1、ESD（靜電放電）Electro Static DischargeESD标准：标准：ANSI/ESD S20.20 American national standard institue1.ESD 介绍介绍（原理）（原理）2.ESD 形成方式及其危害形成方式及其危害3.ESD 几种模型几种模型4.ESD 识别和控制识别和控制5.ESD 管制管制6.ESD 推广推广q Electrical Over Stress(EOS)-The exposure of an item to a current or voltage beyond its maximum ratings.EOS-指一個指一個IC
2、材料受到超過其所能負荷的電壓材料受到超過其所能負荷的電壓,電流而遭受到破壞電流而遭受到破壞 的狀態的狀態Definitions定義定義q Electrostatic Discharge(ESD)-The transfer of electrostatic charge between bodies or surfaces at different electrostatic potential.ESD is a subset of EOS.ESD-即靜電放電之意即靜電放電之意.指不同電位的二個物體之間產生的電荷急驟流指不同電位的二個物體之間產生的電荷急驟流 動的現象動的現象.4ESD即即Ele
3、ctroStatic Discharge是是 静电放电静电放电的意思。的意思。“两个具有不同静两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场的感应引起两个物体间静电荷的转电电位的物体，由于直接接触或静电场的感应引起两个物体间静电荷的转移。静电场的能量达到一定程度下，击穿期间介质而进行放电的现象就是移。静电场的能量达到一定程度下，击穿期间介质而进行放电的现象就是静电放电静电放电”。静电产生的根源静电产生的根源4静电产生的根源静电产生的根源当原子的平衡被破坏时，即核外的电子脱离原来的原子子核时，或增加了核外电子的时候，原子就带电荷了。被挖墙角的就带了正电，挖了别人墙角的就带了负电。物体是由原子组
4、成的，当某一个物体整体形势都带负电或正电时候，静电荷就产生了。物体是有千万个原子形成，其内部也有电荷，但没有成趋势，一般不会造成伤害，这里不讨论，我们关注的是物体之间。但有一种物体除外，就是IC，在静电模式CDM环节提到。静电产生的几种方式静电产生的几种方式在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负离子就会转移。针对导电材料而言，同电子能在它的表面自由移动，如与带电物体接触，将发生电荷转移。见图摩摩 擦擦感感 应应：接触充接触充电：电：电离（电离（极化）极化）：静电产生的几种方式
5、静电产生的几种方式 美國Ti公司對某一年對客戶失效器件原因進行分析統計的結果見下表，從中可以看到由EOS/ESD引起的失效占總數的47%。EOS/ESD装联设计 未解?的未证?的晶片制造靜電對電子工業的危害 当代隨著電路的密度越來越大加上産生和積累靜電的材料如塑膠橡膠等大量使用使得靜電越來越普遍存在僅美國電子工業每年因靜電造成的損失達幾百億美元因此靜電防護已成爲電子工業的隱形殺手。静电对电子产品会产生哪些影响：静电对电子产品会产生哪些影响：静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流。电流。这三种特性能对电子元件的
6、种影响：这三种特性能对电子元件的种影响：降低元件绝缘电阻（缩短寿命）INT 元件受损不能工作(完全破坏)元件受伤（潜在损伤）对电子产品造成干扰甚至损坏（电磁干扰）静电吸附灰静电吸附灰尘尘 静电放电破坏静电放电破坏 静电放电电场或静电放电电场或电流产生的热电流产生的热 静电放电产生的静电放电产生的电磁场幅度很大电磁场幅度很大、频谱极宽频谱极宽 静电对日常生活哪些影响：静电对日常生活哪些影响：火灾火灾油罐车着火油罐车着火加油站起火加油站起火油气生产加工过程失火油气生产加工过程失火头发难梳理头发难梳理穿脱衣物产生电火花穿脱衣物产生电火花 门把手，电梯扶手门把手，电梯扶手“麻手麻手”保护膜，手袋难撕开
7、保护膜，手袋难撕开某些小物件难分离某些小物件难分离ESD ESD 损伤的特点损伤的特点（绝大部分）看不可见，（绝大部分）感觉不到，闻不到有些元件受损，但性能无明显下降静电的产生具有随机性静电造成的损失很难辨识除带来经济损失外，还会对各层次的制造商声誉带来很大影响 隐蔽性隐蔽性 潜在性潜在性随机性随机性复杂性复杂性 严重性严重性 ESD的几种模式：的几种模式：HBM模型模型（human body model)ESD的几种模式：的几种模式：HBM模型模型（human body model)ESD的几种模式：的几种模式：HBM模型模型（human body model)ESD的几种模式：的几种模式：
8、HBM模型模型（human body model)ESD的几种模式：的几种模式：MM模型模型（machine model)ESD的几种模式：的几种模式：MM模型模型（machine model)ESD的几种模式：的几种模式：CDM模型模型（charged device model)靜電放電除了有人體放電模式與機器放電模式之外，另有元件充電模式之靜電放電現象。元件充電模式之靜電電荷是先儲存在浮接的(floating)積體電路基體(substrate)之中，然後再經由突然接地的腳位 而放電出來，亦即靜電放電電流的產生不是來自IC外界的 靜電，卻反而是來自IC內部的基體。由於積體電路是處於浮接狀態，
