ESD与EOS防范资料

ESD 静电防护
一、静电线应包括两条：
1.ESD Line：与厂内地梉相连。

2.AC Ground Line：与电源地线相连且必须以夹具相接，禁止使用缠绕方式相接。

二、静电接地检验主要包括以下四个方面：
1.地梉接地性能测试.
2. ESD线量测。

3.各种设备保护接地测试,其包括两部份：
a.带电设备：包括锡炉、ICT、UV机、Laser机、电动起子、焊烙铁、流水线、PCB测试治具、计算机、RS232box等设备接地状况的测量，该种设备外壳须接AC ground line。

b.不带电设备：包括IC架、插Membrane治具等设备接地状况的测量，该种设备外壳须接ESD line。

4.静电环的测量。

三、地梉接地性能测量
1.测量仪器：地阻仪。

2.测量方法：将地阻仪一接线接地梉(线长为5m),另两导线沿不同方向(两方向夹角一般为90度)选择两测量点(两导线长度分别为30m和20m)，测量值应小于2奥姆。

四、ESD线测量程序
1.测量方法：用万用表量测ESD line与AC ground line之间阻抗，测量值应大于1.2G奥姆。

2.测量频率：每4小时测量一次并作记录。

3.不良处理对策：测量值如超过规定范围，需停线检查原因，待阻值至规格内方开线生产。

五、设备保护接地测量程序
1.测量方法：用万用表量测各设备外壳与AC ground line之间阻抗，测量值应小于10奥姆。

2.测量频率：IPQC每日抽检.
3.不良处理对策：测量值如超过规定范围，需停线检查原因，待阻值降至规格之内方可开线生产。

4.输送带接地线每两个月由IPQC会同工程师检查大地接地状况并作记录。

六、设备漏电压测量程序
1.测量方法：用万用表量测各设备外壳与AC ground line之间电位差，标准为测量值小于2V.
2.测量频率:IPQC每日抽检。

3.不良处理对策：测量值如超过规定范围，需停线检查原因，待电位差降至规格之内方可开线生
产。

七、静电环的配戴和测量
1. 正确的作业方式如下：
a.将静电手环套在手腕上，手环内圈的金属部分必须直接接触手腕皮肤。

b.将静电手环伸缩带拉紧使之与手腕皮肤紧密接触，不可因作业环境较冷而系于衣服袖口上。

c.将鳄鱼夹夹在静电线露铜部分,铜线必须位于鳄鱼夹锯齿部分(如果铜线直径较大则可夹于任何位置)。

2. 注意事项：
a.须按照以上步骤作业。

b.静电环之手环与导线连结接头不可有任何翼物以影响静电环使用寿命及使用效果。

c.作业员在离开工作岗位时，可将连结导线与手环之间的结头拔开，作业员在重新插该接头时，必须检查是否有翼物等附在接头导电部分。

3. 静电环的测量：
a.测量设备：静电环测试仪。

b.测量方法：将测量仪鳄鱼夹夹在静电在线，被测试作业员一手按住测试仪上之测试盘，依测量仪上显示之指示灯判定被测作业员配戴静电环的好与坏。

标准如下：
绿灯亮为Ok，红灯或黄灯亮均为Fail。

八、静电消除器(ESD Eliminator or ionizer，离子扇)的保养及效果检验：
1. 保养：
a.若脏污变黑，请用棉花棒沾酒精擦拭。

b.再不行则得换针头，建议每周清洁一次。

2.离子扇效果确认及检验方法：可使用离子平衡仪做验证；约3个月至半年较验一次。

3.离子扇效果确认：
取ESD量测仪在通过ionizer前后做量测；若所得值未降至标准值(±40V以内)时，即表示失效。

4.检验方法：可使用离子平衡仪做验证
乃按ESD协会标准(EOS/ESD Association Standard) 符合：ESD / EOS S.3 标准，透过平行板之泄电时间值及残留平衡电位两项来检验：
4.1静电压值变化时间：由±1000V降至±100V时的timing为1.5sec~2sec。

4.2正负离平衡状态：吹过后须降至±20 V~ ±40 V。

5.一般静电会藉由空气散逸在空气中.一段时间后空气会累积静电；若空调不佳，会导致空间之静电值偏高；此时可量空调附近之静电值并更换为抗静电滤网即可。

九、生产环境温湿度的控制：
建议相对湿度至少RH%=45% (50%±10%)，温度(摄氏)=25℃。

a. 温度不良：
1. 温度太低，请加开暖气(电热)机。

2. 温度太高，请加开冷气降温。

b. 湿度不良
1. 湿度太低时，请使用加湿机或地面洒水拖地及使用水蒸气喷出器来控制。

2. 请将周围window关闭不要有对流发生，以免湿度受外在环境影响。

十、储存装备材料的选择：
依据美国材料测试学会ASTMD(257-91)建议：
a.表面阻抗特性(ASTMD 257-91)：108-1012ohm/sq.
b.静电消除效果:
静电消散速(按Federal Standard Method 4046) : 5KV到0V，小于0.01秒(45%RH，25°C状况下)。

