《静电防护ESD问题》PPT课件.ppt

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1、静电放电（ESD）及其防护主讲：林秀华主讲：林秀华厦门大学物理与机电工程学院厦门大学物理与机电工程学院内容安排0、引言1、静电的产生2、静电放电（ESD）效应物理机制3、洁净车间、机房的静电表现4、IC.MOS.FET.GaN LED 失效分析5、ESD 危害与防患措施6、电子产品的静电防护7、ESD 问题和思考0、引言o01静电的基本概念n静电是一种客观的自然现象，由于电荷和电场分布而产生的；n静电现象：电荷的产生和消失过程的电现象；n物体结构分子原子；n空气中含有 100 至 500 个带电离子/cm3；n地球是个巨大的电场 E130V/m，带电云层经过后10000V/m；n静电与日常用电

2、的异同点。n静电放电全称（ElectroStatic DischargeESD）；o02静电主要现象n静电力学现象：静电引力、静电排斥力。n静电感应现象：静电噪音、机器损耗、自控失灵、静电屏蔽、电路不良等。n静电放电现象：雷鸣电闪、静电噪音、电子元器件、pn 结击穿等。0、引言（续）1、静电的产生o11静电放电效应（ESD）内因n分子原子原子核（核）感应电子（外壳）荷电性质正电荷 负电荷不同质材聚四氟乙烯聚乙烯聚丙烯树脂聚亚胺酯醋酸纤维硬橡胶木材棉花纸张铝丝绸铅羊毛尼龙头发云母石棉空气表一：物体摩擦带电电序表：1、静电的产生（续一）o12静电放电效应（ESD）外因n物体相对运动引起（摩擦、位移

3、、接触、冲击）n生产工艺:挤压、切割、搅拌、过滤、喷溅、流动n生活中的行走、起立、穿脱衣服、推拉物体n雷电放电（雷云间或雷云与地面物体）1、静电的产生（续二）静电来源湿度 10-25%RH湿度 65-90%RH行走在地毯上35000V15000V行走在胶地板上12000V250V在工作台上操作6000V100V捡起塑料胶袋20000V1200V推动发泡胶椅子18000V1500V表二：ESD 的来源：2、静电放电效应物理机制o21三种不同材料（导体、半导体、绝缘体）表三：性质比较：电阻率(cm)静电感生电荷表面导体1010产生束缚电荷，电荷难以在表面重新分布2、静电放电效应物理机制（续一）01

4、010310210111012101310141015带电倾向体电阻cm图一：带电体电位 VS 体电阻2、静电放电效应物理机制（续二）o22电子、半导体荷电起源n半导体器件制程工艺都在表面上进行（切磨抛、清洗、氧化、光刻、蒸发、烧结、光刻、钝化、划片、测试）制备芯片；n电子产品装配中：传送带、风冷热气流、毛刷刷灰尘、气枪、冲床、气压电动钻孔、锁镙丝、装包装袋、摩擦、剥商标纸等。2、静电放电效应物理机制（续三）表四：不同半导体材料物理性能差异半导体器件电阻率(cm)导热系数W/cmK散热性抗静电电压(V)硅二极、三极管IC电路10-2102（掺杂）1.5较好600碳化硅红色LED105106（不

5、掺杂）4.9好1000蓝宝石绿蓝白LED衬底1060.49较差5002、静电放电效应物理机制（续四）o23雷云与闪电，全球每秒有100到300次闪电发生 地球（0伏）电离层（400000伏）大气电流正电荷注入到电离层雷雨云3、洁净车间、机房的静电表现o31电子、半导体车间用具、装置的要求n电子、半导体车间环境o地面、墙壁、工作台、传送带等n电子、半导体车间用具的要求o椅子、风扇、装料盒、各种工具等n电子测量、计量设备装置的要求3、洁净车间、机房的静电表现（续）o32电子计算机房n组成：设备、磁盘、软盘、打印机、配电盘等n特点：防尘、防湿、恒温、净化、防静电n要求：环境清洁度越高，湿度小于50%

6、，环境（地面、工作台、凳子、机台、外围设备等）尤其容易产生 ESD4、IC.MOS.FET.GaN LED失效分析o41失效主要起因nCMOS“栅”层薄，VLIC 集成化密度高、线宽窄、间距小、易静电放电；nInGaN 绿、蓝芯片结构是量子阱、厚度十几nm，尤其受静电放电击穿使 pn 结破坏，绿蓝 LED 失效；nPCB、电子线路间距小至几十微米，尘埃大于10微米，被吸附后容易造成短路放电。4、IC.MOS.FET.GaN LED失效分析（续）器件类型ESD电压值（V）器件类型ESD电压值（V）VMOS30-1800运算放大器190-2500MOSFET100-200STTL300-2500G

7、aAsFET100-300DTL380-7000PROM100肖特基二极管300-3000CMOS250-2000双极型二极管380-7000HMOS50-500石英压电晶体10000表五：半导体器件 ESD 敏感电压值250VLEVEL 1A 250 TO 500VLEVEL 1B500 TO 1000VLEVEL 1C1000 TO 2000VLEVEL 22000 TO 4000VLEVEL 3A4000 TO=8000VLEVEL 0JESDJESD电子元器件静电敏感度分级电子元器件静电敏感度分级 GJB548AGJB548A静电放电灵敏度等级静电放电灵敏度等级 一一级级0-1999V

