静电放电(ESD)防护经典培训(DELL)

1、静电放电静电放电(ESD)防护培训防护培训一一.ESD.ESD原理简介原理简介二二.静电对零件的危害静电对零件的危害三三. .如何做好静电防护如何做好静电防护四四.EOS.EOS产生的主要因素产生的主要因素五五. .公司公司ESD/EOSESD/EOS要求要求目目 录录 随着科技的高速发展,电子产品制作工艺将越来越细小,越来越复杂,半导体材料的质量要求也是越来越高的.而静电对半导体的破坏却因半导体的高集成化而变得更加容易. 为了产品的质量和提升客户的满意度,我们必须在任何时刻,任何制程皆须注意静电破坏之问题,避免于生产过程中之零件,产品遭受到静电之破坏,进而有效迖成我们的质量目标.序序 言言E

2、SD ESD 基本原理介绍基本原理介绍一一 静电放电静电放电( (ESD-Electro-Static Discharge ) )现象现象严寒的冬天严寒的冬天, ,当您脱下暖和的毛衣当您脱下暖和的毛衣, ,您会听到哔啪声您会听到哔啪声当伸手去开车门或窗户时常被电击一下当伸手去开车门或窗户时常被电击一下, ,是由于人身带了是由于人身带了静电静电, ,接触时突然放电所致接触时突然放电所致手无意间接触计算机荧幕时被电击一下手无意间接触计算机荧幕时被电击一下, ,是由于计算机电是由于计算机电场诱发带了强烈的静电场诱发带了强烈的静电, ,接触时计算机对人体放电所致接触时计算机对人体放电所致云层相互摩擦而

3、带大量的电荷云层相互摩擦而带大量的电荷, ,相互放电形成能量巨大相互放电形成能量巨大的闪电的闪电, ,对地放电则可能形成雷击对地放电则可能形成雷击ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍二二. . 静电的本质静电的本质物质由分子和原子组成物质由分子和原子组成, ,原子由原子核和电子组成原子由原子核和电子组成, ,原子核原子核带正电带正电, ,电子带负电电子带负电. .自然条件下自然条件下, ,正负电荷平衡正负电荷平衡, ,物体不带电物体不带电. .这类物体叫电中这类物体叫电中性物体性物体在某种条件下在某种条件下, ,正负电荷的平衡被打破正负电荷的平衡被打破, ,则物体带电则物体带电-这种这种现

4、象叫物体带电现象叫物体带电所谓静电指对观察者而言所谓静电指对观察者而言, ,物体静态不动时静电荷运动非物体静态不动时静电荷运动非常缓慢常缓慢; ;动态时则以电荷的快速运动而变化动态时则以电荷的快速运动而变化. .ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍三三. . 静电起电静电起电静电可有很多种方式产生静电可有很多种方式产生, ,如物体间的摩擦如物体间的摩擦, ,电场诱发电场诱发, ,直直接充电接充电, ,带电颗粒粘附等等带电颗粒粘附等等摩擦起电摩擦起电: :当两个物体产生摩擦时当两个物体产生摩擦时, ,摩擦表面的电子会从摩擦表面的电子会从一种物体跑到另一种物体上一种物体跑到另一种物体上, ,分

5、离后分离后, ,两个物体的正负电两个物体的正负电荷失去平衡荷失去平衡, ,得到电子的带负电得到电子的带负电, ,失去电子的带正电失去电子的带正电. .感应起电感应起电: :当有强电场当有强电场( (大的带电体大的带电体) )存在时存在时, ,附近的物体附近的物体被感应被感应, ,局部或整体产生电荷局部或整体产生电荷, ,这类带电称为感应带电这类带电称为感应带电. .ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍起电图示起电图示 1.1.摩擦摩擦ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍起电图示起电图示 2.分离分离ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍四四. .静电产生原理静电产生原理 摩擦起电摩擦

6、起电: :操作中的动作和肢体运动操作中的动作和肢体运动, ,由衣服由衣服, ,鞋鞋子与其它物体子与其它物体, ,地面摩擦地面摩擦, ,使衣服和鞋子带电使衣服和鞋子带电, ,再通过传再通过传导和感应导和感应, ,使人体带电使人体带电. . 感应起电感应起电: :当不带电的人体进入带电的电场当不带电的人体进入带电的电场, ,静电静电感应而起电感应而起电. . 传导起电传导起电: :人体直接接触带电体人体直接接触带电体, ,或与带电体发生或与带电体发生静电放电静电放电, ,另人体在静电的微尘粉体和雾状液粒空间活另人体在静电的微尘粉体和雾状液粒空间活动动, ,使带电微粒附在人体及衣服上产生静电使带电微

