【培训教材】ESDEOS基础知识介绍.pptx

esd eos概念 1 2019 12 23 提要 2 esd简述 静电学和esd基本原理 失效模式和机理 控制和避免esd 静电荷测量 esd工具 esd防控产品 esd防护的基本要求 eos基本原理 如何避免 问答题 2019 12 23 esd简述 3 2019 12 23 4 esd简述 随着半导体工艺技术的进步 制造出的芯片几何尺寸和线宽越来越小 而脚位却越来越多 这使得ic更加容易受esd问题的影响 发展到如今的低电导封装技术却没有相应的提高芯片的本征电阻以应对键合产生的高频esd脉冲 没有考虑材料类型的自动化系统的应用最终导致器件的失效 2019 12 23 5 esd简述 esd在电子工业化的今天已经变成一个非常严重的问题 它可以引起 产品失效 较低可靠性 客户抱怨 高退货率 高成本 利润降低 2019 12 23 6 esd简述 实际上 从元件的制造 使用到维修的任一环节都有可能发生静电损害 1 元件制造过程包含制造 切割 接线 检验到交货 2 印刷电路板装配过程包含收货 验收 储存 插入 焊接 品管 包装到出货 3 设备制造过程包含电路板验收 储存 装配 品管 出货 4 设备使用过程包含收货 安装 试验 使用及保养 5 设备维修过程 2019 12 23 7 esd简述 在这整个过程中 每一个阶段中的每一个小步骤 都可能使元件遭受静电的影响 而实际上 最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程 在这整个过程中 不但包装因移动容易产生静电外 而且整个包装容易暴露在外界电场 如经过高压设备附近 工人移动频繁 车辆迅速移动等 而受到破坏 所以传送与运输过程需要特别注意以减少损 避免无谓之纠纷 为了使esd损害降到最低 有关组织制定了元件级 系统级 工厂级esd防护设计的要求 指导原则 各用户据此制定静电放电控制大纲及生产中静电防护技术措施与管理要求 2019 12 23 静电学和esd基本原理 8 2019 12 23 9 esd概念 esd代表e electro s static d discharge 电荷瞬间从一个物体转移到另一个物体上 2019 12 23 10 esd概念 esd事件是物体表面的静电荷转移 该表面处于不同的静电电位 电荷转移电荷转移 5kv 2kv 地 2019 12 23 一些esd实例 11 闪电 在干燥天气时 你触摸另一个人产生的电击感觉 在铺有地毯的地板上行走后 手接触金属门把手产生的电击 2019 12 23 12 材料的分类 等级导体 一种慢慢将静电导入地静电耗散材料下的材料 防静电材料 绝缘体 特性一种容易将静电导入地下的材料 一种实际上不产生静电的材料一种不能将静电导入地下的材料 表面电阻率 106 每平方单位 106 109 每平方单位 109 1014 每平方单位 1014 每平方单位 2019 12 23 13 电荷的概念 核子 位于原子中心的中性部分 带电荷 所有的材料都包含原子 原子是材料组成的最小单位 原子包括电子 质子和中子 原子的电荷是通过得失电子来实现的 质子 附在核子上的正电荷颗 电子 在原子上的负电荷颗粒 围绕核子旋转 2019 12 23 电荷的概念 质子数目 电子数目 质子数目 电子数目 质子数目 电子数目 电中性正电性负电性 14 2019 12 23 15 电荷的概念 同性电荷相斥 异性电荷相吸 并且导体上的电荷是可移动的 而绝缘体上的电荷是不可移动的 这就意味着绝缘体上的电荷是不能通过接地来中和的 充电的绝缘体 接地 充电的导体不接地 充电的导体接地 充电的绝缘体接地 2019 12 23 16 电荷的概念 静电荷形成静电场 静电场不能穿透完整的导电罩 法拉第罩 有效的屏蔽罩其表面电阻率应小于10e4 平方单位 electrostaticfield