 * 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10K100G 。 2. 2只5 lb.直徑2.5”的電極。 地面材料的量測地面材料的量測高電阻計Resistance Point-to-Point(1M )高電阻計Resistance to ground(1106 to 1109 ) 1. Resistance to Ground每5000 Sq. ft (464.5m2)必須測試五點。2. Resistance Point-to-Point每 5000 Sq. ft 必須測試五區，每區測 試點間的距離應至少為36” 。 表面電阻表面電阻(率率)測試測試
17、* 測試目的 : 量測一個ESDS包裝材料的表面電 阻率,來評估其靜電防護的特性。* 標準 : ASTM D-257 , ANSI ESD S11.11-1993 * 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1K10T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。 表面電阻表面電阻(率率)測試測試高電阻計1K10T靜電消散時間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。 抗靜電材料抗靜電材料-1抗靜電材料抗靜電材料-2抗靜電材料抗靜電材料-3靜電消散材料靜電消散材料靜電放電屏蔽測試靜電放電屏蔽測試* 測試目的 : 決定靜電放電屏蔽袋的效果。* 標準 : EIA-541,ANSI ESD S11.31-1994 * 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4872小時。 靜電屏蔽材料靜電屏蔽材料
