ESD的产生原理及防护实用教案

1、主要(zhyo)内容 ESD的产生原理 几种常见的ESD模型(mxng) ESD的防护 ESD防护器件的摆放第1页/共35页第一页，共36页。ESD的产生(chnshng)原理 ESD：Electrostatic Discharge，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(ybn)是ns级别，但是放电瞬间会产生很高的电流第2页/共35页第二页，共36页。几种(j zhn)常见的ESD模型 人体放电(fng din)模型(Human-Body Model, HBM) 机器放

2、电(fng din)模型(Machine Model, MM) 元件充电模型(Charged-Device Model, CDM) 电场感应模型(Field-Induced Model, FIM)第3页/共35页第三页，共36页。几种常见(chn jin)的ESD模型人体放电模型(Human-Body Model, HBM) 人体放电(fng din)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(fng din)到地。 放电(fng din)过程会在几百ns的时间内产生数安培的瞬间

3、放电(fng din)电流，此电流可能会把IC内的元件给烧毁。第4页/共35页第四页，共36页。几种常见的ESD模型(mxng)人体放电模型(mxng)(Human-Body Model, HBM)第5页/共35页第五页，共36页。几种常见的ESD模型人体(rnt)放电模型(Human-Body Model, HBM)工业标准 MIL-STD-883C method 3015.7 中HBM的等效线路图，其中人体的等效电容定义(dngy)为100pF,人体的等效放电电阻定义(dngy)为1.5kohm第6页/共35页第六页，共36页。几种常见(chn jin)的ESD模型机器放电模型(Machi

4、ne Model, MM) 机器放电模型的ESD是指机器本身也积累了静电( jngdin)，当此机器去触碰IC时，静电( jngdin)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(biozhn) EIAJ-IC-121 method 20 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第7页/共35页第七页，共36页。几种常见的ESD模型(mxng)机器放电模型(mxng)(Machine Model, MM)人体放电(fng din)模型2kV和机器放电(fng din)模型200V的

5、放电(fng din)电流比较图第8页/共35页第八页，共36页。几种常见(chn jin)的ESD模型机器放电模型(Machine Model, MM)第9页/共35页第九页，共36页。几种常见的ESD模型元件(yunjin)充电模型(Charged-Device Model, 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

6、因IC内部的等效(dn xio)电容的不同而改变。第10页/共35页第十页，共36页。几种常见(chn jin)的ESD模型元件充电模型(Charged-Device Model, CDM)两种常见(chn jin)的CDM的放电情况第11页/共35页第十一页，共36页。几种(j zhn)常见的ESD模型元件充电模型(Charged-Device Model, CDM)CDM测试(csh)标准第12页/共35页第十二页，共36页。几种常见(chn jin)的ESD模型元件充电模型(Charged-Device Model, CDM)HBM 2kV,MM 200V,CDM 1kV三种模型的放电电

7、流(dinli)比较图CDM更容易造成(zo chn)IC的损伤第13页/共35页第十三页，共36页。几种常见(chn jin)的ESD模型电场感应模型(Field-Induced Model, FIM) FIM的静电放电(fng din)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(fng din)模型的情况放电(fng din)出来。第14页/共35页第十四页，共36页。ESD的防护(fngh) 器件选型时必须(bx)认证ESD等级 IO接口线路上摆放ESD防

8、护器件 做好EMI防护第15页/共35页第十五页，共36页。ESD的防护(fngh) 常用的ESD防护(fngh)器件：二极管阵列第16页/共35页第十六页，共36页。ESD的防护(fngh) ESD防护器件的一般(ybn)连接方式第17页/共35页第十七页，共36页。ESD的防护(fngh) ESD防护(fngh)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(fngh)器件的摆放位置第18页/共35页第十八页，共36页。ESD防护器件(qjin)的摆放 ESD电流路径(ljng)上寄生

9、自感的影响被保护(boh)IC所承受的电压 Vx其中VF1为D1的正向导通电压第19页/共35页第十九页，共36页。ESD防护器件(qjin)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(qubo)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第20页/共35页第二十页，共36页。ESD与EOS的区别(qbi) EOS: E

10、lectrical Over Stress 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: Electrical static Discharge 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(michng)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。第21页/共35页第二十一页，共36页。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(

11、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(zhungzh)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第22页/共35页第二十二页，共36页。随着半导体行业的发展，微电路制造工

12、艺不断提高（国外普遍采用0.8-1.0um，国内也达到(d do)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(d do)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。第23页/共35页第二十三页，共36页。、问：1M 电阻在半导体装配过程中的作用(zuyng)是什么？答：假设1：我们正谈论E

13、SD 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(zuyng)是限制可通过人体的电流量，保护人体安全。1M 电阻的主要限定要求是：在250V 交流有效值时，电流被限制到250 微安，正好是大多数人的感知水平（神经系统发生反射的临界值）。电流在体表及体内物理感知的不同取决于人体大小、重量、水份、皮肤条件等。第24页/共35页第二十四页，共36页。谢谢(xi xie)！第25页/共35页第二十五页，共36页。谢谢(xi xie)！第26页/共35页第二十六页，共36页。谢谢(xi xie)！第27页/共35页第二十七页，共36页。谢谢(xi xie)！第28页/共35页第二十八页，共36页。谢谢(xi xie)！第29页/共35页第二十九页，共36页。谢谢(xi xie)！第30页/共35页第三十页，共36页。谢谢(xi xie)！第31页/共35页第三十一页，共36页。谢谢(xi xie)！第32页/共35页第三十二页，共36页。谢谢(xi xie)！第33页/共35页第三十三页，共36页。谢谢(xi xie)！第34页/共35页第三十四页，共36页。谢谢