ESD训练教材课件课件.pptx

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1、目录序言第一部分：ESD基本原理介绍第二部分：半导体的抗静电能力第三部分：静电防护第1页/共36页序言u在电子产品越来越细小，越来越复杂的今天，半导体材料的质量要求也是越来越高的.而静电对半导体的破坏却因半导体的高集成化而变得更加容易。u为了产品的质量和提升客户的满意度，我们必须在静电的防护方面作出更有效的行动，来迖成我们的质量目标。第2页/共36页ESD 基本原理介绍第3页/共36页ESD 基本原理介绍一、静电放电(ESD)现象u严寒的冬天，当您脱下暖和的毛衣，您会听到哔哔啪啪声。u握手或手接触时常被电击一下，是由于人身带了静电，接触时突然放电所致。u云层相互摩擦而带大量的电荷，相互放电形成

2、能量巨大的雷电，对地放电则可能形成雷击。这些就是静电瞬间放电(ESD)所主导产生的现象ESDElectro Static Discharge第4页/共36页二、静电的本质物质由分子和原子组成，原子由原子核和电子组成，原子核带正电，电子带负电。自然条件下，正负电荷平衡，物体不带电.这类物体叫电中性物体。在某种条件下，正负电荷的平衡被打破，则物体带电这种现象叫物体带电。所谓静电指对观察者而言，电荷静止不动或运动非常缓慢。动电则有电荷的快速运动和变化。ESD 基本原理介绍第5页/共36页三、静电起电静电可有很多种方式产生，如物体间的摩擦，电场感应，介质极化，带电颗粒粘附等等。摩擦起电：当两个物体产生

3、摩擦时，摩擦表面的电子会从一种物体跑到另一种物体上，分离后，两个物体的正负电荷失去平衡，得到电子的带负电，失去电子的带正电。感应起电：当有强电场(大的带电体)存在时，附近的物体被感应，局部或整体产生电荷，这类带电称为感应带电。ESD 基本原理介绍第6页/共36页四、静电放电当带电的物体与一些导体等接触时或靠的很近时，电荷会找到一途径途突然释放掉，这种现象叫静电放电。静电放电的条件是：首先有静电存在，其次要有一定的途径。静电放电的原因和条件多种多样，控制静电放电是在人们生活和工作中的各个方面所追求的。ESD 基本原理介绍第7页/共36页五、静电产生原理静电产生1.分离2.摩擦ESD 基本原理介绍

4、第8页/共36页分离，摩擦等起电的过程：ESD 基本原理介绍五、静电产生原理第9页/共36页ESD 基本原理介绍五、静电产生原理分离，摩擦等起电的过程：第10页/共36页物质产生静电大小排列如下表，其中愈正性与愈负性物质互相摩擦产生之静电愈大。空气石棉人手玻璃云母头发尼龙羊毛毛皮铅 丝绸铝 纸 棉花 钢 木材琥珀封蜡橡胶镍铜黄铜纤维聚酯奥璐珞聚氨酯聚乙烯聚丙烯硅 硅橡胶ESD 基本原理介绍五、静电产生原理第11页/共36页摩擦起电：操作中的动作和肢体运动，由衣服，鞋子与其他物体，地面摩擦，使衣服和鞋子带电，再通过传导和感应，使人体带电。感应起电：当不带电的人体进入带电的电场，静电感应而起电。传

5、导起电：人体直接接触带电体，或与带电体发生静电放电，另人体在静电的微尘粉体和雾状液粒空间活动，使带电微粒附在人体及衣服上产生静电。ESD 基本原理介绍五、静电产生原理人体带电研究第12页/共36页ESD 基本原理介绍五、静电产生原理人体活动带电示意图第13页/共36页六、静电电压典型静电电压我们在经受3000伏的静电电压!ESD 基本原理介绍第14页/共36页ESD 基本原理介绍六、静电电压人体电容典型值第15页/共36页ESD 基本原理介绍六、静电电压人体的典型静电电压值第16页/共36页实际过程中，静电一边产生一边衰减静电的衰减符合指数规律：电容越大，电阻越大，衰减越慢七、静电放电静电荷的

6、衰减规律ESD 基本原理介绍第17页/共36页大体而言只要100V以上的静电压就可以对半导体产生伤害，故 ESD 之防护工作，我们不可不慎。电子元器件静电损伤的典型电压阀值半导体的抗静电能力第18页/共36页损伤具有隐蔽性：人体不能直接感知静电除非发生静电放电，但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉，这是因为人体感知的静电放电电压为23 KV，所以静电具有隐蔽性。失效分析的复杂性：静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此，有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失

7、效当作其他失效。这在对静电放电损害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性。电子产品静电损伤的特点半导体的抗静电能力第19页/共36页损伤具有潜在性：有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。损伤的随机性：电子元件甚么情况下会遭受静电破坏呢？可以这么说，从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机动性性。其损坏也具有随机动性性。半导体的抗静电能力电子产品静电损伤的特点第20页/共36

