1/44ESD內(nèi)部訓(xùn)練教材(A&B級(jí))

講師:蔣小軍第一頁，共四十三頁。2/44目錄:第一部分:ESD基本原理介紹第二部分:半導(dǎo)體的抗靜電能力第三部分:靜電防護(hù)序言第二頁，共四十三頁。3/44序言◆

在電子產(chǎn)品越來越細(xì)小,越來越復(fù)雜的今天,半導(dǎo)體材料的質(zhì)量要求也是越來越高的.而靜電對(duì)半導(dǎo)體的破壞卻因半導(dǎo)體的高集成化而變得更加容易.

為了產(chǎn)品的質(zhì)量和提升客戶的滿意度,我們必須在靜電的防護(hù)方面作出更有效的行動(dòng),來迖成我們的品質(zhì)目標(biāo).第三頁，共四十三頁。4/44ESD基本原理介紹第四頁，共四十三頁。5/44ESD基本原理介紹一靜電放電(ESD)現(xiàn)象◆

嚴(yán)寒的冬天,當(dāng)您脫下暖和的毛衣,您會(huì)聽到嗶嗶啪啪聲◆

握手或手接觸時(shí)常被電擊一下,是由于人身帶了靜電,

接觸時(shí)突然放電所致◆

云層相互摩擦而帶大量的電荷,相互放電形成能量巨大的雷電,對(duì)地放電則可能形成雷擊這些就是靜電瞬間放電(ESD)所主導(dǎo)產(chǎn)生的現(xiàn)象

ESD--ElectroStaticDischarge第五頁，共四十三頁。6/44ESD基本原理介紹二.靜電的本質(zhì)

物質(zhì)由分子和原子組成,原子由原子核和電子組成,原子核帶正電,電子帶負(fù)電.

自然條件下,正負(fù)電荷平衡,物體不帶電.這類物體叫電中性物體.

在某種條件下,正負(fù)電荷的平衡被打破,則物體帶電--這種現(xiàn)象叫物體帶電.所謂靜電指對(duì)觀察者而言,電荷靜止不動(dòng)或運(yùn)動(dòng)非常緩慢.動(dòng)電則有電荷的快速運(yùn)動(dòng)和變化.第六頁，共四十三頁。7/44ESD基本原理介紹三.靜電起電摩擦起電:當(dāng)兩個(gè)物體產(chǎn)生摩擦?xí)r,摩擦表面的電子會(huì)從一種物體跑到另一種物體上,分離后,兩個(gè)物體的正負(fù)電荷失去平衡,得到電子的帶負(fù)電,失去電子的帶正電.感應(yīng)起電:當(dāng)有強(qiáng)電場(chǎng)(大的帶電體)存在時(shí),附近的物體被感應(yīng),局部或整體產(chǎn)生電荷,這類帶電稱為感應(yīng)帶電.

靜電可有很多種方式產(chǎn)生,如物體間的摩擦,電場(chǎng)感應(yīng),介質(zhì)極化,帶電顆粒粘附等等第七頁，共四十三頁。8/44ESD基本原理介紹四.靜電放電當(dāng)帶電的物體與一些導(dǎo)體等接觸時(shí)或靠的很近時(shí),電荷會(huì)找到一途徑途突然釋放掉,這種現(xiàn)象叫靜電放電.靜電放電的條件是:首先有靜電存在,其次要有一定的途徑.靜電放電的原因和條件多種多樣,控制靜電放電是在人們生活和工作中的各個(gè)方面所追求的.第八頁，共四十三頁。9/44ESD基本原理介紹ESD基本原理介紹五.靜電產(chǎn)生原理靜電產(chǎn)生1.分離2.摩擦第九頁，共四十三頁。10/44ESD基本原理介紹五.靜電產(chǎn)生原理分離,摩擦等起電的過程:第十頁，共四十三頁。11/44ESD基本原理介紹五.靜電產(chǎn)生原理分離,摩擦等起電的過程第十一頁，共四十三頁。12/44ESD基本原理介紹五.靜電產(chǎn)生原理

