ESD基础知识培训讲义

• 工作桌面 – 一般的塑料、上腊、上漆。
•地
•衣 •椅
板 – 水泥地板、一般塑料地板。
服 – 人造纤维衣服、一般非导电鞋、 抹布。 子 – 木材椅、塑料椅、玻璃纤维椅。
• 包装及运送 – 塑料袋、泡棉、保丽龙、塑料盒。
• 组装、加工、测试、修理 – 喷雾清洁剂、吸锡器、铬铁、 刷子 、塑料带、 热气、烤箱、 复写纸。
Regulation High Voltage Power Supply
DC Meter
C1 100pf ± 10%
D.U.T .
Waveform Measurtment T erminal B
1. Input (A) , Common (B) 3. Input (A) , Output (B) 5. V+ (B) , Common (A)
(Grounded)
(Field)
元 件
外在电场感应电荷
E
接地造成ESD放电
(FIM)
3. 充电组件模式(Charged Device Mode,CDM) 上述FIM模式中当组件被移离开电场或接地时,就变成CDM模式
(Field)
元 件
移离电场
接地消失
(CDM)
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元件被ESD 破坏原因
◆ ESD破坏的原因：
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ESD静电防护
1. 避免静电产生
(A) 潮湿法(Moisturing)水气本身会有导电现象，故可降低绝绿体表面电阻， 达到静电防护目的 (B) 抗静电涂布法(Anti-Static Coating) – 有部份溶液可喷洒于绿体青面降 低物体表面电阻，达到静电防护的目的。但此种涂层，日久会 脱落而渐渐失去其效果，故必须考虑其有效期。 (C) 内部静电剂法(Imbeded Anfi-Static Agent) – 这是在材料中加入具有导 电性或吸湿性的物质，使其外层具有轻微导电性。此方法可以 不必考虑有效期，但成本较高。
◎ 摩擦生电
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7P+
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摩
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擦
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平衡原子 1
平衡原子 2
帶負電原子
帶正電原子
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静电及静电的产生
◎ 物质产生静电大小排列如下表，其中愈正性与愈负性物质互相摩擦产生静电愈大
Air 空气 石棉 铝 棉 皮革 玻璃 手 Amber Acetate Rayon Brass , Silver Gold , Platinum Hard Rubber Orlon Polyester 琥珀 人造丝 黃銅 , 銀 金 , 白金 橡胶 奧龙 多元脂 Asbestos Aluminum Cotton Fur Glass Hands
E B C
E B C
2. 氧化层贯穿针引线(Oxide Punch Through)
通常在金属氧化层半导体(MOS)上可以发现此类型之破坏,这是由于外加的静 电压超过了氧化层的崩溃电压所致, 其现象亦是短路。
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ESD破坏之型态
3. 金属层崩熔(Metalization Burnout)
由于过大的电流流经金属层, 并在较脆弱的地方产生, 由于此种破经常是伴随着
◆ 对故障组件进行基本电性量测
– 功能测试 – 参数测试
◆ X-ray做表层分析
◆ 去封胶(Decapsulate)检视内部 ◆ 去除各层(玻璃层、铝层)层层检视几种遭ESD破坏案例参考
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ESD元器件分析
去铝层之后的接合0)
橫 切 面 放 大 (10,000)
◆ ◆ 造成肌肉或心脏麻痹主要的是……电流,
尤其是交流电流。
◆ 电流对人体伤害分析表
(MIL-STD-454) 。
DC 結 果
電 流 大 (毫安培 、mA) AC (60Hz)
0-1
1-4 4-21
0-1
4-15 15-80
有知覺
感到驚訝 有反射動作
21-40
40-100 100 以上
80-160
160-300 300 以上
另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若 在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。
2
生活中常见的几种静电现象
梳头、揭塑料纸、走路、冬天脱毛衣、手摸门把手、闪电等.
