全面ESD培训资料

1、esd培训课程培训课程编制：kevinchen日期：2013-6-21esd培训课程培训课程 课程目的课程目的 esd( e electros static d discharge)是电子可靠性工程的重要组成部分,本教材全面系统介绍了esd基本知识、esd控制标准、esd防护技术等esd知识 通过学习可以理解esd对电子产品的危害，明白esd控制的重要性. 一、一、esdesd基本知识基本知识 二、二、esdesd标准和测试标准和测试 三、三、esdesd控制控制esd培训课程培训课程 接地线 接地线也称为地线母线。接地主干线的截面积应不小于100mm2，支干线的截面积应不小于6 mm2 ，设

2、备和工作台的接地线采用截面积应不小于1.25mm2 的导线，并以黄绿色为宜。 接地线又分为硬接地和软接地。 硬接地-（hard ground）直接与大地电极作导电性连接的一种接地方式。 软接地-（soft ground）通过一足以限制流过人体的电流达到安全值的电阻连接到大地电极的一种接地方式（软接地的漏电流不超过5ma，静电手腕带的泄漏电阻值应为1mohm100mohm,静电泄放至100伏以下的时间小于0.1s)。esd基本知识基本知识 静电及静电放电静电及静电放电 静电：静电：就是物体的表面一种处于相对稳定状态的电荷。就是物体的表面一种处于相对稳定状态的电荷。 静电放电（静电放电（esdes

3、d）带有不同静电电位差带有不同静电电位差, ,在物体或表面在物体或表面之间的静电电荷转移。分接触放电和电场击穿介质放电。之间的静电电荷转移。分接触放电和电场击穿介质放电。 静电过栽（静电过栽（eoseos）导致电子元件损坏的结果。导致电子元件损坏的结果。esd基本知识基本知识 静电标识静 电 敏 感 区域警示标志静电敏感标识静电防护标识喷防静电液标识esd基本知识基本知识 静电的产生静电的产生: : a) 摩擦带电：摩擦带电：物质相互摩擦时，由于摩擦发生接触位置的移物质相互摩擦时，由于摩擦发生接触位置的移 动和电荷分离而放出静电。动和电荷分离而放出静电。 b) 流动带电：流动带电：用管路输送液

4、体产生的静电。用管路输送液体产生的静电。 c) 喷出带电：喷出带电：由粉体、液体和气体从截面小的开口部位喷出由粉体、液体和气体从截面小的开口部位喷出, 发生摩擦而产生静电；液体和粉体本身相互之发生摩擦而产生静电；液体和粉体本身相互之 间的撞击间的撞击,以及小的飞沫摩擦产生大量的静电。以及小的飞沫摩擦产生大量的静电。 d) 剥离带电：剥离带电：互相密切结合的物体被剥离时引起电荷分离而互相密切结合的物体被剥离时引起电荷分离而 产生静电产生静电esd基本知识基本知识 静电的特性静电的特性 在在30003000伏时，你能通过皮肤感知伏时，你能通过皮肤感知 在在50005000伏时，你能听见伏时，你能听

5、见 在在1000010000伏里，你能看见伏里，你能看见高电位：可达数万至数十万伏，人员操作时常达数百和数千高电位：可达数万至数十万伏，人员操作时常达数百和数千伏（人通常对伏（人通常对3.5kv以下静电不易感觉到）以下静电不易感觉到） 低电量：静电流多为微安级（尖端放电例外）低电量：静电流多为微安级（尖端放电例外） 作用时间短：微秒级作用时间短：微秒级 受环境影响大：特别是湿度，湿度上升则静电积累减少，静受环境影响大：特别是湿度，湿度上升则静电积累减少，静电压下降电压下降.esd基本知识基本知识作业与静电作业与静电 人体活动产生典型的静电电压人体活动产生典型的静电电压(v)人体活动湿度10-2

6、0%湿度65-90%在地毯上走动350001500在聚乙稀地板上走动12000250在工作台上工作6000100拿聚乙烯纤维包7000600从工作台上拿起聚乙烯衬垫200001200坐在填有聚氟脂泡沫的椅子上 1800015000esd基本知识基本知识 esdesd的危害的危害 1、吸附灰尘缩短产品寿命在旦夕 3、放电损伤产品失效 4、电磁干扰过程中断（不良数据、软件错误、校准失误、处理器停止运作）硬损伤（致命损害）：表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能。软损伤（隐性损害）：受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使用寿命却大大缩短了 esd失效：热熔化、介质击穿、esd引发eos

