ESD射频系统培训教材V21

1、射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录Oct 2006曹明江射频系统培训教材 -ESD国人通信射频系统静电防护项目组国人通信射频系统静电防护项目组射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录前 言 我司以打造射频产业龙头为目标，而射频产品是高可靠性,高稳定产品； 由于材料行业发展迅速，电子器件的精度越来越高，敏感度越来越高,功能越来越强,也越来越容易被损坏； 在器件损坏中，静电损坏占到45%以上，减少静电损坏是保护器件的重要方面。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录ESDESD失效所占比例失效所占比例E

2、OS/ESD 59%电子测试 3%氧化/钝化 3%导体失效 3%硅片断裂 4%引脚短路/开路 7%引脚连接 15%其他 6%EOS/ESDEOS/ESD导致的失效导致的失效59%射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录序号火箭名称飞行试验代号发射时间高度/km真空度/mmHg故障简况及原因1民兵IFTM-50219627.6316静电放电造成制导计算机故障,I级发动机关闭前自毁,发射失败2民兵IFTM-503196221.839.6静电放电造成制导计算机故障,I级发动机关闭前自毁,发射失败3欧罗尼F-111971277.94静电放电使制导计算机阻塞,姿态失控,约1

3、分钟后,火箭I、级过载自毁,发射失败4侦察兵S-112196438-423.09-1.86电爆管桥丝和壳体之间因电弧击穿,级发动机自毁系统爆炸,发射失败5侦察兵5128196438-423.09-1.86电爆管桥丝和壳体之间因电弧击穿,级发动机自毁系统爆炸,发射失败6大 力 神CC-101967268.94静电放电使制导计算机故障后自动转移到应急后备状态7大 力 神CC-1419671752静电放电使制导计算机故障后,经地面发射指令,修正到预定轨道8德尔安23131974制导控制器件故障,火箭翻滚,发射失败火箭发射失败统计火箭发射失败统计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-

4、ESD目录目录人造卫星失效统计人造卫星失效统计序号序号卫卫 星星 名名 称称所属国家组织所属国家组织故障名称故障名称 1 国际通讯卫星国际通讯卫星-F3 国际通讯国际通讯电子设备乱真切换电子设备乱真切换 2国际通讯卫星国际通讯卫星-F4 卫星组织卫星组织电子设备乱真切换电子设备乱真切换 3 交响乐交响乐- - I I 法法- -德德干扰电源调节系统干扰电源调节系统 4 阿妮克阿妮克B B 加加 拿拿 大大温控性能衰减温控性能衰减 5 林肯实验卫星林肯实验卫星 美美 国国陀螺漂移陀螺漂移 6 交响乐交响乐- 法法- -德德干扰遥测设备干扰遥测设备 7 阿妮克阿妮克A3 加拿大加拿大姿态传感器异常

5、姿态传感器异常 8 国际通讯卫星国际通讯卫星-F1 美美 国国电子设备乱真切换电子设备乱真切换 9 国际通讯卫星国际通讯卫星-F2 美美 国国电子设备乱真切换电子设备乱真切换 10 天狼星天狼星-1 意大利意大利姿态传感器异常姿态传感器异常射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录课程目标 理解静电的概念； 知道静电造成的危害，懂得避免静电危害； 能够正确按照静电防护要求操作。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录1 1、关关 键键 词词2 2、静电静电原理原理3 3、放、放电现电现象象4 4、静电静电危害危害5 5、材料特性材料特性

6、7 7、控制原理、控制原理8 8、防护设计防护设计6 6、放、放电电模型模型9 9、射频改造射频改造1010、违规现象违规现象 目目 录录 射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录（Electrostatics）2、静电原理1关键词 静电是没有作定向运动的电子或离子所带的电； 静电是物体表面过剩或不足的静止电荷； 静电是一种电能，它留存于物体表面； 静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果； 静电是通过电子或离子转移而形成的。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录Electrostatics Discharge Electro

7、statics Discharge 静电放电静电放电Electrostatics DElectrostatics Dischargeischarge S Sensitiveensitive 静电放电敏感（的）静电放电敏感（的）Electrostatics Discharge Protected Area Electrostatics Discharge Protected Area 防静电工作区防静电工作区EPA Ground Bonding Point EPA EPA Ground Bonding Point EPA 接地点接地点2、静电原理1关键词Static Sensitivity De

8、vice Static Sensitivity Device 静电敏感器件静电敏感器件射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 静电起电的过程可归纳为：接触电荷转移偶电层的形成电荷分离静电产生的主要方式是:磨擦与感应2、静电原理2静电原理+物体 A物体 B+ +- -射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录感感 应应 起起 电电2、静电原理2静电原理射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录2、静电原理2静电原理射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录2、静电原理2静电原理射频