物質(zhì)產(chǎn)生靜電大小排列如下表，其中愈正性與愈負(fù)性物質(zhì)互相摩擦產(chǎn)生之靜電愈大空氣石棉人手玻璃云母頭發(fā)尼龍羊毛毛皮鉛絲綢鋁紙棉花鋼木材琥珀封蠟橡膠鎳銅黃銅纖維聚酯奧璐珞聚氨酯聚乙烯聚丙烯硅硅橡膠第十二頁，共四十三頁。13/44ESD基本原理介紹五.靜電產(chǎn)生原理人體帶電研究

摩擦起電:操作中的動(dòng)作和肢體運(yùn)動(dòng),由衣服,鞋子與其他物體,地面摩擦,使衣服和鞋子帶電,再通過傳導(dǎo)和感應(yīng),使人體帶電.

感應(yīng)起電:當(dāng)不帶電的人體進(jìn)入帶電的電場(chǎng),靜電感應(yīng)而起電.

傳導(dǎo)起電:人體直接接觸帶電體,或與帶電體發(fā)生靜電放電,另人體在靜電的微塵粉體和霧狀液粒空間活動(dòng),使帶電微粒附在人體及衣服上產(chǎn)生靜電.第十三頁，共四十三頁。14/44ESD基本原理介紹五.靜電產(chǎn)生原理人體活動(dòng)帶電示意圖第十四頁，共四十三頁。15/44ESD基本原理介紹六.靜電電壓典型靜電電壓我們?cè)诮?jīng)受3000伏的靜電電壓!!第十五頁，共四十三頁。16/44ESD基本原理介紹六.靜電電壓人體電容靜電模型第十六頁，共四十三頁。17/44ESD基本原理介紹六.靜電電壓人體電容典型值第十七頁，共四十三頁。18/4455001100021000用泡沫和包裝線路板4007002000在塑料管中取IC4008006000移動(dòng)凳子3000500012000在塑料地毯上行走75001500035000在地毯上行走55%40%10%相對(duì)濕度

電壓(伏)動(dòng)作ESD基本原理介紹六.靜電電壓人體的典型靜電電壓值第十八頁，共四十三頁。19/44半導(dǎo)體的抗靜電能力抗靜電能力之量測(cè)(HumanBodyModel)

依MIL-STD-883，Method3015，測(cè)試線路圖第十九頁，共四十三頁。20/44半導(dǎo)體的抗靜電能力電子元器件靜電損傷的典型電壓閥值380~7000雙極型晶體200~1000E/DMOS300~3000肖特基二極50~500HMOS380~7000DTL250~2000CMOS300~2500STTL100PROM680~1000SCL100~300GUASFET140~1000JFET100~200MOSFET300~2500ECL30~1800VMOS耐ESD閥值器件類型耐ESD閥值器件類型第二十頁，共四十三頁。21/44半導(dǎo)體的抗靜電能力

大體而言只要100V以上的靜電壓就可以對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)生傷害，故ESD之防護(hù)工作，我們不可不慎。電子元器件靜電損傷的典型電壓閥值第二十一頁，共四十三頁。半導(dǎo)體的抗靜電能力損傷具有隱蔽性:人體帶電是電子產(chǎn)品靜電損傷主因，幾KV的人體靜電，對(duì)人而言放電感受幾乎沒有，對(duì)元器件卻是致命的.失效分析的復(fù)雜性:

電子產(chǎn)品有精，細(xì)，小的特點(diǎn)，失效分析相當(dāng)，靜電損易于同其它損傷混淆。

電子產(chǎn)品靜電損傷的特點(diǎn)第二十二頁，共四十三頁。23/44半導(dǎo)體的抗靜電能力損傷具有潛在性:

有些元器件在損傷后并不馬上表現(xiàn)出來，只是性能下降，并不馬上失效。損傷的隨機(jī)性:

只要電壓超過或接近靜電敏感電壓閥值，就可能發(fā)生靜電損，在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括成品運(yùn)輸?shù)榷伎赡墚a(chǎn)生ESD損傷。電子產(chǎn)品靜電損傷的特點(diǎn)第二十三頁，共四十三頁。24/44半導(dǎo)體的抗靜電能力電子產(chǎn)品靜電損傷的形態(tài)A.突發(fā)性完全失效自身短路.幵路,功能喪失,參數(shù)變異.