3
静电及静电的产生
◎ 以物体抗静导电性来区分材质
– 导电性 (Conductive)材质: 表面店电阻系数在 105Ω/square 以下 – 静电衰减性(Static Dissipative)材质:表面电阻系数介于105 ~ 109Ω /square – 抗静电性(Anti-Static)材质:表面电阻系数介于109 ~ 1012 Ω /square – 绝缘体(Insulator)材质:表面电阻系数介于 1012 Ω /square以上
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抗静电能力的量测
◆ 抗静电能力的量测(Human Body Model) • 依 MIL-STD-883, Method 3015, 测试线路图
R1
RS
R2
1.5KΩ ±5%
A
R1 - Current Limiter Rs - Relay
C1 - 人體電容 ( 平均 ) R2 - 人體電阻 ( 平均 ) D.U.T . - 待測材料 A, B - 待測物之接腳
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ESD静电防护
◆ 芯片设计的静电防护(治本方法)
本方法乃是静电防护最好的办法, 但在设计半导体的抗静电电路时, 必 须考虑到电路产生热的影响、反应时间、 最大电压、 能量传导、 寄生 电容等等因子, 故并非随心所欲可以办到。因此静电防护仍必须靠一些 治标的方法。
◆ 静电防护的基本原则
1. 避免静电产生 2. 疏导或中和所产生之静电 3. 摒蔽静电场 逐一介绍说明如下：
2. Output (B) , Common (A) 4. V+ (A) , Common (B)
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半导体产品抗静电能力
◎ 各类半导体材料抗静电能力之比较(NEPCON/ WEST Report) 晶片种类 MOSFET EPROM JFET Op-Amp CMOS SCHOTTKY DIODE TTL Bipolar Transistor ECL SCR 静电破坏电压(Volts) 100~200 100~ 140~7,000 190~2,500 250~3,000 300~2,500 300~2,500 380~7,000 500~ 680~10,000
Positive
正性(+)
Human Hair
Lead Hand Mica Nylon Paper Rabbit Fur Silk Steel Wool
头发
石墨 云母石 尼龙 纸 兔毛 丝 钢 羊毛
Poly urethane
Polyvinyl Polyethylene Polypropylene Sealing Wax Silicon Sulfur Teflon Nickel , Copper
接面短路或是氧化层短路之后发生故属于所谓的二次崩溃(Secondary
Breakdown).而其现象为断路。
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静电的累积破坏
负伤而行
• 负伤而行(Walking Wounded) – 许多实验证实静电能使半导体负伤, 但不 会立即完全破坏其功能, 而且有多数这些『负伤而行』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『负伤而行』变成完全失效。 • 下面是一ESD累积破坏的试验： 应用前述HBM接线方式(仅略去人体的电阻R2=1.5KΩ)来量测54S163 IC
2. 疏导或中和静电法
(A) 疏导法(Bleed-Off) 典型的疏导法就是配带静电环(Wrist Strap)，是将人体产生之静电电荷， 藉由导线将所产生之电荷传导出去。通常静电环中会接一1MΩ 之接地电阻，以保护人员工作之安全。
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ESD静电防护
(B) 中和法(Neutralization) 利用静电消除器(Ionizer)来释出正、负离子以中和消除静电效应。目前常
PU聚亚氨脂
PVC聚氯乙烯 PE聚乙烯 PE聚丙烯 蜡 硅 硫磺 铁氟龙 鎳,銅
Negative 负性(-)
Wood
木材
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静电及静电的产生
静电就在您的周围 – 人在走路或跑步就可以产生可观的静电，下面是一 个量测人体静电的实验 静电压量表 不锈钢板 人(不带静电环)
(Static Locator) ( 12〞x 12〞)
分子。此种装置具有高效率及高安全性之特点, 所产生之电流仅几微安
培(μA), 不会产生电击。 c. 感应静电效应消除器 – 这是利用带电物质之高电压(对接地点)来电离
1. 功率产生：如热崩溃、 金属被熔融
2. 电压产生：如介电质崩溃、表面崩溃
3. 潜在性故障：如功能劣化、降级
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ESD破坏之型态
1. 接面崩熔(Junction Burnout)
过大的电流通过接面时, 产生极大的热量, 使得接面崩熔. 此种破坏是属于接面 短路, 并有二个特性: A. 即使ESD的能量未能打穿接面(Junction Burnout),也能造成元件的失效。 B. 正向偏压的ESD破坏能量是负向偏压的5~15倍。
由上可知, 大体而言只要100V以上的静电压就可以对半导体产生伤害, 故 ESD 之防护工作, 我们不可不慎。
而基本上, 不同类别的半导体可以不同的等级来做ESD防护, 但为方便于处
理, 通常都以处理较严密的类别 A来做防护措施。