staticsensitive device conductiveshield 2019 12 23 17 静电的产生 静电产生的两种途径摩擦起电 感应起电影响电荷数量的因素 电荷产生的速度 摩擦起电的相对位置 接触紧密程度 摩擦系数 分离速度 放电速度 材料的电导率 相对湿度 表面水汽分布 再接触的速度 2019 12 23 18 静电的产生 1 摩擦起电a 当两种不同性质的材料 至少其中一个为绝缘体 接触和分离 电荷从一种材料转移到另一种材料 b 得到电荷的材料呈负电性 反之亦然 c 产生电荷的类型与两种材料的相对位置有关 任何两种材料摩擦后电极性都是可以判断的 在摩擦起电过程中 两者的距离越远 则各自产生的电荷越多 2019 12 23 2 感应起电a 非接触的方法b 当导电材料充分接近时 来源于某静电源的静电场将引起该导电材料表面的电荷分离 静电源静电场的一个典型例子是强场tv显示器 2019 12 23 19 静电的产生 chargesource chargeseparation grounded netchargeinduced 电荷的转移 2019 12 23 20 一个人的充电过程两个带不同电荷的物体跑到一起 电子从一个物体流向另外一个 2019 12 23 21 esd的危害 器件在200v的低电压下也能受到损坏我们能感觉到的esd电压 3000v 我们能听到的esd电压 6000v 我们能看到的esd电压 8000v 虽然我们不能觉察 但是器件可以 2019 12 23 22 esd的危害 esd会导致如下严重后果器件损坏或击穿内部电路立即并且永久性损坏性能退化或潜在性失效元件内部电路的损坏未被发现 但在随后的市场应用中可能失效 esd的表现 一个pmos三极管显示硅片损坏的fesem和tem图像 2019 12 23 23 esd的表现 一个ic芯片损坏的fesem图像 2019 12 23 24 2019 12 23 25 esd损坏 增大esd损坏几率的因素1 相对湿度低 空气干燥 2 在工作区使用人造材料 塑料以及绝缘体等 3 在椅子上 上蜡地板以及人造地毯上做一些动作 比如 弯腰 行走 移动或者摇摆 4 带电器件与导电材料或金属材料接触 如金属镊子和金属桌面 典型的静电源1 工作台面 打蜡 粉刷或清漆表面 未处理的聚乙烯和玻璃表面2 地板 灌封混凝土 打蜡或成品木材 地瓷砖和地毯 3 座椅 成品木材 聚乙烯类 玻璃纤维 绝缘车轮 4 包装和操作材料 塑料袋 包 封套 泡沫袋 泡沫塑料 聚苯乙烯泡沫塑料 非esd防护料盒 托盘 容器 5 组装工具和材料 高压射流 压缩空气 合成毛刷 热风机 吹风机 复印机 打印机 2019 12 23 26 典型的静电压生成强度人体活动电压 kv 2019 12 23 27 相对湿度越小 产生的静电电压越高 在干燥的季节 人体静电可达几千伏甚至几万伏 2019 12 23 28 esd失效 esd失效取决于器件类型 大多数esd失效不易为传统显微镜所发现 通常需要发射式显微镜 失效位置确认工具 刻蚀以及断面分析等手段来确认 esd损坏通常会引起二次eos损坏 失效模式和机理 2019 12 23 29 2019 12 23 30 失效模式 人体模式 hbm humanbodymodel 该模式显示某一带电的人体接触器件 并通过器件转移电荷 2019 12 23 31 失效模式 hbm在今天不像过去那样普遍 因为绝大多数的加工过程已自动化 通常器件对该种模式是比较坚固的 当人走动时很容易成为带电体 人体的皮肤 头发 身体能携带相当数量的静电 人体能将这些电荷通过放电或转移到器件以及生产线上 引起esd失效 2019 12 23 32 失效模式 机器模式 mm machinemodel 当器件的某一脚接地时 带电的机器接触它的另一脚 此时机器模式失效发生 hvsupply dut 200pf 失效模式 