電壓相關(guān)失效:介質(zhì)擊穿,PN節(jié)反向漏電.

功率相關(guān)失效:金屬等燒斷,硅片局部區(qū)域融化,PN節(jié)邊緣損傷等,這類失效占靜損傷的10%.第二十四頁，共四十三頁。25/44半導(dǎo)體的抗靜電能力電子產(chǎn)品靜電損傷的形態(tài)B.潛在性緩慢失效帶電體電位或能量較低,一次放電沒有完全損傷失效,使器件內(nèi)部輕度損傷,但有累計(jì)效應(yīng),使器件性能變壞,可能突然失效,難以檢測(cè)和篩選,造成產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生信賴性問題.第二十五頁，共四十三頁。26/44半導(dǎo)體的抗靜電能力電子產(chǎn)品靜電損傷的形態(tài)靜電的累積破壞–

負(fù)傷而行

負(fù)傷而行（WalkingWounded）–––

許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)靜電能使半導(dǎo)體負(fù)傷，但不致立即完全破壞其功能，而且有多數(shù)這些『負(fù)傷而行』的組件都能通過測(cè)試直到這些組件送到客戶之后，隨時(shí)會(huì)從『負(fù)傷而行』變成完全失效。第二十六頁，共四十三頁。27/44半導(dǎo)體的抗靜電能力電子產(chǎn)品靜電損傷的形態(tài)

◆靜電的累積破壞–

負(fù)傷而行

?下面是一ESD累積破壞的試驗(yàn): (應(yīng)用HBM方式) 試驗(yàn)條件：

試驗(yàn)結(jié)果： 材料：54s163 測(cè)試前 I=2.883μA PASS

人體電容：100pf 第一次 I=2.883μA PASS

每次放電：50V 第二次 I=2.890μA PASS

放電次數(shù)：5次 第三次 I=2.890μA PASS 測(cè)試點(diǎn)：Vin=Pin2(A) 第四次 I=1.872mA

FAIL GND=Pin8(B) 第五次 I=2.147mA

FAIL第二十七頁，共四十三頁。28/44半導(dǎo)體的抗靜電能力ESD破壞分析◆

找出PCB上之故障組件◆對(duì)故障組件進(jìn)行基本電性量測(cè)

–功能測(cè)試

–參數(shù)測(cè)試◆

X-ray做表層分析◆去封膠（Decapsulate）檢視內(nèi)部◆去除各層（玻璃層、鋁層）層層檢視

幾種遭ESD破壞案例參考第二十八頁，共四十三頁。29/44半導(dǎo)體的抗靜電能力ESD破壞案例參考橫切面放大(2,000)橫切面放大(10,000)第二十九頁，共四十三頁。30/44靜電防護(hù)芯片設(shè)計(jì)的靜電防護(hù)(治本方法)◆

對(duì)許多集成電路,廠家在器件的輸入/輸出口上多加了一些防靜電保護(hù)電路,使器件的防靜電能力大大提高◆

為了減少保護(hù)電路占的面積,提高集成度,降低成本,各家有其獨(dú)有的技朮,對(duì)通用集成電路,有相應(yīng)的國際或企業(yè)的防靜電標(biāo)準(zhǔn).◆防護(hù)電路是不能杜絕靜電損傷的◆錯(cuò)誤的理念:因選用高損傷閥值器件,故ESD防護(hù)可以放松!!第三十頁，共四十三頁。31/44靜電防護(hù)芯片設(shè)計(jì)的靜電防護(hù)電路輸入電路第三十一頁，共四十三頁。32/44靜電防護(hù)芯片設(shè)計(jì)的靜電防護(hù)電路輸出電路第三十二頁，共四十三頁。33/44靜電防護(hù)全方位靜電放電防護(hù)電路的安排第三十三頁，共四十三頁。34/44靜電防護(hù)靜電防護(hù)的基本原則(治標(biāo)方法)◆1.避免靜電產(chǎn)生a)潮濕法b)抗靜電涂布法c)內(nèi)部靜電劑法◆