System ESD Test Level
IEC 61000-4-2: Electromagnetic Compatibility Part 4: Testing and measurement techniques- Session 2:Electrostatic discharge immunity Test.
测试目的：模拟人体或手持工具之带静电，对电子产品放电所造成之影响。

测试点：产品之所有接触点。

测试电压(电子电机产品及家用电器携带式工具等产品) 放电次数：正负极性至少各10次。

试验间隔：1 sec 。

性能判定：
Criteria A(无影响) 、B(自动恢复) 、 C(需Reset) 、 D(永久损坏)。

Level Contact Discharge
(模拟金属器械或工具，含垂直/水平感应耦合放电)
Air Discharge (模拟人体)
1 ±2KV ±2KV
2 ±4KV ±4KV
3 ±6KV ±8KV 4
±8KV
±15KV
System ESD 测试的条件
System ESD测试之等效电路
System ESD测试之波形
CDM/FIM 组件充电模式
(CDM)此放电模式是指IC 先因磨擦或其它因素而在IC 内部累积了静电，但在静电累积的过程中IC 并未被损伤。

此带有静电的IC 在处理过程中，当其pin 去碰触到接地面时，IC 内部的静电便会经由pin 自IC 内部流出来而造成了放电的现象。

半导体 IC ESD
HBM MM CDM Acceptable ± 2kV ± 200V ± 500V Safe
(by request) ± 4kV
± 400V
± 1kV
目前工业界认定一般商用IC 必须通过 ESD 组件敏感等级为HBM 测试要达± 2 kV 以上, MM 测试要达± 200 V 以上, CDM 测试要达±1 kV 以上。

在IC 的制造和使用过程中，人体和机械与 IC 接触的机会最多，由人体静电和机械静电损伤造成 IC 失效的比例也最大，所以在实际应用中工业界则大多采用 HBM 和 MM 模式来标注 IC 的静电等级。

IC 自IC 管中滑出后管中滑出后，，带电的IC 脚接触接到地面而形成放到地面而形成放电电现象现象。

IC 自IC 管中滑出后管中滑出后，，IC 脚朝上脚朝上，，但经由接地的金属工具而放电
MM 机器静电放电模式
(MM)由于机器接地不良，在机器做电气性或机械性动作时，因电场变化或机械摩擦在机器内部产生静电荷，当IC曝露在机器内时，可能因感应或接触造成静电流入IC，在短短10nS内损及IC。

HBM 人体静电放电模式
模拟由站立的个人之手指尖端放电至IC组件的现象
(HBM)的ESD是指因人体在地上走动磨擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去碰触到IC 时，人体上的静电便会经由IC的脚(pin)而进入IC内，再经由IC放电到地去，如图所示。

此放电的过程会在短到几百毫微秒(ns)的时间内产生数安培的瞬间放电电流，此电流会把IC内的组件给烧毁。

ESD Damage 发生原因
静电放电测试失效的判定
失效的判定
半导体IC 静电放电测试
静电放电的测试中，必须要判断IC 本身是否已遭到ESD 破坏,才能决定是否继续后续做测试，通常对IC 是否已被ESD 破坏失效会有下列几种判定方式.：
1. 绝对泄漏电流判定方式：
IC pin 受到ESD 破坏会造成泄漏电流( Leakage current )，若漏电流大于1uA 或10uA 则可判定IC 失效，泄漏电流会随着所加的偏压大小而增加。

2. I/V 飘移判定方式：
IC 被ESD 破坏后，从IC 输入或输出脚看进的I/V 曲线会产生偏移量，I/V 曲线偏移量如果大于10%、20% 或30%，则可判定IC 受到ESD 破坏而失效。

3. IC功能观测方式：
就是以完整未经过ESD 测试的IC 做功能上的比对，如果受测过ESD 的IC 已经无法如未经测试ESD 的IC功能，则可判定受测IC 已受到ESD 测试所破坏失效。

综观上述，IC 的ESD 的测试有不同的测试模式以及不同认定的失效标准，所以不同的IC 失效判定法则及不同的测试模式下，所测出的ESD 临界电压点将会有所认定上的差异.故一般IC 半导体对于ESD 的受测结果必须标注在何种测试模式下及何种判定失效方式，以求得与各厂家的认定标准一致性.这样测试出的ESD 耐受性才会俱有真实的意义。

静电放电故障临界电压点
半导体IC 的静电放电测试，最主要是要找出半导体IC 对于ESD 破坏的最高容许程度，藉以辅助电子产品提升对于ESD 的破坏的承受能力。

但是很重要的一个认知，IC 半导体本身对ESD 的抗御能力提升,并不能完全代表电子产品就可以完全通过任一电子产品的静电放电测试规范，因为电子产品的静电放电承受能力，除了IC 半导体静电抗御力外，还需要外围电路组件、PCB Layout 、外在机构…等重要抗ESD 因素配合，才能让电子产品毫无问题的通过电子产品ESD 测试规格，以提高电子产品的品质。