充电器件模式 cdm charged devicemodel 这种模式表明 当器件由于一些生产工艺 比如从托盘或料管掉下从而变成带电时 将会引起esd 2019 12 23 33 2019 12 23 34 失效模式 电场感应模型 fim field inducedmodel 这种模式表明 由于在生产线存在带电材料 比如塑料包装带等 从而使器件带电 将会引起esd 这种效应类似与cdm 但能出现两次破坏 zap1 zap2 控制和避免esd 2019 12 23 35 2019 12 23 36 器件的esd保护 对esd敏感器件必须设计安全的放电路径以避免esd发生 esd保护单元能承受一定的esd放电电压 1 认定所有的电子器件都对esd损坏和失效敏感 2 保持工作区域整洁 消除装配线和测试区的所有非导电体 或采用离子系统抵消静电的影响 3 当接触电子器件和装配时 应使人体保持良好的接地 4 当存储和运输esd敏感器件时 应将其放在有静电屏蔽的器具中或法拉第罩中 2019 12 23 37 基本原则 2019 12 23 38 针对各种失效模式的防护措施 1 hbm防护 戴手腕带或脚束带 导电鞋 导电地板 地垫 2 cdm防护 采用抗静电和耗散型的套管和桌面等 3 mm防护 所有导体接地 4 fim防护 消除生产线 装配线和测试区的所有非导电体 或采用离子系统抵消静电的影响 使用导电材料完全包装电子器件 以防电场的穿透 2019 12 23 39 esd控制产品 esd控制1 esd设备失效或使用不当易造成esd损坏 应了解其正确的使用方法 2 定期检查手腕带 脚束带或导电鞋 3 管理离子发生器和测试设备 4 确保离子发生器打开并正常工作 5 检查esd保护设备的接地状况 6 使用经过验证的esd设备 7 及时报告任何问题 静电荷测量 esd工具 2019 12 23 40 2019 12 23 41 esd工具 静电场表 fieldmeter 1 这是携带比较方便的仪器 它用于诊断esd问题或作为审核之用 2 可测量带电体产生的静电场 2019 12 23 42 esd工具 静电场表的缺点 1 接近地时 通常读数比实际低而造成误差 2 当器件放置于接地的导体上时其读数为零 这时若要测量电压 需要法拉第罩防护 尽管器件带电 但表的读数为 电子 向导体中和 静电场 导体地 2019 12 23 43 esd工具 带电平板监测仪 chargeplatemonitor 监测空气离子平衡 以及电荷从固定电压点到需要终结点 通常为原始电量的10 的衰减速度 2019 12 23 44 esd工具 高阻表 meggermeter highresistanceohmmeter 高阻表通常提供10或100v的电压 利用nfpa型探头测量点到点或点到地的电阻 比如桌面 地板 垫子等 2019 12 23 45 静电荷测量法 测量器件上的静电荷1 将器件放入法拉第罩 记录读数a2 将器件移出法拉第罩 记录读数b移动电荷 b 稳定电荷 a b esd防控产品 2019 12 23 46 2019 12 23 47 高低短靴 适用于导电地板上的工作人员 靴内置导电绳 脚底潮气被袜子吸收并在移动鞋底时人体形成一个电荷承受路径 双脚均穿 2019 12 23 48 脚套 束 适用于导电地板上的工作人员 双脚穿鞋套 套住外出穿的鞋 脚束带置于鞋套上部 鞋内置导电绳 脚底潮气被袜子吸收并在移动鞋底时人体形成一个电荷承受路径 双脚均穿 适用于来工厂车间参观的来宾临时使用 导电绳与皮肤直接接触 2019 12 23 49 esd鞋 适用于导电地板上的工作人员 脚底潮气被袜子吸收并在移动鞋底时人体形成一个电荷承受路径 双脚均穿 手腕带 有一个通常由金属材料制成的手腕带 有一根带有内置 电阻的螺旋型绳 在其末端有一香蕉型插头或夹子 用以接地或连接cms continuousmonitoringsystem持续监测系统 