2.疏導(dǎo)或中和所產(chǎn)生之靜電a)疏導(dǎo)法(典型方法是配戴靜電環(huán))b)中和法

◆

3.摒蔽靜電場(chǎng)第三十四頁，共四十三頁。35/44靜電防護(hù)常用靜電防護(hù)材料及使用方法◆1.靜電環(huán)

–由伸縮拉環(huán)，內(nèi)含1MegaΩ±10%電阻之導(dǎo)線及接頭所構(gòu)成。配帶靜電環(huán)時(shí)必須注意到：

(a)靜電環(huán)必須與手緊密接觸，不可松脫或套于衣袖上

(b)與接地之間必須保持1MΩ±10%之電阻

(c)接頭必須固定妥當(dāng)，當(dāng)接頭未接地妥當(dāng)時(shí)，不得碰觸材料

(d)靜電環(huán)中接一1MΩ之接地電阻，其目的是保護(hù)人員工作之安全。第三十五頁，共四十三頁。36/44靜電防護(hù)常用靜電防護(hù)材料及使用方法◆2.抗靜電材料(袋、管、管塞、盒等)–在材料上涂布抗靜電液，使材料不會(huì)產(chǎn)生靜電荷，或僅產(chǎn)生微量的靜電荷(通常在100V以下)。此類材料表面電阻要求在<1012Ω/square以下，靜電消散時(shí)間<2sec。使用此材料應(yīng)：

(a)此材料僅能防止本身產(chǎn)生靜電，而卻無法防止靜電場(chǎng)破壞

(b)表面涂層必須考慮其有效期

(c)一般工業(yè)界會(huì)將此類產(chǎn)品制成粉紅色第三十六頁，共四十三頁。37/44靜電防護(hù)常用靜電防護(hù)材料及使用方法◆3.靜電遮蔽材料(袋、管、管塞、盒等)–此種材料一般含有二或三層，上下(或外)層是抗張力強(qiáng)的抗靜電化學(xué)合成物質(zhì)(R<1012Ω/square，靜電消散時(shí)間<2sec)，中間(或內(nèi))層是一層薄薄的金屬箔(R<

105Ω/square)。使用時(shí)需注意：

(a)避免使用尖銳物品刮壞金屬層

(b)封閉的導(dǎo)電袋或容器才有完全之保護(hù)第三十七頁，共四十三頁。38/44靜電防護(hù)常用靜電防護(hù)材料及使用方法◆4.防靜電工作桌1.人體2.靜電環(huán)3.防靜電桌面4.儀器5.靜電鞋6.導(dǎo)電地板第三十八頁，共四十三頁。39/44靜電防護(hù)靜電防護(hù)標(biāo)示A.〝對(duì)ESD敏感〞標(biāo)示：適用于告知電子零組件對(duì)ESD極為敏感，易遭ESD破壞。B.〝對(duì)ESD敏感〞+警語之標(biāo)示：適用于防靜電包裝袋上。第三十九頁，共四十三頁。40/44靜電防護(hù)靜電防護(hù)標(biāo)示C.〝保護(hù)〞+外弧去斜線之標(biāo)示：用于工具或材料上已具有控制ESD之功效。D.〝對(duì)ESD敏感〞標(biāo)示亦可用：第四十頁，共四十三頁。41/44靜電防護(hù)過程中對(duì)ESD之要求◆1.所有生產(chǎn)過程中使用的儀器,設(shè)備,加工治具,工作桌等均必須接地;◆2.所有不具有防靜電的物品（如紙，產(chǎn)品等）在儲(chǔ)存,運(yùn)輸?shù)冗^程中必須使用防靜電材料進(jìn)行包裝,作業(yè)時(shí)此類物品離產(chǎn)品30cm以外;◆3.所有工作人員在生產(chǎn)區(qū)域必須配戴有線靜電環(huán),防靜電