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ESD 靜電放電 ElectroStaticDischarge ESD标准 ANSI ESDS20 20Americannationalstandardinstitue1 ESD介绍 原理 2 ESD形成方式及其危害3 ESD几种模型4 ESD识别和控制5 ESD管制6 ESD推广 ElectricalOverStress EOS Theexposureofanitemtoacurrentorvoltagebeyonditsmaximumratings EOS 指一個IC材料受到超過其所能負荷的電壓 電流而遭受到破壞的狀態 Definitions定義 ElectrostaticDischarge ESD Thetransferofelectrostaticchargebetweenbodiesorsurfacesatdifferentelectrostaticpotential ESDisasubsetofEOS ESD 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動的現象 4 ESD即ElectroStaticDischarge是 静电放电 的意思 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 静电产生的根源 4 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 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 摩擦 感应 接触充电 电离 极化 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 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 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 静电吸附灰尘 静电放电破坏 静电放电电场或电流产生的热 静电放电产生的电磁场幅度很大 频谱极宽 静电对日常生活哪些影响 火灾油罐车着火加油站起火油气生产加工过程失火头发难梳理穿脱衣物产生电火花门把手 电梯扶手 麻手 保护膜 手袋难撕开某些小物件难分离 ESD损伤的特点 ESD的几种模式 HBM模型 humanbodymodel ESD的几种模式 HBM模型 humanbodymodel ESD的几种模式 HBM模型 humanbodymodel ESD的几种模式 HBM模型 humanbodymodel ESD的几种模式 MM模型 machinemodel ESD的几种模式 MM模型 machinemodel ESD的几种模式 CDM模型 chargeddevicemodel 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 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500 600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技术因素 人们对静电的感知 ESD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105 108 把開關打到測試鞋的位置 防靜電手環測試儀 注意 要緊貼皮膚 防靜電手套识别 离子吹風机1 作用距离 1m 其中0 3 0 8m范围内的消电效率优于98 靜電敏感元件 所有含CPU IC 敏感晶體的電路板和單體CPU IC 敏感晶體都屬於靜電敏感材料 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 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 A級要求最嚴格 並依B C D逐級降低 A級 區域內靜電電壓小於50V B級 區域內靜電電壓小於100V C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 區域內靜電電壓小於4000V 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 CautionSign提醒看板 SDcautionsignsshallbepostedateachESDprotectedworkstationand orattheentrancesofdefinedESDprotectedareas 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入口處 警告標誌可如下或類似者 ESD防护的基本技术手段 1 等电位2 接地3 中和4 阻值控制5 静电场屏蔽6 湿度控制7 材料选择和工艺控制避免产生静电8 敏感器件的标注9 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 静电的防护措施 泄漏 中和 屏蔽 提供泄漏通道 流掉静电荷 提供相反符号的带电粒子 中和掉静电荷 提供具有屏蔽功能的环境 屏蔽静电 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 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 静电的防护措施 绝缘体表面 绝缘体表面 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 建立防静电工作区 EPA EPA electrostaticdischargeprotectedarea 的含义就是静电放电保护工作区EPA就是能够提供器件保护条件的工作区域 ESDS器件警示标志 ESDS保护标志 共同接地点标志 ESD防护材料界定 ConductiveMaterials导电材料 表面电阻率小于1x105 square 或其体