用于地面工作人员 为使其更有效 它应与皮肤良好接触 2019 12 23 50 2019 12 23 51 人体综合电阻测试仪 用来检查esd鞋或脚束带 两脚分别测试 若不能通过测试 则应检查esd鞋是否干净 是否正确穿戴脚束带等 通过开关选择 也可同时用来检查手腕带 工作服 由静电耗散材料制成 用来消除由衣服产生的静电 以阻止静电对器件的影响 用来消除衣服和皮肤上的灰尘和颗粒 2019 12 23 52 2019 12 23 53 导电地板 地板砖不像普通地板那样上绝缘蜡 有时可上导电蜡保证地板光洁并维持导电特性 适用于穿有导电鞋的地面工作人员 地板砖铺设使用导电环氧树脂和铜带连接到建筑物结构主体或接地终端 2019 12 23 54 esd防护工作台 用于处理esd敏感器件 既可用导电桌面 不锈钢 也可用接地的静电耗散桌面 通常使用空气离子发生器消除桌面上器件或其他材料的电荷 通常配有供手腕带使用的接地端 不相关的材料和电荷产生源应移离esd防护工作台 2019 12 23 55 空气离子发生器 用于消除工作区和器件内部所产生的静电 离子发生器应用高压针尖放电来产生正负电性的离子 带正电荷的材料吸引负电离子 直至电荷抵消 2019 12 23 56 esd防护座椅 作业人员坐着时接地 转轮具有良好的导电性 以使座椅上所有部件形成对地通路 座椅套由静电耗散材料做成 当人坐着并保持接触时 可以通过工作服 座椅 地板形成接地 脚搁着同样可以对人体提供额外的对地通路 手推车 手推车更容易在移动过程中带 电 为此通常采用铁链或导电滚轮接地 手推车的任何部分都不应产生静电 手推车的任何部位都应接地良好 2019 12 23 57 2019 12 23 58 静电安全包装和处理材料 为使器件在运输和交付过程中免于esd的危害 常采用静电安全包装和处理材料 比如工具箱 导电托盘 屏蔽袋 所有esd敏感器件在运输和交付中必须用静电安全包装 esd安全包装材料必须完全包住器件 导电托盘 屏蔽袋 esd防护的基本概念1 把防esd设计到元件和产品内2 消除产生静电的材料与过程3 驱散或中和静电放电4 提供对静电放电的物理保护5 检测过程与环境 2019 12 23 59 2019 12 23 60 制程esd防护的基本要求 1 湿度控制 推荐40 60 的相对湿度 2 警示符号和标识3 导电地板4 培训5 导电 抗静电包装6 接地工作台7 接地手腕带8 防静电工作服9 过程设备静电压 200v10 间接材料导电或防静电11 法拉第屏蔽贮存 警示符号和标识 2019 12 23 61 esd警示符号和标识应被挂在epa入口处或相应的工作位 防静电接地装置 防静电工作区必须有安全可靠的防静电接地装置 防静电地线不得接在电源零线上 不得与防雷地线共用 接地主干线截面积不小于100mm2 支干线截面积应不小于6mm2 设备的接地线应采用截面面积不小于1 25mm2的多股敷塑导线 接地主干线的连接方式应采用钎焊 2019 12 23 62 手腕带 工作台 地板接地1 2019 12 23 63 手腕带 工作台 地板接地2 2019 12 23 64 过程设备应防静电接地 接地电阻 1 接地端子应确保接触可靠 禁止用鳄鱼夹连接接地 手用焊接设备 比如烙铁 电动工具 比如电钻 的尖端应防静电接地 接地电阻 1 手推车更容易在移动过程中带电 为此通常采用铁链或导电滚轮接地 应确保铁链接触地面 2019 12 23 65 过程设备 2019 12 23 66 推荐的esd检测项目和频次 1 防静电腕带 电阻值1 105 1 107 1次 天 2 防静电鞋 电阻值1 105 1 109 1次 天 3 防静电耗散型地板 电阻值1 105 1 109 无明显污迹 伤痕 接地良好 1次 半年 4 作业台 1m 电阻串联接地或者铺设防静电台垫接地 目视1次 周 5 制品货架 1m 