9、无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 力学效应：同性相斥，异性相吸。 放电效应：当垂直于物体表面的静电梯度较大时，可发生静电放电。 感应效应：当带电体附近存在被绝缘的导体时，在该导体表面会出现感应电荷的现象。2、静电原理2静电原理射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 受环境影响大：湿度上升则静电积累减少，静电压下降 高电位: 数百伏到数万伏 低电量：微库仑级 作用时间短：微秒级3 30 00 00 0伏伏皮皮肤肤感感知知5 50 00 00 0伏伏你你能能听听见见1 10 00 00 00 0伏伏你你能能看看见见人体对ESD的敏感

10、2、静电原理2静电原理射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录3静电现象射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录3静电现象射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录3静电现象射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录4静电危害 静电吸附：灰尘会降低单板或器件的绝缘阻抗，影响电性能； 静电放电引起的器件击穿： 硬击穿：一次性芯片介质击穿、烧毁等永久性失效。 软击穿：造成器件的性能劣化或参数指标下降而成为隐患。 静电感应：当导体和电介质置于静电场中，在其上感应出正或负电荷，同时由于电

11、荷定向移动而形成电流； 物质变性：在强电场下，绝缘介质会发生变性，某些物质变性后，即算电场消失后也不能复原； 静电放电时产生的电磁脉冲：当脉冲干扰耦合到计算机和低电平数字电路时，致使电路出现误动作。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录4静电危害 放电前的静电场（静电感应）； 放电时的电荷注入（电荷转移）； 放电时的电、磁、光、声、热影响（尤其是电电、热热现象）。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录4静电危害1)热二次击穿；2)金属化熔融；3)体击穿；4)介质击穿；5)气弧放电；6)表面击穿。前三者的失效与能量有关，后三者的失效

12、与电压有关。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录4静电危害射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 半导体氧化层周围的电压超过了氧化层介质击穿电压。 氧化层越薄，对静电越敏感。过热和短路会损坏器件。4静电危害射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 在ESD事件中产生的热量使器件局部过热和使接点融化； 热是由放电电流产生的 ； 热能与放电电流的平方成正比。200V400V600V800V900V1000V4静电危害射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录使单板和器件完全被

13、损伤，性能消失、不能工作。4静电危害射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录单板、芯片内部受到部分损伤，只是减弱了性能。器件和单板性能变差，但仍能正常工作和通过测试。 4静电危害射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 金钱 企业会投入更多的人力、物力、财力进行设备维护、维修等。 时间 因为静电引起的失效不易被发现和定位，影响新产品的开发周期。 客户满意度 产品性能不稳定、产品寿命缩短使客户满意度降低，从而影响公司产品的竞争力。4静电危害射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录5材料特性 体电阻大，体电阻

14、1x1011； 很少有电子在物体中移动，在物体上的不同地方可以保持正电荷和负电荷； 绝缘体的静电耗散只能通过环境，不能通过自己的表面接地耗散。 体电阻1x104 电子能在导体表面和体内自由流动。 如果被接地，电荷能迅速被中和。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录5材料特性 体电阻：1x104 R1x1011 电子在材料的表面可以自由移动，但移动的速率由于电阻而受到控制； 如果被接地，电荷将被缓慢的释放掉。 电磁屏蔽耗散复合材料是屏蔽材料和耗散材料复合而成。屏蔽材料电阻率极低为导电体，其受到摩擦表面不起静电荷，可用于屏蔽射频和低频电磁场，但其电阻太小，易在静电场

15、中产生静电感应损坏器件。通常在屏蔽材料内层复合一层静电耗散材料，如：防静电袋。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录5材料特性导体导体 静电耗散材料静电耗散材料绝缘体绝缘体射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录空气玻璃云母人类头发尼龙羊毛铅 铝 纸张棉花钢 木材硬橡胶镍和铜黄金和银金和铂纤维和人造丝聚脂聚氨脂聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯特氟龙正极性负极性2、静电原理5材料特性射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录防静电防静电 器件盒器件盒防静电防静电 电烙铁电烙铁防静电防静电 气泡袋气泡袋防静电防静电 单板

16、架单板架5材料特性射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录5材料特性射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录防静电防静电 气泡袋气泡袋黑色防静电黑色防静电 EPE防静电防静电 海绵海绵5材料特性射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录6放电模型 静电敏感器件的敏感等级分别按照人体模型（HBM）、机器模型（MM）和带电设备模型（CDM）三种模式来进行分类。 一般来说，器件的静电敏感电压的高低在三种模式之间没有必然的对应关系。由于ESD损伤的复杂性，使用以上各模型定义的敏感度（用电压表示）并不一定是器件在实际