7、esd基本知识基本知识 静电放电三要素静电放电三要素 qm d=esd“q”：一定积累的静电荷“m”：放电途径，如金属接触、对地或低阻的泄放路径“”：静电第三器件“”就是放电（） 放电途径静电荷esd敏感器件esd基本知识基本知识 电子产品失效情况 根据rac的统计,在所有硬件故障中,esd失效率占15%,而高静电敏感的器件eos/esd失效率高达60%左右. esd引起半导体器件操作，使器件立即失效的机率约10%(短路、开路、无功能、参数不符合要求），而90%的器件则是引入潜在性损伤,损伤后电参数仍符合规定要求，但减弱了器件抗过电应力的能力，在使用现场容易出现早期失效esd基本知识基本知识

8、器件的esd失效特征静电损伤是一种偶然事件，一般讲是与时间无关的，所以不能通过老化筛选方法加以剔除，相反，在老化过程中，由于器件接地不良，老化设备不适当的连接等，反而会提高失效的百分比。esd基本知识基本知识esd静电培训课程静电培训课程 一一、esdesd基本知识基本知识 二、二、esdesd标准和测试标准和测试 三、三、esdesd控制控制esd标准和测试标准和测试器件器件esd敏感因素敏感因素 esd对半导体器件和电子产品都存在严重危害对半导体器件和电子产品都存在严重危害,esd对电子产对电子产品和器件的可靠性影响的主要因素有品和器件的可靠性影响的主要因素有:电场强度、放电电流、电磁电场

9、强度、放电电流、电磁干扰干扰。 影响器件影响器件esd敏感程度的因素包括敏感程度的因素包括：器件设计（结构和工艺）、：器件设计（结构和工艺）、esd电流、能量包裹、电场强度、放电的上升时间、制造工艺和器电流、能量包裹、电场强度、放电的上升时间、制造工艺和器件的封闭类型等。件的封闭类型等。 能量型敏感器件能量型敏感器件的损伤是由于流过双极型结构电阻、保护电阻、的损伤是由于流过双极型结构电阻、保护电阻、薄膜电阻、金属连线等的过电流引起。薄膜电阻、金属连线等的过电流引起。即电流过大烧坏即电流过大烧坏 电压敏感性器件电压敏感性器件的损伤是由于的损伤是由于esd电压超过了器件内部氧化层、电压超过了器件内

10、部氧化层、mos管的栅极抢救无效的击穿电压引起。管的栅极抢救无效的击穿电压引起。即击穿即击穿 器件器件esdesd敏感度测试分析标准敏感度测试分析标准esd模型esd标准及测试方法hbmjesd 22-a114-b：2000esdstm5.1mil-std-883 method 3015mil-std-750 method 1020mil-prf-19500mil-prf-38535mmjesd 22-a115-a:1997esd-stm5.2cdmjesd 22-c101-a:2001esd-stm5.3.1esd标准和测试标准和测试 人体模式人体模式(hbm: human body mod

11、el)(hbm: human body model) 该模型表征人体带电接触器件放电该模型表征人体带电接触器件放电,esd stm5.1,esd stm5.1和和jedec jedec eia/jesd22-a114-beia/jesd22-a114-b的器件的器件esdesd电压阈值水平电压阈值水平 class 0 : 250vclass 0 : 250v class 1a: 250v to 500v class 1a: 250v to 500v class 1b: 500v to 1000v class 1b: 500v to 1000v class 1c: 1000v to 2000v

12、class 1c: 1000v to 2000v class 2 : 2000v to 4000v class 2 : 2000v to 4000v class 3a: 4000v to 8000v class 3a: 4000v to 8000v class 3b: class 3b: 8000v8000vesd标准和测试标准和测试 人体模型（人体模型（hbm） 静电损伤最普遍的原因之一是通过人体或带电材料，到静电放电敏感器件（essd）发生静电电荷的直接转移。当人走过楼面时，静电电荷就在人体上积累。手指与essd器件或组件表面的简单接触就可使人体放电，可能造成器件损坏。用以模拟这类事件的模

13、型就叫人体模型（hbm）， 其等效电路如图所示。 e 高压直流电源 （05kv） rb 人体等效电阻 （1.5k1%) cb 人体等效电容(100pf10%) rs 充电限流电阻(110m) dut 被试器件 k1 高压继电器 esd标准和测试标准和测试 机器模式机器模式(mm: machine model)(mm: machine model) 机器模型的等效电路与人体模型相似机器模型的等效电路与人体模型相似, ,但等效电但等效电容容(cb(cb) )是是200pf,200pf,等效电阻为等效电阻为0,0,机器模型与人体模机器模型与人体模型的差异较大型的差异较大, ,实际上机器的储电电容变化