电阻串联接地或者铺设防静电台垫接地 目视1次 周 6 生产现场手推车 接地状态良好 目视1次 周 7 离子风机 除静电功能正常 目视1次 天 2019 12 23 67 推荐的esd检测项目和频次 8 设备 防静电接地状态良好 目视1次 周 9 防静电接地电阻 小于1 1次 年 10 防静电台垫 电阻值1 105 1 109 1次 半年 11 防静电工作服 电阻值1 105 1 109 1次 半年 12 周转箱 电阻值1 105 1 109 1次 月 13 反复使用的包装材料 电阻值1 106 1 1012 1次 月 14 静电电压 操作人员在工作区内进行正常操作时 用静电电压表检测静电电压值小于200v 持续监控用 必须保存相应的检测记录至少一年 目视和持续监控项目除外 证实esd防护措施有效 设立esd协调员或协调小组 定期审核 不符合项进行整改 保存相应的审核记录至少两年 相应的esd管理培训 更新内容再培训 保存相应的培训记录至少两年 若有必要 对访客作简短的esd培训 2019 12 23 68 eos基本原理 如何避免 2019 12 23 69 eos概念e electricalo overs stresseos指过电应力 当外界电流或电压超过器件的最大规范条件时 器件性能会减弱甚至损坏 2019 12 23 70 eos和esd的区别 eos 1 典型地 由电源和测试设备产生 2 事件持续时间在微秒 秒级 也可能是毫微秒 3 损坏的现象包括金属线熔化 发热 高功率 闩锁效应 4 短的eos脉冲损坏看起来像esd损坏 2019 12 23 71 esd 1 esd是eos的一种 有限的能量 由静电荷引起 2 事件持续时间在微微秒 毫微秒级 3 损坏位置不易发现 通常只破坏晶体管级 2019 12 23 72 引起eos的常见原因 1 闪电2 测试程序开关引起的瞬态 毛刺 短时脉冲波形干扰 3 电源噪声和过电压 4 落后的测试技术 比如在对器件供电之前加入测试信号 或超过最大操作条件 5 来自其他设备的脉冲信号干扰 6 不恰当的工作步骤 7 接地点反跳 由于接地点不够导致电流快速转换引起高电压 eos表现 2019 12 23 73 避免eos一 电源1 在使用ac电源时 电路中应有暂态抑制器 滤波器 2 为电源配置过电压保护 3 为ac电源提供电压稳定装置 4 电源序列发生器保证按次序电压的上升和下降 5 在大电流设备之间不共享滤波器和电压稳定装置 2019 12 23 74 避免eos二 工作步骤 1 提供恰当的操作步骤 2 在以下方面保证充分的培训和提醒 a 正确开 关电源的次序 b 在电源还开着时 禁止拆 接器件或电路板 c 装器件或电路板时方向正确 3 经常检查以确保规范操作 2019 12 23 75 避免eos三 维护1 对设备 炉管 盖板和插座进行预防性维护 2 确保无松动的连接 它通常引起间断性连接问题 四 培训保证对所有人员培训和进修 2019 12 23 76 避免eos五 测试电路板或器件 1 保证无热转换 当进行测试时用储存式示波器捕捉信号或电源的瞬间反应 2 保证无浪涌或短时脉冲波形干扰 3 确保正确的测试参数的设置 无过压 4 测试硬件中应保证使用正确的保险丝 2019 12 23 77 问答题 2019 12 23 78 问 什么是最常见的静电源 答 人在活动如行走 站起等活动中都会产生静电 人体是最为常见的静电源 因此人体的静电防护是最为重要的 问 要控制人体静电 最有效的措施是什么 答 要控制人体静电 最有效的措施是让人体与大地相 连接 即 接地 因此 人要穿上防静电鞋 要保持人体与大地相连 这就要求地面也是防静电的才可以将人体的静电导入大地 所以地面可以用防静电地垫 防静电复合胶板 并用防静电接地线接好地 问答题 2019 12 23 79 问 人穿防静电鞋外为什么还要穿防静电工作服 答 人除穿防静电鞋外还