8、0-1999V二二级级2000-3999V2000-3999V三三级级4000V4000V以上以上4、IC.MOS.FET.GaN LED失效分析（续）o42ESD 放电模式n自然界放电模式自然界放电模式o电子从一块云跑到另外一块云上，从天空到地面即放电n人体放电模式人体放电模式（HBM）o人体走动累积静电与器件、PCB接触在极短时间内放电n机器放电模式机器放电模式（MM）o自动化、机械化设备长期使用，积累电荷，便产生ESDn元件充电模式元件充电模式（CDM）o半导体元器件碰到接地表面，芯片上静电荷接触瞬间放电n电场感应模式电场感应模式（FIM）o器件触于外电场环境，感应电荷类类追认CDM模式

9、放电4、IC.MOS.FET.GaN LED失效分析（续）o42ESD 放电表现形式静电放电（ESD）引起器件失效n电压式击穿（串联式元器件与 LED）o引起器件或 PN 结短路n功率式击穿（并联式元器件与 LED）o器件或 PN 结烧断o51ESD 放电危害表现n静电库仑力作用n静电放电o毁坏损伤元器件、向周围发射电磁波、电击人体（带电体电压超过 3KV 时，有电击感觉；超过 6KV 时，人有强烈的痛感）oESD 造成辐射电磁场、突波噪音n感应带电o若感应物体是导体时，会引起火花放电5、ESD 危害与防患措施5、ESD 危害与防患措施（续一）危害危害原因原因危害危害种类种类危害程度危害程度举

10、例举例放电作用爆炸及火灾液体、粉尘、气体或蒸气爆炸或起火汽油、煤油、酒精、苯有机溶济金属粉末、药品粉末、树脂粉末易燃液体的蒸气或气体起火或爆炸人身伤害使人电击或因电击引起的二次伤害SMD 实装机，橡胶厂压延机电击引起的坠落或摔伤妨碍生产敏感元件失灵或继电器误动作自动化设备瘫痪、计算机工作失常，胶片质量下降、电子产品劣化力学作用妨碍生产吸附尘埃，电器短路器件劣化 IC 破坏影响光刻、PCB 加工、化工生产、胶片制造、电子元器件装配表六：静电危害一览表5、ESD 危害与防患措施（续二）类类别别影响人体阻抗影响人体阻抗的条件的条件接触状态接触状态电压电压(V)电流电流(mA)干燥的皮肤或有汗潮湿的皮

11、肤住宅、办公室、工厂、会议室、礼堂等场所，单手触及电器设备到双脚间5050被水浸湿的皮肤在涵洞、矿井、隧道，高潮湿场所，手抓电器，双脚立于潮湿地板时皮肤阻抗 5002550皮肤浸在水里游泳池、水槽或水池中身体浸水，仅人体内部阻抗500510表七：人体阻抗和允许接触电压、电流5、ESD 危害与防患措施（续三）o52操作者防患规范n生产线上尽量减少接触（ESD）敏感器件的次数与人数；n限制车间人员不必要的走动、搬椅子、移木板、纸箱；n包装少用绝缘袋，必须用抗 ESD 特殊材料包装袋、盒、箱、盘等；n装配 IC、ESD 敏感器件应戴抗静电手套、手环；n必须用手接触器件时，只接触管壳，而避免接触器件的

12、引出端；n接触器件前应将手或工具接“地”一下；烙铁要求永久性接地；n不穿容易产生静电的工作服；工作环境相对湿度应保持大于 50%5、ESD 危害与防患措施（续四）o53车间 ESD 环境要求n工作环境o地面o工作台、凳子o工作服、工作鞋、防静电手环n测试机台n包装5、ESD 危害与防患措施（续五）o54静电的消除n增加空气湿度（加湿器）n局部静电处理（使用交流磁场、喷涂 ESD 涂料）n离子中和法：在静电电荷密集处引入带电离子o离子流中和（离子风扇）o放射性中和o感应中和（高、低压）5、ESD 危害与防患措施（续六）图二：感应中和器原理图（低压）高压电源高压电源图三：感应中和器原理图（高压）5

13、、ESD 危害与防患措施（续七）o55防静电设计n生产车间或厂房环境设计n元件和整机防静电设计nESD 敏感器件的防静电保护n电子线路防静电电路保护n注意机台、设备装置必要的接地和接零6、电子产品的静电防护o61静电放电的模式o62静电放电的测试n绝对漏电流法n相对 I-V 漂移法n功能观测法n表面电阻测量法静电放电模拟器静电高压测量装置图静电放电模拟器静电高压测量装置图6、电子产品的静电防护（续一）o63防静电的对策n阻止静电放电现象n阻止二次放电n阻止直接传导n阻止放电电流的电磁场造成的耦合n阻止静电放电造成的辐射电磁场n防止偶发的突波噪声所造成的干扰6、电子产品的静电防护（续二）o64防

14、静电保护电路设计与分析n保护电路对 ESD 作用时间应该很短，发生作用时，截止电压越低越好；n当电压过载时电阻要大，漏电流要小，电容要小；n电路保护分为一级保护和二级保护；n保护电路参考：电路端口保护（注意电容效应）n二级保护电路，输入保护电路，输出保护电路。6、电子产品的静电防护（续三）第一级保护输入讯号绝缘电阻第二级保护保护端图四：二级 ESD 保护电路设计方块图6、电子产品的静电防护（续四）o65雷电感应防护n防静电感应产生高压；o接地电阻 5-10n防电磁感应；o接地电阻 5n防雷电入侵o加装避雷器接地7、ESD 问题和思考1、静电成因与放电模式有几种？2、静电的危害表现在哪些方面？3、防静电有哪些相应的措施？4、如何防止雷电入侵造成设备仪器损坏？5、保护接地和接零的基本原理？谢 谢！