14、较大实际上机器的储电电容变化较大, ,但为了描述的统一但为了描述的统一, ,取取200pf,200pf,由于机器模型放电时由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。对器件的损害，机器模式远大于人体模型。esd标准和测试标准和测试 机器模式（）机器模式（）esd stm5.2 esd stm5.2 器件器件esdesd电压阈值电压阈值 class m1 : 100v class m1 : 100v class m2 : 100 to 200v class m2 : 100 to 200v class

15、 m3 : 200 to 400v class m3 : 200 to 400v class m4 : class m4 : 400v400vesd标准和测试标准和测试 机器模式机器模式(mm)(mm) eia/jesd22-a115aeia/jesd22-a115a器件器件esdesd电压阈值电压阈值 class a : 200vclass a : 200v class b : 200 to 400v class b : 200 to 400v class c : class c : 400v400vesd标准和测试标准和测试 充电器件模型充电器件模型（cdm: charged device

16、 model)cdm: charged device model) 半导体器件主要采用三种封装形式金属半导体器件主要采用三种封装形式金属 陶瓷陶瓷 塑料塑料).).它们在装配、它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料（如用的塑料袋、传递用的塑料窗口等）相互摩擦，就会使管壳带电。（如用的塑料袋、传递用的塑料窗口等）相互摩擦，就会使管壳带电。器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。cdmcdm模型就是基于已带电模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器

17、件失效而建立的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的的.jedec jesd22-c101-b.jedec jesd22-c101-b器件器件esdesd电压阈值如下：电压阈值如下： classclass : 200v : 200v classclass: 200 to 500v: 200 to 500v class class : 500 to 1000v: 500 to 1000v class class : above 1000v: above 1000vesd标准和测试标准和测试 充电器件模式（cdm） esd stm 5.3.1器件esd电压阈值 class c1

18、: 125v class c2 : 125 to 250v class c3 : 250 to 500v class c4 : 500 to 1000v class c5 : 1000 to 1500v class c6 : 1500 to 2000v class c7 : 2000vesd标准和测试标准和测试 esdesd的一般要求的一般要求 hbm hbm ： 2kv2kv mm mm ： 200v200v cdm cdm ： 700 to 1000v700 to 1000vesd标准和测试标准和测试 生产现场生产现场esd控制标准控制标准 ansi s20.20 主要的主要的esdesd

19、测试标准测试标准 -iec 61000-4-2 （规定 150pf/330ohms) 为产品级测试标准，是最基本的静电emc标准 1、被欧盟立法强制要求所有进入欧盟的产品必须符合该标准。 2、它制定的等级、测试方法和测试程序都比较合理。 -ansi c63.16 美国家电行业、消费类产品、通信产品 -完整的测试标准包括测试等级和判据 -由美国国家标准学会发布 -与iec 61000-4-2相似，但是仍然由一些不同esd标准和测试标准和测试esd静电培训课程静电培训课程 一一、esdesd基本知识基本知识 二、二、esdesd标准和测试标准和测试 三、三、esdesd控制控制esd控制控制 器件

20、在生产、测试试验、运输、保管和使用现场必须采取有效措施以消除静电的产生和积累。 控制标准按照美国国家标准ansi/esd s20.20. 国际企业和面向海外市场的中国企业可以申请s20.20的要求因素： 建立静电控制组织结构和防静电文件体系 覆盖所有的区域和个人 全流程稽查和全员培训 随着产品的发展，不断提高esd防护水平以及再培训 esdesd（控制水平（控制水平hbmhbm为为100v100v）控制要解决的）控制要解决的问题问题 why who where what howesd控制控制 esdesd控制控制whywhy？ 内部的影响：时间、成本内部的影响：时间、成本 外部的影响；服务、品

21、牌、客户满意度外部的影响；服务、品牌、客户满意度 减少损失减少损失 提高产品质量和可靠性提高产品质量和可靠性 提高生产效率提高生产效率 提高产品生命周期和运行稳定性提高产品生命周期和运行稳定性 指示静电防护回报达：以上指示静电防护回报达：以上esd控制控制 esdesd控制控制who?who? 所有接触所有接触esdesd的人员的人员, ,从器件制造商到电子产品最从器件制造商到电子产品最终用户终用户 静电控制要求全员参与静电控制要求全员参与, ,对所有接触静电敏感器件对所有接触静电敏感器件的人员进行培训的人员进行培训, ,提高人员的防静电意识提高人员的防静电意识. . 全员培训全员培训 全员考