7、粒附在人体及衣服上产生静电. .ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍五五. . 静电放电静电放电是电荷在不同电位物体间相互转移的现象是电荷在不同电位物体间相互转移的现象, ,是由于电子不均是由于电子不均匀分怖造成的结果匀分怖造成的结果静电放电的条件是静电放电的条件是: :首先有静电存在首先有静电存在, ,其次要有一定的途径其次要有一定的途径静电放电的原因和条件多种多样静电放电的原因和条件多种多样, ,控制静电放电是在人们生控制静电放电是在人们生活和工作中的各个方面所追求的活和工作中的各个方面所追求的ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍六六.静电释放模式静电释放模式 人体模式人体模式(

8、(HumanBodyModel)带有静电的操作者在工带有静电的操作者在工作过程中与器件的管脚接触，将存贮于人体的静电荷通过作过程中与器件的管脚接触，将存贮于人体的静电荷通过器件对地放电致使器件失效器件对地放电致使器件失效机器模式机器模式(MachineModel) 带电工具或设备接触组件时，带电工具或设备接触组件时，在器件内部将感应出电位差，所感应的电位差可以引起器在器件内部将感应出电位差，所感应的电位差可以引起器件的击穿件的击穿带电组件模式带电组件模式(ChargedDeviceModel)带电的器件通过带电的器件通过引脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效引脚与地接触时，发生对地放电引起器

9、件失效 七七. .放放 电电 静电放电大概可分为静电放电大概可分为:火花放电火花放电电晕放电电晕放电刷状放刷状放电电大量粉堆放电大量粉堆放电射状放电射状放电等形式等形式放电的强弱与放放电的强弱与放电的电的电极电极、形状、形状、材质材质、阻抗阻抗、数量、数量、湿度湿度、距离、速、距离、速度均有密切的关系度均有密切的关系. .ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍石棉兔毛醋酸纤维玻璃云母头发头发耐龙羊毛羊毛兽毛铅蝉丝铝纸棉钢木琥珀蜡橡胶密拉(聚酯膜)镍铜银抗紫外线材黄铜金/白金硫醋酸嫘莹赛路璐奥龙亚克力亚克力赛仑聚氨酯聚酯聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯KELF硅铁弗龙铁弗龙硅橡胶放电与电极特性之关系放电与

10、电极特性之关系越多正电越多正电越多负电越多负电导电级导电级 ConductiveConductiveR R 10105 5SQSQ防静电级防静电级Dissipative(Dissipative(衰减材衰减材) )10106 6 R R 10109 9SQSQ抗静电级抗静电级Anti-StaticAnti-Static10109 9 R R 10101111SQSQ绝缘绝缘insulationinsulation10101212 R RESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍放电与材质阻抗之关系放电与材质阻抗之关系 ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍 静电与湿度之关系静电与湿度之关系 总上

11、所述总上所述:湿度越小越容易产生静电湿度越小越容易产生静电ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍八八. .标准静电压定义标准静电压定义 可感受的可感受的ESDESD电压都在电压都在3,000volts3,000volts以上以上 可感受的可感受的ESDESD电压都在电压都在6,000volts6,000volts以上以上 可看到的可看到的ESDESD电压都在电压都在8,000volts8,000volts以上以上ESD ESD 基本原理介绍基本原理介绍九九. .静电放电时间常数计算静电放电时间常数计算静电对零件的危害静电对零件的危害 各类型之晶体皆有其抗静电能力各类型之晶体皆有其抗静电能力.

12、 .实际上芯片在达到能承受实际上芯片在达到能承受静电压值的静电压值的1414以后以后, ,这些芯片就会产生这些芯片就会产生”衰退衰退”的现象的现象. .这些衰退的芯片在后续制程中或是在这些衰退的芯片在后续制程中或是在 PC PC 板组装时板组装时, ,如果再如果再经静电影响将会提前失效经静电影响将会提前失效. .电子界电子界ESDESD的标准电压一般要求为的标准电压一般要求为 100volts100volts以下以下静电对零件的危害静电对零件的危害一一.各种组件的静电敏感度各种组件的静电敏感度静电对零件的危害静电对零件的危害二二.半导体不良的成因半导体不良的成因静电对零件的危害静电对零件的危害

