ESD知识培训.ppt
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1、ESD知识培训知识培训培训目的培训目的 提醒所有員工增强提醒所有員工增强ESDESD意识意识, ,明白明白“靜電靜電”對對ICIC等电子元器件等电子元器件的破壞是一個非常嚴重的問題的破壞是一個非常嚴重的問題, ,相相信有大約信有大約25%25%的的ICIC材料是因靜電材料是因靜電(ESD)(ESD)的影響而遭破壞的影響而遭破壞, ,靜電造成一些奇特而不易察覺的破壞靜電造成一些奇特而不易察覺的破壞,F/A,F/A分分析的結論往往是析的結論往往是: : 原因不明原因不明. . 它是它是整个公司品质整个公司品质所面臨的一項挑戰所面臨的一項挑戰. .培训对象培训对象整个公司所有的员工整个公司所有的员工
2、 ESD 訓練教材訓練教材PE2Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd. 什麼是靜電放電什麼是靜電放電 (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 這些就是靜電瞬間泄放(ESD)所主導產生的現象,它是一个急骤放电过程 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等 我们就是要防止ESD进入电子元器件。 ESD 訓練教材訓練教材PE3Friwo Electrical ( S
3、Z ) Co., Ltd. 要防止要防止ESDESD,首先必须知道靜電如何形成首先必须知道靜電如何形成 靜電是静止电荷所产生的电,它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 靜電的形成 开路电池端子上的电 两个相互绝缘的物体摩擦所产生的电 在一个电场中感应到的电 # 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
4、質稱為導体 # 絕緣體 物体缺乏上述可移動的電子或價電子的物質,稱為絕緣体其表面電阻係數介於 1012 /square以上PE4Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.ESD 訓練教材訓練教材 电池端子上的电,它是一种由活泼金属与电解液发生反应而形成,电解液一方呈 正电,金属一方呈现负电 摩擦生電,两个不带电的物质相互摩擦而产生电子转移的过程.PE5Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd. 7P+ 7P+ 7P+ 7P+e -e -e -e -e -e -e -平衡原子平衡原子 1e -平衡原子平衡原子 2帶負電原子帶負電原子 帶正電原子帶正
5、電原子e -e -e -e -e -e -e -摩摩擦擦e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -ESD 訓練教材訓練教材 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Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.PE 6ESD 訓練教材訓練教材 A)上述條件測量結果上述條件測量結果 所穿鞋子所穿鞋子 動動 作作 產生靜電壓產生靜電壓(Volts) (Volts) 皮皮 鞋鞋 原地慢速踏步原地慢速踏步 150200150200 皮皮 鞋鞋 原地快速跑步原地快速跑步 200250 200250 球球 鞋
6、鞋 原地慢速踏步原地慢速踏步 200250200250 球球 鞋鞋 原地快速跑步原地快速跑步 250350250350 B) B)當不同條件下,靜電壓之變化當不同條件下,靜電壓之變化 產生方法產生方法 10%20%10%20%相對濕度相對濕度 65%95%65%95%相對濕度相對濕度 走過地毯走過地毯 35,000 V 1,500V 35,000 V 1,500V 走過塑膠地毯走過塑膠地毯 12,000 V 250V 12,000 V 250V 在椅子上工作在椅子上工作 6,000 V 100V 6,000 V 100V 拿起塑膠文件夾拿起塑膠文件夾 7,000 V 600V 7,000 V
7、600V 工作椅墊摩擦工作椅墊摩擦 18,000 V 1,500V 18,000 V 1,500V注注 , 1.二種不同性質的物質碰在一起再分離二種不同性質的物質碰在一起再分離(称为摩擦称为摩擦). 2, 其中一種物質為其中一種物質為 絕緣體絕緣體. Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.7PE 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、上脏、上漆。 地 板 水泥地板、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、
8、吸錫器、鉻鐵、 刷子、塑膠帶、 熱氣、烤箱、 複寫紙。 ESD 訓練教材訓練教材 半導體產品抗靜電能力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+ (A) , Common (B)5. V+ (B) , Common (A)Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.8PE RegulationHigh Vo
9、ltagePower SupplyDC MeterD.U.T.R1R21.5K 5%C1100pf 10%WaveformMeasurtmentTerminalR1 - Current LimiterRs - RelayC1 - 人體電容 ( 平均 )R2 - 人體電阻 ( 平均 )D.U.T. - 待測材料A, B - 待測物之接腳ABRSESD 訓練教材訓練教材 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 100200EPROM 100JFET 1407,000Op-Amp 1902,500CMOS 2503,0
10、00SCHOTTKY DIODE 3002,500 TTL 3002,500Bipolar Transistor 3807,000ECL 500SCR 68010,000 抗靜電物質抗靜電物質 - 物質若經自己相互磨擦或相互分開或與其它類似物質分開時不產生大於物質若經自己相互磨擦或相互分開或與其它類似物質分開時不產生大於 +/- 200(TCP100V) 伏特的靜電壓者伏特的靜電壓者.Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.9PE ESD 訓練教材訓練教材 抗靜電能力之分類 依上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
11、(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。 10PE ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd. ESD 對人体會造成傷害嗎? 家中的110V、240V常常因為使用不慎造成傷亡,那動輒幾K