22、核全员考核 稽查改进稽查改进esd控制控制 esdesd控制控制where?where? 静电控制要求在产品的整个生命周期内考虑静电控制要求在产品的整个生命周期内考虑, ,考虑控制器考虑控制器件，产品经过的所有环节，包括来料、库房、加工制造、测件，产品经过的所有环节，包括来料、库房、加工制造、测试、包装、运输、用户环境、使用、维护等都需要进行静电试、包装、运输、用户环境、使用、维护等都需要进行静电控制。控制。 epaepa区域（区域（esd protection area)esd protection area)静电防护区域静电防护区域静电敏感区域警示标志esd控制控制 控制什么控制什么wha

23、twhat？ 环境人员材料设备地板个人物品原材料电批温湿地度工衣周转材料铬铁工作台工鞋包装材料测试议工装夹具接地工具显示器esd控制控制如何进行如何进行esdesd控制控制howhow？ 根据发生根据发生esdesd的三个要素：即的三个要素：即q qm m d=esdd=esd 静电控制需要：静电控制需要： 1 1、尽量防止和减小静电荷的产生、尽量防止和减小静电荷的产生 2 2、加速静电荷的逸散泄漏，防止静电荷积累、加速静电荷的逸散泄漏，防止静电荷积累 控制静电方法控制静电方法: : 隔离、中和、屏蔽、消散隔离、中和、屏蔽、消散环境湿度、接地、静电材料的应用和离子化处理是其主要手段。环境湿度、

24、接地、静电材料的应用和离子化处理是其主要手段。esd控制控制 现场如何进行现场如何进行esd控制控制how？ 建立建立esdesd防护体系文件和管理组织防护体系文件和管理组织 建立建立epaepa并宣言并宣言epaepa的防护水平的防护水平 明确防静电标识明确防静电标识 epaepa温湿度控制、地板及接地系统温湿度控制、地板及接地系统 对区域内的所有导体包括人员可靠接地对区域内的所有导体包括人员可靠接地 在在epaepa控制区域操作所有静电敏感器件控制区域操作所有静电敏感器件 存储、运输所有静电敏感器件要用防静电包装存储、运输所有静电敏感器件要用防静电包装 消除一切不必要的静电产生源消除一切不

25、必要的静电产生源 离子风机的使用离子风机的使用 运用运用1212英寸原则英寸原则 测试和监控整个静电控制流测试和监控整个静电控制流esd控制控制 设立静电防护区（设立静电防护区（epa） 为什么设立为什么设立epa?在通常的电子设备生产、组装和维护现场，各种原在通常的电子设备生产、组装和维护现场，各种原因产生的高静电压是很普遍的现象，可能导致静电敏感器件的损伤。因此，因产生的高静电压是很普遍的现象，可能导致静电敏感器件的损伤。因此，有必要提供一个安全的工作区域。静电防护区（有必要提供一个安全的工作区域。静电防护区（epa）正是为此目的而设）正是为此目的而设计。在进行计。在进行epa环境设计时，

26、为达到静电防护的要求应遵循以下原则：环境设计时，为达到静电防护的要求应遵循以下原则： 1、抑制静电荷的积累和静电压的产生。、抑制静电荷的积累和静电压的产生。 2、安全、迅速、有效的消除已产生的静电荷、安全、迅速、有效的消除已产生的静电荷epa必须达到以下的基本要求：必须达到以下的基本要求： 1、明确的区域界限和防静电警示标志。、明确的区域界限和防静电警示标志。 2、对区域内的所有导体包括人员可靠接地。、对区域内的所有导体包括人员可靠接地。 3、消除一切不必要的静电产生源。、消除一切不必要的静电产生源。 4、用、用12英寸原则，即英寸原则，即essd必须远离静电源至少必须远离静电源至少30厘米处。厘米处。esd控制控制 环境控制环境控制 温湿度控制：温湿度控制： 温度：温度：15 28 湿度：湿度：45% 60% 物料分区：物料分区： 防静电区、非防静电区、坏件区、操作区、办公区、备用防静电区、非防静电区、坏件区、操作区、办公区、备用包材区、杂物区包材区、杂物区esd控制控制 epa区内特殊情况处理1、原则上不允许高静电产生材料进入epa区域，因实际需求必须进入epa的高静电产生材料需要进行适当的控制。2、epa内存在高于100v的静电源必须