17、应用环境中的失效电压，而只是提供了一种敏感度比较的标准。 人体模型（HBM）：当带有静电的人体接触设备的导线时该设备也因静电释放而带上电荷，此时一股释放电流在设备接地的情况下瞬间穿过电路，导致静电故障，类似情况下，当外部带电物体是人体时从人体向半导设备放电的模型就称为人体模型（HBM ； 机器模型（MM）：当外部物体是人体时，大量电荷从人体释放出去，释放的能量远大于相同情况下绝缘体释放的能量，当外部物体是机器等工厂设施时，该现象就称为机器模型（MM）； 带电设备模型（CDM）：有可能半导体设备的生产与组装过程中产生的静电释放而导致故障。此类故障的起因是半导体设备自身形成电荷时所产生的静电释放（

18、ESD），该现象就称为带电设备模型（CDM）。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录6放电模型HUMAN BODY MODELCLASS VOLTAGE RANGEClass 0 0 volts to =249 voltsClass 1A 250 volts to =499 voltsClass 1B 500 volts to =999 voltsClass 1C 1000 volts to =1999 voltsClass 2 2000 volts to =3999 voltsClass 3A 4000 volts to =7999 voltsClass 3B

19、 8000 volts to =16000 volts射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录6放电模型MACHINE MODELCLASS VOLTAGE RANGE M1 0 volts to 100 volts M2 100 volts to 200 volts M3 200 volts to =400 volts射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录6放电模型CHARGED DEVICE MODELCLASS VOLTAGE RANGE C1 0 volts to 125 volts C2 125 volts to =250

20、 volts C3 250 volts to =500 volts C4 500 volts to =1000 volts C5 1000 volts to =1500 volts C6 1500 volts to =2000 volts 射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录7静电控制 泄放与接地的特殊情况 当ESD防护材料的面积足够大，而且对大地的电容量也很大，当少量的静电荷泄放其上时，对SSD器件不会造成损坏。所以在某些情况下，可将表面积非常大的ESD防护材料视为一悬浮接地。即使不直接接地也不会对SSD器件造成损坏。 软接地 地线串接阻值较高的电阻器后再与

21、大地相连。软接地的目的在于将对地电流限制在人身安全范围之下（5mA）。 硬接地 将地线直接接地或通过一低电阻接地。硬接地用于静电屏蔽或仪器设备、金属体的接地。例：车，避雷针射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录7静电控制 静电屏蔽及接地通常用于高压电源产生的静电场屏蔽，某些对静电极敏感电路的屏蔽，从而避免静电场对SSD器件和SSD组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。静电屏蔽效果与接地有很大关系，只有将屏蔽体接地，才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄放，使屏蔽体内的电路不受静电场干扰。射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 人： 人体，

22、头发 工作台表面： 油漆或浸漆表面，普通塑料贴面，普通乙烯及树脂表面 地板： 塑料及普通地板革，抛光打蜡木地板，普通乙烯树脂 工作服、帽、鞋： 普通涤纶，合成纤维及尼龙面料，塑料及普通胶底鞋 操作工具及设备： 普通塑料盒、架、瓶、盘用品，椅子，传送带及纸制品，普通泡沫及 一般电动工具、压缩机、喷射设备、蒸发设备等7静电控制射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录7静电控制 将工作区静电的产生减至最少； 为导电物提供一条受控的放电通路； 屏蔽-防止产生静电的物体引起危害，保护静电敏感器件。 工作区 活动的人 器材储运时的静电控制 静电的测量和监视 防静电意识的教育和

23、培训射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录7静电控制 人体静电防护系统 防静电腕带 防静电工作服 防静电工作鞋 防静电工作帽、手套 防静电操作系统及设施 防静电台垫 防静电软塑料包装袋 防静电包装盒、条、管、箱 防静电工具 防静电工作椅 防静电门帘 防静电地板 适宜的作业环境 温度20-30 湿度:45-75%RH射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录7静电控制 当你感觉电击时，你身上的静电已经超过2000V； 当你听到放电声音时，你身上的静电已经超过5000V； 当你看到火花放电时，你身上的静电已经超过10000V！射频无源产品

24、线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录8静电防护设计 ESD防护的设计方法 静电防护器件&组件 RF电路ESD防护设计技术测试标准：IEC61000-4-2（GB17626-2）射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 消除静电源 切断放电通路（隔离静电源） 控制放电电流端口防护： 在端口最近位置泻放ESD电流，阻止ESD脉冲进入后续电路。8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 器件选用、防护电路设计、结构设计、工艺设计、材料选择 测试验证，改进优化8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系