13、三三.电子产品静电损伤的特点电子产品静电损伤的特点损伤具有隐蔽性损伤具有隐蔽性: :人体带电是电子产品静电损伤主因，几人体带电是电子产品静电损伤主因，几KVKV的人体静电，对的人体静电，对人而言放电感受几乎没有，对元器件却是致命的人而言放电感受几乎没有，对元器件却是致命的. .失效分析的复杂性失效分析的复杂性: :电子产品有精，细，小的特点，失效分析相当，静电损易电子产品有精，细，小的特点，失效分析相当，静电损易于同其它损伤混淆。于同其它损伤混淆。 静电对零件的危害静电对零件的危害电子产品静电损伤的特点电子产品静电损伤的特点 损伤具有潜在性损伤具有潜在性: :有些元器件在损伤后并不马上表现出来

14、，只是性能下降，有些元器件在损伤后并不马上表现出来，只是性能下降，并不马上失效。并不马上失效。损伤的随机性损伤的随机性: :只要电压超过或接近静电敏感电压阀值，就可能发生静电只要电压超过或接近静电敏感电压阀值，就可能发生静电损，在生产的各个环节，包括成品运输等都可能产生损，在生产的各个环节，包括成品运输等都可能产生ESDESD损损伤。伤。静电对零件的危害静电对零件的危害四四. .电子产品静电损伤的形态电子产品静电损伤的形态 A.A.突发性完全失效突发性完全失效自身短路自身短路, ,开路开路, ,功能丧失功能丧失, ,参数变异参数变异. .电压相关失效电压相关失效: :介质击穿介质击穿,PN,P

15、N节反向漏电节反向漏电. .功率相关失效功率相关失效: :金属等烧断金属等烧断, ,硅片局部区域融化硅片局部区域融化,PN,PN节边缘损节边缘损伤等伤等, ,这类失效占静损伤的这类失效占静损伤的10%.10%.静电对零件的危害静电对零件的危害电子产品静电损伤的形态电子产品静电损伤的形态B.B.潜在性缓慢失效潜在性缓慢失效带电体电位或能量较低带电体电位或能量较低, ,一次放电没有完全损伤失效一次放电没有完全损伤失效, ,使器使器件内部轻度损伤件内部轻度损伤, ,但有累计效应但有累计效应, ,使器件性能变坏使器件性能变坏, ,可能突然可能突然失效失效, ,难以检测和筛选难以检测和筛选, ,造成产品

16、质量发生信赖性问题造成产品质量发生信赖性问题. .静电对零件的危害静电对零件的危害电子产品静电损伤的形态电子产品静电损伤的形态 静电的累积破坏静电的累积破坏 负伤而行负伤而行负伤而行（负伤而行（Walking WoundedWalking Wounded） 许多实验证实静电许多实验证实静电能使半导体负伤，但不致立即完全破坏其功能，而且有多能使半导体负伤，但不致立即完全破坏其功能，而且有多数这些数这些负伤而行负伤而行的组件都能通过测试直到这些组件送的组件都能通过测试直到这些组件送到客户之后，随时会从到客户之后，随时会从负伤而行负伤而行变成完全失效变成完全失效。静电对零件的危害静电对零件的危害静电

17、的累积破坏实例静电的累积破坏实例 下面是一下面是一ESDESD累积破坏的试验累积破坏的试验:(:(应用应用HBMHBM方式方式) ) 试验条件：试验条件： 试验结果：试验结果：材料：材料：54s163 54s163 测试前测试前 I=2.883AI=2.883A PASS PASS人体电容：人体电容：100pf 100pf 第一次第一次 I=2.883A I=2.883A PASS PASS每次放电：每次放电：50V 50V 第二次第二次 I=2.890AI=2.890A PASS PASS放电次数：放电次数：5 5次次 第三次第三次 I=2.890AI=2.890A PASS PASS测试点

18、：测试点：Vin=Pin2 (A)Vin=Pin2 (A) 第四次第四次 I=I=1.872mA1.872mA FAILFAIL GND=Pin8 (B)GND=Pin8 (B) 第五次第五次 I=I=2.147mA2.147mA FAILFAIL静电防护静电防护一一. .为什么要做为什么要做ESDESD控制控制 避免灰尘吸附避免灰尘吸附 减低组件被破坏减低组件被破坏 减少产品失效或运作不稳定减少产品失效或运作不稳定 避免人员受伤避免人员受伤 预防火灾或爆炸发生预防火灾或爆炸发生 每年因静电不当释放所造成损失高达数十亿美金以上每年因静电不当释放所造成损失高达数十亿美金以上静电防护静电防护二二.