9、累積其中的靜電電荷因同性相斥之物理現象而均勻分佈在積體電路之中。然而積體電路的元件都只製作於晶片表面約幾微米的厚度而已，例如在一0.6微米的CMOS製程技術中，其N-well的深度僅約2微米，N+或P+擴散層(diffusion)的深度僅約0.2微米，但一 晶片的厚度約有500600微米，因此大部份的靜電電荷是儲存在積體電路的基體(substrate)之中。當一具有元件充電模 式靜電電荷之積體電路的某一腳位突然接觸到地時，累積在該積體電路內的所有靜電電荷便集中向這一接地的某一 腳位而產生放電電流，此種靜電放電電流是由積體電路的內部經由接地的腳位而流出積體電路之外.这就是设计者要考虑到又难克服的
10、技术因素人们对静电的感知人们对静电的感知See8000VHear6000VTouch3000VComponentDamage15-30VESDESD的控制的控制有效的静电控制把静电保护设计到元件和产品内消除产生静电的材料与过程驱散或中和静电放电提供对静电放电的物理保护检测过程与环境防靜電鞋的測試-鞋底电阻105108()。-把開關打到測試鞋的位置。防靜電手環測試儀防靜電手環測試儀 注意要緊貼皮膚。防靜電防靜電手套识别手套识别 离子吹風机离子吹風机1-作用距离:1m,其中0.30.8m范围内的消电效率优于98%靜電敏感元件靜電敏感元件-所有含CPUIC敏感晶體的電路板和單體CPUIC敏感晶體都屬
11、於靜電敏感材料需ESD防護(不在靜電安全工作站時應放在完全封閉的靜電防護容器內)。PCCL定義靜電敏感材料定義靜電敏感材料1.IC 類(積體電路);2.三極管(CMOS 管,電晶體等);3.Sensor 類(CMOS,CCD,等);4.二極體.5.PCB 元件;6.其它半導體元件.靜電防護等級靜電防護等級-A級要求最嚴格，並依B、C、D逐級降低。A級級區域內靜電電壓小於50V。B級級區域內靜電電壓小於100V。C級級區域內靜電電壓小於200V。適用范圍:所有接觸到靜電敏感零件,組件,半成品的地方,包括生產車間,車間物料區域,工程辦公室,SQA 辦公室,倉庫等防護區域.D級級區域內靜電電壓小於4
12、000V。適用范圍:生產車間靜電防護區域內相關成品站.-A&B類適用范圍:特殊靜電元件,組件防護區域.-此類由工程專案按機種於作業書定義.機修工位統一使用B級防護.Caution Sign 提醒看板提醒看板SD caution signs shall be posted at each ESD protected workstation and/or at the entrances of defined ESD protected areas.靜電警告標誌必須置於每一個無靜電工作桌靜電警告標誌必須置於每一個無靜電工作桌,且或在每個靜電防護區域的且或在每個靜電防護區域的入口處入口處.警告標誌可
13、如下或類似者警告標誌可如下或類似者:Caution 注意注意Static Can Damage Components靜電會破壞材料靜電會破壞材料Handle Items only in Accordance with ESD specification 處理材料必須依照靜電規格行之處理材料必須依照靜電規格行之ESD防护的基本技术手段防护的基本技术手段1.1.等电位等电位2.2.接地接地3.3.中和中和4.4.阻值控制阻值控制5.5.静电场屏蔽静电场屏蔽6.6.湿度控制湿度控制7.7.材料选择和工艺控制避免产生静电材料选择和工艺控制避免产生静电8.8.敏感器件的标注敏感器件的标注9.9.保护电路
14、和结构设计提高抗静电保护电路和结构设计提高抗静电能力静电防护的基本方法静电防护的基本方法静电的防护措施静电的防护措施泄漏泄漏中和中和屏蔽屏蔽提供泄漏通道提供泄漏通道流掉静电荷流掉静电荷提供相反符号的带电粒子提供相反符号的带电粒子中和掉静电荷中和掉静电荷提供具有屏蔽功能的环境提供具有屏蔽功能的环境屏蔽静电屏蔽静电泄漏泄漏1、采用具有耗散性的材料。如：防静电台垫、防静电工作服（帽）、防静电椅、防静电物料盒、防静电袋、防静电周转箱（盘）等。2、接地。设备、工装、工具接地、台垫、人体使用手腕带接地。静电的防护措施静电的防护措施中和中和利用离子风机吹出离子化空气流中和积累在绝缘体表面产生的静电荷。静电的
15、防护措施静电的防护措施绝缘体表面绝缘体表面绝缘体表面绝缘体表面屏蔽屏蔽避免器件受静电感应而带静电,如采用防静电屏蔽袋包装元器件。静电的防护措施静电的防护措施 +_+建立防静电工作区（建立防静电工作区（EPA)EPA（electrostatic discharge protected area）的含义就是静）的含义就是静电放电保护工作区电放电保护工作区EPA就是能够提供器件保护条件的工作区域就是能够提供器件保护条件的工作区域ESDS器件警示标志ESDS保护标志 共同接地点标志 ESD防护材料防护材料界定界定 Conductive Materials导电导电材料：材料：表面电阻率小于1x 105/square,或其体积电阻率小于 1x 104 -CM Static Dissipative Material静电耗散静电耗散材料：材料：表面电阻率1x 105/square1x 1012/square,或其体积电阻率1x 104-CM1x 1011-CM Anti-Static Material 抗静电抗静电材料：材料：-能抑制摩擦生电的材料 -摩擦电压200V以下的材料 -抗静电材料没有表面电阻率或体积电阻率的要求.演讲完毕，谢谢观看！