25、统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 布板（元件位置） 接地（金属部件，单板，设备） 产品材料应用（塑料材料的防静电处理） 屏蔽（接口，开窗，开关，键盘，敏感单元） 增加放电路径长度 包装材料 单板布线（边缘，屏蔽） 标识，标签（单板，产品，过程） 制造工具及工序，防静电处理 辅助材料 接地（装备，仪器，工具） 放电处理8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录Do you know? 静电敏感器件的选用 设计端口ESD防护电路 单板、产品安全测试方法8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 MOV（M

26、LV）压敏电阻 TSS 闸流二极管 GDT 气体放电管 TVS 瞬态电压抑制器 二极管 ESD/EMI专用防护器件 R、L、C网络非线性器件线性器件8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录防护器件类响应时间结电容主要应用保护普通MOV慢：数十nsus级大：数百数万pFEOS（AC、雷电）箝位MLV快：psns级一般：数十数百pF，低达几pFEOS和中低频电路的ESD防护（中等能量）箝位GDT慢：数百nsus级小：数pF数百pF，可低于0.5pF雷电（大能量）负阻TVS快：psns级一般：数十数百pF，低达1pFEOS和中低频电路的ESD防护(低电压、

27、小能量)箝位高速开关二极管快：psns级小：数pF数十pF，可低于1pFESD（高频、小能量）箝位TSS快：psns级大：数十数百pFEOS（大能量）负阻低电容聚合物ESD抑制器快：psns级极小：数fF数pFESD（高频、小能量）负阻箝位R/L/C滤波衰减网络快不考虑从低频到高频电路的EOS和ESD防护（小能量）滤波衰减8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录低容值快速开关二极管低容值TVS管 R、L、C网络 低容值MLV 低容值聚合物ESD抑制器 8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录ESD信号的频谱

28、特征 阻抗匹配 结电容 寄生电感 限幅 导通电压 ESD信号的宽频谱特征 8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 整机、单板、组件外壳的空气和接触放电：8000V 整机、单板、组件外部RF接口的接触放电：4000V，不得低于2000V；内部RF接口的接触放电：2000V，不得低于1500V 无线终端外部接口的接触放电：4000V8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录降低结电容方法降低结电容方法二极管偏置法二极管串联法 二极管串联并加偏置法二极管反向串联和偏置法提高残压射频电路匹配法提高导通电压方法提高导

29、通电压方法二极管偏置法二极管串联法TVS管或MLV法二极管串联电容法RFRF接口接口ESDESD防护电路综合设计法防护电路综合设计法MLV、各种二极管、R/L/C二极管串并联、匹配设计、滤波、隔离、衰减8静电防护设计射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录9射频系统改造文件编号文件名称文件等级XCP-PM-GI-107 总 纲 RF静电放电控制总规范一级XCP-PM-GI-108 第一部分RF防静电标识规范二级XCP-PM-GI-109 第二部分RF EPA现场管理办法二级XCP-PM-GI-110 第三部分RF静电敏感器件存储规范二级XCP-PM-GI-111

30、第四部分RF防静电用品管理方法二级XCP-PM-GI-112 第五部分RF人员防静电接地和测试二级XCP-PM-GI-113 第六部分RF防静电包装材料技术规范二级XCP-PM-GI-114 第七部分RF防静电检测方法二级XCP-PM-GI-115 第八部分RF装备&工装开发防静电方法二级XCP-PM-GI-116 第九部分RF ESD防护设计二级射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录9射频系统改造深圳国人通信有限公司射频系统产品EPA划分为三个等级：u 一级EPA 对应 HBM Class1A + MM M1 + CDM C1 u 二级EPA 对应 H

31、BM Class1B + MM M2 + CDM C2 u 非防静电区域 无要求场所场所一级一级EPAEPA区域区域二级二级EPAEPA区域区域非防静电区域非防静电区域有源实验室无源研发实验室无源中试实验室有源产品生产线无源+有源产品生产线IQC区域FQC区域原材料仓库成品仓库ODU等整机生产线无源产品生产线射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录9射频系统改造射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录9射频系统改造射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 抗静电包装 静电屏蔽 各类屏蔽容器 屏蔽袋 周转箱和容器、托盘 短路器和防静电泡沫塑料9射频系统改造射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录9射频系统改造射频无源产品线 曹明江射频系统培训教材射频系统培训教材-ESD目录目录 佩戴腕带情况下人体系统电阻在腕带仪器上每次进入工作区前检查一次，并