ESD的产生原理及防护.ppt

ESD产生原理与预防 主要内容 ESD的产生原理几种常见的ESD模型ESD的防护ESD防护器件的摆放 ESD的产生原理 ESD ElectrostaticDischarge 即是静电放电通过摩擦使得A物体的电荷移动 从而A带有静电 A周边的电磁场发生改变 导致A带有静电 当A接触B时 A的静电流入B ESD的放电过程很短 一般是ns级别 但是放电瞬间会产生很高的电流 几种常见的ESD模型 人体放电模型 Human BodyModel HBM 机器放电模型 MachineModel MM 元件充电模型 Charged DeviceModel CDM 电场感应模型 Field InducedModel FIM 几种常见的ESD模型人体放电模型 Human BodyModel HBM 人体放电模型 HBM 的ESD是指人体在地上走动摩擦或其他因素在人体上累积了静电 当此人去触碰IC时 人体上的静电便经由IC的pin脚进入IC内部 再经由IC内部放电到地 放电过程会在几百ns的时间内产生数安培的瞬间放电电流 此电流可能会把IC内的元件给烧毁 几种常见的ESD模型人体放电模型 Human BodyModel HBM 几种常见的ESD模型人体放电模型 Human BodyModel HBM 工业标准MIL STD 883Cmethod3015 7中HBM的等效线路图 其中人体的等效电容定义为100pF 人体的等效放电电阻定义为1 5kohm 几种常见的ESD模型机器放电模型 MachineModel MM 机器放电模型的ESD是指机器本身也积累了静电 当此机器去触碰IC时 静电便经由IC的pin脚放电 机器放电的放电过程时间更短 在几十ns的时间内会有数安培的瞬间放电电流产生 工业标准EIAJ IC 121method20中MM的等效电路图 其中机器的等效电容定义为200pF 机器的等效放电电阻为0ohm 几种常见的ESD模型机器放电模型 MachineModel MM 人体放电模型2kV和机器放电模型200V的放电电流比较图 几种常见的ESD模型机器放电模型 MachineModel MM 几种常见的ESD模型元件充电模型 Charged DeviceModel CDM 元件充电模型是指IC本身先因摩擦或其它因素而在IC内部累积了静电 但在静电累积的过程中IC并未损伤 在处理此IC的过程中 IC的pin脚触碰到了地 IC内部的静电便经由IC内部的pin脚流出来 而造成了放电现象 此种模式的放电时间更短 仅约为几ns 而且放电现象更难以被真实的模拟 因为IC内部积累的静电会因IC内部的等效电容的不同而改变 几种常见的ESD模型元件充电模型 Charged DeviceModel CDM 两种常见的CDM的放电情况 几种常见的ESD模型元件充电模型 Charged DeviceModel CDM CDM测试标准 几种常见的ESD模型元件充电模型 Charged DeviceModel CDM HBM2kV MM200V CDM1kV三种模型的放电电流比较图 CDM更容易造成IC的损伤 几种常见的ESD模型电场感应模型 Field InducedModel FIM FIM的静电放电是因电场感应而引起的 当IC因传输带或其它因素 经过一个电场时 其相对极性的电荷可能会从IC的pin脚排放掉 这样当IC通过电场以后 IC便累积了静电 此静电再以类似CDM放电模型的情况放电出来 ESD的防护 器件选型时必须认证ESD等级IO接口线路上摆放ESD防护器件做好EMI防护 ESD的防护 常用的ESD防护器件 二极管阵列 ESD的防护 ESD防护器件的一般连接方式 ESD的防护 ESD防护器件可以有效的抑制由ESD放电产生的直接电荷注入PCB设计中更重要的是克服放电电流产生的电磁干扰效应 EMI措施 通用的PCB板布线准则 ESD防护器件的摆放位置 ESD防护器件的摆放 ESD电流路径上寄生自感的影响 被保护IC所承受的电压Vx 其中VF1为D1的正向导通电压 ESD防护器件的摆放 在PCB布线时 遵循几个简单的规则就可以使这些寄生自感最小 1 尽可能地 用Vcc和地平面充当电源和地分散能量 2 要确保印刷电路上的走线 从ESD保护二极管阵列的Vp和Vn到Vcc和地平面间走线尽量地短 宽 理想情况是 将Vp和Vn直接通过多个口连到Vcc和地平面 3 在Vp和地平面间连入一个高频旁路电容 用最短的走线使自感最小 ESD与EOS的区别 EOS ElectricalOverStress指所有的过度电性应力 超过其最大指定极限后 器件功能会减弱或损坏ESD ElectricalstaticDischarge静电放电 电荷从一个物体转移到另一个物体 区别 EOS通常产生于电源测试装置其过程持续时间可能是几微妙到几秒 很短的EOS脉冲导致的损坏与ESD损坏相似 ESD属于EOS的特例 能量有限 由于静态电荷引起 其持续过程为几PS到NS 其可见性不强 通常导致晶体管级别的损坏 导致EOS的原因 由于测试程序切换 热切换 导致的瞬变电流 峰值 低频干扰 电源 AC DC 干扰和过电压 测试设计欠佳 例如 在器件尚未加电或已超过其操作上限的情况下给器件发送测试信号 从其他装置发送的脉冲 工作流程不甚合理 接地反弹 由于接地点不够 快速电流切换导致电压升高 4 EOS的避免 电源 确保交流电源配备了瞬态电流抑制器 滤波器 电源过压保护 交流电源稳压器 可选 电源时序控制器 可调整时序 不共用滤波器和稳压器 工作流程 将正确流程存档 确保针对以下内容进行培训并给出警示标志 电源开 关顺序 不可 热插拔 正确的插入方向 定期检查以确保遵守相关规定 随着半导体行业的发展 微电路制造工艺不断提高 国外普遍采用0 8 1 0um 国内也达到2 3um的水平 以硅半导体为基础的微细工艺技术更加突显ESD对电子工业的危害 主要表现在 大规模集成电路IC的pin脚和I O接口越来越多 pin间距越来越小 受到ESD时 其放电回路的阻抗非常小 无法限制放电电流的突变 使得IC的相关pin脚瞬间达到几十安培的大电流 过流和过热会导致IC严重损坏 另外ESD会使IC工作不正常 高电压在CMOS器件内会形成大电流通道 引起IC逻辑电路锁死 问 1M电阻在半导体装配过程中的作用是什么 答 假设1 我们正谈论ESD控制问题 假设2 人体与半导体及带有半导体的器件接触 在防静电腕 防静电鞋 拉链 地线等地方均可发现1M串联电阻 其作用是限制可