12、V 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11PE ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.12PE ESD 的影響品質方式的影響品質方式 1. 人體放電模式(Human Body M
13、odel , HBM) 顧名思義知道此為借由人體於走動摩擦產生靜電,而影響 到元件的模式人 體元 件( HBM )-ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd. 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 13PE 元元 件件外在電場感應電荷外在電場感應電荷接地造成接地造成ESD放電放電 (FIM)(Field)E(Gro
14、unded)元元 件件接地消失接地消失移離電場(CDM)(Field)ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.14PE 元件被元件被ESD 破壞之原因及型態破壞之原因及型態 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(PS:EOS - 指一個IC材料受到其所能負荷的電壓,電流而遭受到破壞的狀態)ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.15PE ESD破壞之型態1. 接面崩熔(Junction Burnout
15、) 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 Through)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。EBCEBCESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.16PE 3. 金屬層崩熔(Metalization Burnout) 由於過大的
16、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。ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.17PE 靜電的累積破壞 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。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54S163
17、IC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 FAILESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.18PE ESD破壞分析破壞分析 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)
18、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ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.19PE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)ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.20PE 靜電防護靜電防護 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、反應時間、 最大電壓、 能量傳導、 寄生電
19、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. 屏蔽靜電場逐一介紹說明如下:ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.21PE 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)
20、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。ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd.22PE (B) 中和法(Neutralization)利用靜電消除器(Ionizer)來釋出正、負離子以
21、中和消除靜電效應。目前常用的靜電消除器有下列幾種:a. 放射性靜電消除器 使用放射性物質釙或元素之輻射能來撞擊空氣使之分裂成等量的正、負離子。使用此Ionizer必須加防護結構。其優點是不需電源容易裝置,具有防炸功能;缺點是使用壽命短(每年更換),必須離使用遇火警時極危險。 b. 高壓靜電效應消除器 利用針點高壓(5KV左右)尖端放電來電離空氣分子。此種裝置具有高效率及高安全性之特點,所產生之電流僅幾微安培(A),不會產生電擊。 c. 感應靜電效應消除器 這是利用帶電物質之高電壓(對接地點)來電離空氣離子 ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Lt
22、d.23PE 3. 摒蔽靜電場(Field Shielding) 此種方法乃利用Farady Cage 之原理使靜電場被摒蔽在容器之外圍。左圖是5KV電場下各種容器內測得的靜電場,右圖是一摒蔽電場之模型電場無法貫穿僅分佈表面電 壓 (kv)時間 (秒)01.02.03.01.02.03.0導電袋防靜電袋一般PE袋金金 屬屬 容容 器器ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd. 各類常用靜電防護材料各類常用靜電防護材料 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,
23、 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24PE ESD 訓練教材訓練教材 Friwo Electrical ( SZ ) Co., Ltd. 3. 靜電遮蔽材料(袋、管、管塞、盒
24、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(105 R 109 /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4. 靜電消除器 利用儀器所產生的大量離子,將絕緣體表面的靜電予以中和。使用靜電消除器必須注意:(a)靜電消除器必須在工作範圍45呎,兩邊各近似45度角範圍內方為有效區域(b)靜電消除器必須定期清理所積聚之灰塵,至少3個月內清理一次(c)靜電消除器必須定期檢查其離子是否平衡(d)靜電消除器會產生臭氧(O3) 對
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