在半导体IC 中可以抵抗静电放电最高的容许值，我们称为静电放电故障临界电压点(ESD failure threshold)。

IC EOS damage 防制
EOS可能产生原因：
1. 测试电压或电流超过datasheet所定之最大值。

2. 测试电压不稳造成Over-voltage(过高电压) 或Over-current (过高电流)
3. NOISE导致IC Latch up。

4. 测试时IC方向误放。

为防止EOS现象发生，而导致大电流与大电压Damage IC。

建议采用如下措施：
1. 测试电压与测试电流都不应超过datasheet的最大值。

2. 应保持测试时电压稳定，避免产生Transient voltage偏压而Damage IC。

3. 各站测试治具应做如下要求：
a. 于测试治具上，在所有input pad至VSS的路径上，加3.3v Zener diode做稳压保护
b.于测试治具上，在所有output pad至VDD的路径上，加diode做保护。

c.于测试治具上，将接触VSS pin之探针加长，使得测试时保证VSS pad必先接地。

d.避免火线测试，在放上PCB前请先power off，放妥PCB后，再power on进行测试；而测试完后先power off再将PCB取下。

4. 注意生产作业管制(机台，焊烙铁是否漏电)。

5. 防止IC测试时脚位误放。

EOS & ESD
EOS主要特征：
定义：为一受较长时间(~ms) 、较高电压及大电流所damage的事件。

时机：当电压或电流超过datasheet所定之最大值时易造成产品物性damage。

现象：
(a)电性：一般会使得产品造成金属short 、leakage or function fail。

(b)物性：使用较低倍显微镜(OM100X)即可发现这种damage ，常发生于上表面的护层(passivation)至金属界面。

(c)所有EOS damaged位置易出现褪色的物性(Discoloration)，由于金属已被烧毁。

ESD主要特征：
定义：此事件所发生的时间非常短(pico to nano(10-12~10-9)-sec，不超过200ns) 能量相当大(电流为安培-level)。

时机:人体放电模式, 机器放电模式, 组件充电模式, 电场感应模式.
现象：
(a)电性：一般会使得产品造成Leakage or function fail。

(b)物性：所造成的物性破坏为次表面(下层)damage.
(c)分析：必需经由漏电分析设备(如LC、EMMI、OBIRCH等)确认漏电位置，在以化学方式逐层
去除(Delayer)，再以高倍的电子显微镜(SEM)来分析。

半导体IC ESD HBM/MM 参考标准
HBM 其国际参考测试标准可参考下标准规范:
1. US MIL-STD-883G Method 3015.7 notice 8。

2. ESD ASSOCIATION STM5.1-2001。

3. JEDEC EIA/JESD22-A114-B。

4. Automotive Electronics Council AEC-Q100-002-REV-C。

5.大陆主要标准：GJB548A-96方法3015A。

MM其国际参考测试标准则可参考下标准规范：
JEDEC EIA/JESD22-A115-A.
1. 人体静电放电模式：
此放电的过程会在短短数ns 的时间内产生数 A 的瞬间放电电流，进而将IC 内的电路烧毁。

对一般组件可耐受的HBM 2 KV 来说，在2~10 ns 的时间内，瞬间电流峰值可达1.33 A。

2. 机械静电放电模式
当MM发生时皆为金属对金属的接触，因此接触电阻微乎其微。

而且一般机器设备的电容皆远大于人体，因此可以储存更多的静电荷，所以不但造成放电的速度很快，放电电流也较HBM大了数倍，在几十毫微秒之内会有数安培的瞬间放电电流产生，因此机器放电模型对IC造成的破坏更大。

由于电感效应的影响，MM放电时将以正负电流振荡的型式影响产品，因此造成的破坏将更加严重。

半导体IC 组件的静电放电测试模式
半导体IC 组件的静电放电测试模式可区分分类为四项：
1. 人体静电放电模式( Human Body Model：HBM )，是模拟人体因走动或其它因素而在人体上累
积静电后，再去碰触到IC。

人体上的静电便会经由碰触的脚位而进入IC 内，若IC 有一端接地而形成放电路径时，电荷便会经由接地脚位放电。

2). 机械静电放电模式(Machine Model：MM )，为日本在70 年代依据人体静电放电模式发展出来
的一种模拟机械接触的放电模式。

主要定义为人工机械手臂或测试夹具金属端接触到IC 所产生的高电压高电流放电而造成IC 破坏。

3). 组件充电模式(Charged-Device Model：CDM)，是指IC 先因磨擦或感应等因素而在IC 内
部累积了静电，但在静电慢慢累积的过程中IC 并未被损伤。

此带有静电的IC 在作业过程当中，当其任一接脚碰触到接地导体时，IC 内部的静电便会经由接脚流出而造成放电现象。

4). 电场感应模式(Field-Induced Model：FIM )，FIM模式的静电放电发生是因电场感应而起的.当
IC 因输送带或其它因素而经过一电场时，其相对极性的电荷可能会自一些IC 脚而排放掉，等IC 通过电场之后。

IC 本身便累积了静电荷，此静电荷会以类似CDM 的模式放电出来。

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