19、 .如何如何控制控制ESDESD 设计上加强组件的免疫力设计上加强组件的免疫力 对许多集成电路对许多集成电路, ,厂家在器件的输入厂家在器件的输入/ /输出口上多加了一输出口上多加了一些防静电保护电路些防静电保护电路, ,使器件的防静电能力大大提高使器件的防静电能力大大提高 消除或减少静电的产生消除或减少静电的产生尽可能使用防静电材料作为加工的辅助材料尽可能使用防静电材料作为加工的辅助材料 安全的释放与中和静电安全的释放与中和静电控制各制程段不同材料在使用中保持零电位控制各制程段不同材料在使用中保持零电位 静电防护静电防护三三.常用静电防护材料及使用方法常用静电防护材料及使用方法: 1. 1.

20、 静电环静电环 由伸缩导线由伸缩导线( (内含内含1Mega 1Mega 10%10%电阻电阻) )腕带及腕带及接头所构成。接头所构成。 配带静电环时必须注意到：配带静电环时必须注意到： (a)(a)静电环静电环腕带之金属片腕带之金属片必须与手腕皮肤紧密接触必须与手腕皮肤紧密接触, ,不可不可松脱或套于衣袖上松脱或套于衣袖上 (b) (b)为确保为确保1M1M电阻之有效性电阻之有效性, ,严禁用力拉扯静电环的严禁用力拉扯静电环的伸缩伸缩导线导线 (c)(c)接头必须固定妥当接头必须固定妥当, ,当接头未接地妥当时当接头未接地妥当时, ,不得碰触材不得碰触材料料 (d)(d)静电环在作业当中严禁

21、擅自借给他人静电环在作业当中严禁擅自借给他人静电防护静电防护常用静电防护材料及使用方法常用静电防护材料及使用方法:2.2.防静电手套防静电手套 规格规格: :10106 6 10 109 9功用功用: :防止手汗中的有机物氧化防止手汗中的有机物氧化PCBPCB3.3.导电鞋导电鞋 规格规格: : 900K 35M900K 35M原理：原理：人体通过鞋底与大地构成回路，以使人体人体通过鞋底与大地构成回路，以使人体产生的静电能向大地泄漏掉；同时还使鞋产生的静电能向大地泄漏掉；同时还使鞋垫成为静电泄漏的电气回路垫成为静电泄漏的电气回路 静电防护静电防护常用静电防护材料及使用方法常用静电防护材料及使用

22、方法:4.4.静电衣静电衣规格规格: :10104 4 10 109 9清洗标准清洗标准: :中性水中性水( (水温不可超过水温不可超过30)30)配合中性洗配合中性洗. .洁剂轻洁剂轻揉后晾干严禁熨烫揉后晾干严禁熨烫, ,用刷子刷衣服用刷子刷衣服功能功能: :防止服装的静电积累，宣泄人体与衣服摩擦时所产生防止服装的静电积累，宣泄人体与衣服摩擦时所产生的静电的静电静电防护静电防护常用静电防护材料及使用方法常用静电防护材料及使用方法:5.5.导电桌垫导电桌垫 Table MaterialsTable Materials规格规格: :上表面摩擦层上表面摩擦层(10(106 6 10 109 9)

23、) 下表面导电层下表面导电层(10(104 4 10 106 6)功用：功用：可有效疏导工作台上残留的静电电压可预防可有效疏导工作台上残留的静电电压可预防电流电压的回流效应电流电压的回流效应6.6.导电地板导电地板 Floor MaterialsFloor Materials规格规格: :10104 4 10 106 6 功用：功用：依导电鞋将人体所带之静电有效疏导给大地依导电鞋将人体所带之静电有效疏导给大地原则：原则：既要保证在较短的时间内放电至既要保证在较短的时间内放电至SSDSSD的安全的安全电压电压100V100V下，又要保证操作人员的安全下，又要保证操作人员的安全 静电防护静电防护常

24、用静电防护材料及使用方法常用静电防护材料及使用方法:7.7.靜電消除器靜電消除器主要参数主要参数: :距风扇口距风扇口5cm5cm处离子平衡度低于处离子平衡度低于35V,35V,距风扇口距风扇口25mm25mm处离子风含盖区的静电电压低于处离子风含盖区的静电电压低于100V100V功用：功用：依借风扇吹出的正负离子来中和自然界的电离子依借风扇吹出的正负离子来中和自然界的电离子; ;解解决非导体所产生的静电破坏问题决非导体所产生的静电破坏问题. . 静电防护静电防护常用静电防护材料及使用方法常用静电防护材料及使用方法:8.8. 此种材料此种材料不会产生静电荷不会产生静电荷, ,或仅产生微量的静电