8、页电子产品静电损伤的形态A.突发性完全失效自身短路、幵路、功能丧失、参数变异。电压相关失效：介质击穿、PN节反向漏电。功率相关失效：金属等烧断，硅片局部区域融化，PN节边缘损伤等，这类失效占静损伤的10%。半导体的抗静电能力第21页/共36页B.潜在性缓慢失效带电体电位或能量较低，一次放电没有完全损伤失效，使器件内部轻度损伤，但有累计效应，使器件性能变坏，可能突然失效，难以检测和筛选，造成产品质量发生信赖性问题。半导体的抗静电能力电子产品静电损伤的形态第22页/共36页静电的累积破坏负伤而行 负伤而行（Walking Wounded）许多实验证实静电能使半导体负伤，但不致立即完全破坏其功能，而

9、且有多数这些负伤而行的元件都能通过测试直到这些元件送到客户之后，随时会从负伤而行变成完全失效。半导体的抗静电能力电子产品静电损伤的形态第23页/共36页 静电的累积破坏 负伤而行 下面是一ESD累积破坏的试验：(应用HBM方式)试验条件：试验结果：材料：54s163测试前I=2.883A PASS人体电容：100pf第一次I=2.883A PASS每次放电：50V第二次I=2.890A PASS 放电次数：5次第三次I=2.890A PASS 测试点：Vin=Pin2(A)第四次I=1.872mA FAIL GND=Pin8(B)第五次I=2.147mA FAIL半导体的抗静电能力电子产品静电

10、损伤的形态第24页/共36页ESD破坏分析 找出PCB上之故障元件 对故障元件进行基本电性量测功能测试参数测试 X-ray做表层分析 去封胶（Decapsulate）检视内部 去除各层（玻璃层、铝层）层层检视 几种遭ESD破坏案例参考半导体的抗静电能力第25页/共36页ESD破坏案例参考横 切 面 放 大 二千倍横 切 面 放 大 一万倍半导体的抗静电能力第26页/共36页静电防护芯片设计的静电防护(治本方法)u对许多集成电路，厂家在器件的输入/输出口上多加了一些防静电保护电路，使器件的防静电能力大大提高。u为了减少保护电路占的面积，提高集成度，降低成本，各家有其独有的技朮，对通用集成电路，有

11、相应的国际或企业的防静电标准。u防护电路是不能杜绝静电损伤的。u错误的理念：因选用高损伤阀值器件，故ESD防护可以放松。第27页/共36页静电防护的基本原则(治标方法)1.避免静电产生a)潮湿法b)抗静电涂布法c)内部静电剂法2.疏导或中和所产生之静电a)疏导法(典型方法是配戴静电环)b)中和法 3.摒蔽静电场静电防护第28页/共36页常用静电防护材料及使用方法1.静电环：由伸缩拉环，内含1Mega 10%电阻之导线及接头所构成。配带静电环时必须注意到：a)静电环必须与手紧密接触，不可松脱或套于衣袖上。b)与接地之间必须保持1M 10%之电阻。c)接头必须固定妥当，当接头未接地妥当时，不得碰触

12、材料。d)静电环中接一1M之接地电阻，其目的是保护人员工作之安全。静电防护第29页/共36页2.抗静电材料(袋、管、管塞、盒等)：在材料上涂布抗静电液，使材料不会产生静电荷，或仅产生微量的静电荷(通常在100V以下)。此类材料表面电阻要求在1012/square以下，静电消散时间2sec。使用此材料应：a)此材料仅能防止本身产生静电，而却无法防止静电场破坏。b)表面涂层必须考虑其有效期。c)一般工业界会将此类产品制成粉红色。静电防护常用静电防护材料及使用方法第30页/共36页3.静电遮蔽材料(袋、管、管塞、盒等)：此种材料一般含有二或三层，上下(或外)层是抗张力强的抗静电化学合成物质(R101

13、2/square，静电消散时间2sec)，中间(或内)层是一层薄薄的金属箔(R 103/square)。使用时需注意：a)避免使用尖锐物品刮坏金属层。b)封闭的导电袋或容器才有完全之保护。静电防护常用静电防护材料及使用方法第31页/共36页4.防静电工作桌1.人体2.静电环3.防静电桌面4.仪器5.静电鞋6.导电地板静电防护常用静电防护材料及使用方法第32页/共36页静电防护标示A.“对ESD敏感”标示：适用于告知电子零组件对ESD 极为敏感，易遭ESD破坏。B.“对ESD防护”标示：用于工具或材料上已具有控制ESD之功效。静电防护第33页/共36页AUT对ESD之要求1.所有生产过程中使用的仪器、设备、治工具、工作桌等均必须接地。2.半导体材料在储存，运输等过程中必须使用防静电材料进行包装，所有与ESD相关材料必须贴有任何人均可明了之标签。3.所有工作人员在生产区域必须配戴有线静电环并确实接地后方可接触半导体材料。4.所有ESD相关的项目必须点检并保留记录，如静电环的点检为每天二次。静电防护第34页/共36页AUT对ESD之要求5.所有从事ESD相关工作之人员，皆必须接受ESD训练。6.ESD相关具体要求，请参考三阶文件：EA-MD-003防静电措施(ESD)作业办法 静电防护第35页/共36页感谢您的欣赏！第36页/共36页