25、荷或仅产生微量的静电荷( (通通常在常在100V100V以下以下).).其物质阻抗均在其物质阻抗均在106R10R101111之间之间, ,静电静电消散时间消散时间2sec.2sec.使用时需注意：使用时需注意：(a)(a)避免使用尖锐物品刮坏金属层避免使用尖锐物品刮坏金属层(b)(b)封闭的导电袋或容器才有完全之保护封闭的导电袋或容器才有完全之保护 (c) (c)表面涂层必须考虑其有效期表面涂层必须考虑其有效期静电防护静电防护四四.常用静电检测仪器介绍常用静电检测仪器介绍: 1.1.静电静电分分析仪析仪 特点特点:给电板充上一定的电压，通过测量它在离子风给电板充上一定的电压，通过测量它在离子

26、风扇下的电压中和时间计算离子风扇的工作效率扇下的电压中和时间计算离子风扇的工作效率. 应用应用:主要主要用于定期测量用于定期测量离子消除时间和离离子消除时间和离子平衡度子平衡度静电防护静电防护常用静电检测仪器介绍常用静电检测仪器介绍: 2.2.高阻抗高阻抗表面电阻测试仪表面电阻测试仪 特点特点可以精确地测量各类材料的表面电阻可以精确地测量各类材料的表面电阻 应用：应用：损耗材料测试损耗材料测试 地板、桌垫子地板、桌垫子 静电衣静电衣及其及其 它绝缘材料电它绝缘材料电 阻测试阻测试 静电防护静电防护常用静电检测仪器介绍常用静电检测仪器介绍: 3.3.静电压测试仪静电压测试仪 特点特点: :可测量

27、小尺寸内的电压积累可测量小尺寸内的电压积累,可测量难以测到的可测量难以测到的位位 置之电压积累置之电压积累 应用应用:设备表面摩擦起电设备表面摩擦起电 静电消除特性测试静电消除特性测试 设备部件静电测量设备部件静电测量 离子平衡度测试离子平衡度测试静电防护静电防护常用静电检测仪器介绍常用静电检测仪器介绍: 4.4.接地系统监视器接地系统监视器 特点特点时刻监控静电接地主干线或设备接地主干线是否时刻监控静电接地主干线或设备接地主干线是否在作业过程中存在在作业过程中存在OPENOPEN现象现象; ;每日零时自动记录检测数据每日零时自动记录检测数据 应用应用硬盘驱动器硬盘驱动器LCDLCD 电气组件

28、及其它电气组件及其它 对静电严格控制对静电严格控制 的生产领域的接的生产领域的接 地在线仪器监控地在线仪器监控 静电防护静电防护常用静电检测仪器介绍常用静电检测仪器介绍: 5.5.导电鞋测试仪导电鞋测试仪 6.6.静电环静电环测试仪测试仪 静电防护静电防护五五.日常静电防护图示日常静电防护图示 1. 1. 人体人体( (衣帽衣帽) )2. 2. 静电环静电环3. 3. 防静电桌面防静电桌面4. 4. 仪器仪器( (工具工具) )5. 5. 静电鞋静电鞋6. 6. 导电地板导电地板六六. .防静电标示防静电标示* *防静电标示可见度为防静电标示可见度为1 1米米静电防护静电防护EOS EOS 概

29、念概念一一. .何为何为EOSEOS EOS : (: (E Electrical lectrical O Over ver S Stress)tress)电压过应力即当外电压过应力即当外加电压超越零件所能承受的范围时加电压超越零件所能承受的范围时, ,造成零件的崩溃造成零件的崩溃. . 二二.EOS.EOS发生时产生的常见现象发生时产生的常见现象 金属线路烧断金属线路烧断 零件烧毁零件烧毁 零件产生高热零件产生高热 电压升高电压升高 EOS EOS 概念概念三三.EOS.EOS可能产生的四个主要原因可能产生的四个主要原因 1. 1.人员不正确的动作程序人员不正确的动作程序 产品通电时产品通电时，进行测试配备的插拔或，进行测试配备的插拔或遭外力移动遭外力移动 2. 2.配备：不良配备所造成的损坏配备：不良配备所造成的损坏 (1)(1)治具治具, ,烙铁烙铁, ,电动起子未接地而漏电电动起子未接地而漏电 (2) (2)周边配备之金手指磨损所造成短路周边配备之金手指磨损所造成短路EOS EOS 概念概念3.3.环境：电源不稳定环境：电源不稳定 (1)(1)电源接地不良电源接地不良 ( (一般是插头松动一般是插头松动) ) (2)AC (2)AC电源的稳