ESD静电防护(B版)
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表面電阻率至少為1x10*5 /square且小於1x10*12 /square，或其體積電阻率至 少為1x10*4 -cm且小於1x10*11 -cm的材料。
抗靜電材料(Anti-static material)：
-能抑制磨擦生電的材料
-能抑制磨擦生電至200V以下的材料(EIA-625)
AMBIT Microsystems Corporation
感應及傳導生電
感應生電
+ + + + + + + + + + + + ++ -+ + + + + + + + + ++ -+ -
-
傳導生電
++ + + + + + + ++ -+ + + + + + + + +
+
+
+
+ + + + + +
鋼 木 橡膠 金 多元脂 聚胺脂 聚乙烯 聚丙烯 乙烯基 矽 鐵弗龍
﹝Air﹞ ﹝Hands﹞ ﹝Glass﹞ ﹝Hair﹞ ﹝Quartz﹞ ﹝Nylon﹞ ﹝Wool﹞ ﹝Silk﹞ ﹝Aluminum﹞ ﹝Paper﹞ ﹝Cotton﹞
↓負[Negative]
CDM Event的來源
- 測試機台 - 自動插件 - IC的包裝(tube)
AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Charged Device Model
1KV CDM(4 pF) 10.0 2KV HBM(0 ) 5.0
△Q I= △t 充電時， △t很長 →電流很小 →不易造成破壞
+
+
+ +
+
+
AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Human Body Model
模擬由站立個人之手指尖端放電至元件的現象
I peak =1.33 A(for 2 KV) Rise time=2~10 ns
1.5 Kohms Ips
High Voltage Supply
Approximately 500 NanroHenry
Current in amperes
I peak =1.33 A(for 2 KV) Rise time=2~10 ns
8.0 4.0 0.0 -4.0 -8.0
Leabharlann Baidu
Ip1 T pm
High Voltage Supply
Device under Test
AMBIT Microsystems Corporation
ESD防護工作站
一個ESD防護工作站應該有以下特點: A. 由靜電耗散材料制成的清潔的工作臺面(表面阻抗: 正面 106Ω~109Ω;反面≦104Ω),且接地狀況良好(接地電阻: 106Ω+/-10%) B. 在地下有導電性或耗散性的地板或墊子 C. 沒有不必要的靜電產生器. D. 電子組裝設備要用合適的三相插頭接地. E. 各工作站有配置ESD地線(地線要求≧1.25mm2),且不小於2個 ESD接插口.在ESD防護工作站所有的圖紙,規範,組裝/工作指導 書,要與沒有保護的ESD敏感元件隔離.文件要有防靜電的封套/文 件夾才可以與ESD敏感元件接觸.
wafer processing,packaging,testing,board assembly,
transportation,in the field。
AMBIT Microsystems Corporation
靜電防制專有名詞介紹
表面電阻(Surface resistance): 以二個被定義形狀的電極放置在一表面上，加以一直流電 壓(V)，並量測其通過之電流值(I)，再計算出電阻值(R)， 其單位為歐姆()。 表面電阻率(Surface resistivity): 均一材料的單位面積表面電阻，其單位為/square，表面 電阻率與表面電阻間通常存在一比例，該比例與量測電極 之幾何形狀有關。 體積電阻率(Volume resistivity): 即電阻率或稱電阻係數，其單位為-cm)。
T3 T0 T1 T2
200 Picofarads
Ip2
模擬機器等效電容/電感
0.0
40.0
80.0
120.0
160.0
Time in Nanoseconds
AMBIT Microsystems Corporation
HBM與MM波形的比較
MM的電容值較HBM大 →儲存的電荷較多 R很小 →電流較大，速度較快
摩擦生電的影響
↑正[Positive] 空氣 ﹝Air﹞ 人手 ﹝Hands﹞ 玻璃 ﹝Glass﹞ 毛髮 ﹝Hair﹞ 石英 ﹝Quartz﹞ 尼龍 ﹝Nylon﹞ 羊毛 ﹝Wool﹞ 絲綢 ﹝Silk﹞ 鋁 ﹝Aluminum﹞ 紙 ﹝Paper﹞ 棉 ﹝Cotton﹞
AMBIT Microsystems Corporation
相對濕度對於物體表面電阻的影響
At : 25℃+5℃
V : Anti-static (Vinyl) 材料製品
F : Anti-static (nylon) 材料製品 C : 紙類製品
RH %
AMBIT Microsystems Corporation
Material〝B〞 -3
+3
Net= +1
+3
Net= -1
+3
Net= 0
+3
Net= 0
AMBIT Microsystems Corporation
摩擦生電
鞋底
+ + + -- 地毯纖維
絕緣地毯 大地
AMBIT Microsystems Corporation
影響摩擦生電的因素
相對(溫)濕度
Note:1.靜電僅存在於物體表面!
靜電產生的主因: 物質表面經由某種過程[如剝離、磨擦、感應……..]而 失去電子或得到電子，使帶靜止的電荷謂之靜電
AMBIT Microsystems Corporation
剝離生電
分 離
Material〝A〞 -2
Material〝B〞 -4
-
-
Material〝A〞 -3
I (A)
0.0 -5.0 200V MM(0 ) -10.0
0
10
20
30
time (ns)
40
50
Capacitance of device
device
Current Pulse
AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Charged Device Model
AMBIT Microsystems Corporation
人體靜電防護
A. 所有進入廠區ESD防護區域之人員均需穿好防靜電衣與防靜電鞋 B. 凡需接觸ESD敏感元件,半成品(含SI上蓋組裝前所有半成品) / 成 品(PCBA)之人員,均需配備/使用防靜電衣、防靜電鞋、防靜電帽、 防靜電手套與防靜電手環 (在特殊情況下也應滿足使用防靜電衣、 防靜電鞋與防靜電手環之最低要求) C. 防靜電鞋內不得墊鞋墊,任何人在進行電子零件, 半成品組裝/維 修時,雙腳不得同時離地架空,以免影響防靜電鞋之效果(原則上應 踩在防靜電地板上). D. 將防靜電手環套在手腕上,用扣件將手腕帶扣緊,使其金屬部件直 接和皮膚接觸,並且必須將防靜電手環之接地夾接至ESD地(通常 通過ESD工作臺面),當ESD防護區空氣或人體皮膚太干燥時,帶防 靜電手環處皮膚需擦拭適量保濕劑(一般在防靜電手環檢測不通 過時才需要) E .所有人員之頭髮露出防靜電帽之長度不得超過10cm( 長頭髮可卷 入防靜電帽或防靜電衣內)
1.1 ns內電流可上升至15A。 2.高頻時，電容機乎可視為短路。因此CDM電流會由Gate oxide (閘極氧化層)放電 3.Die size較大的元件→CDM越嚴重 -電容較大→儲存電荷越多 -製程越先進→Gate oxide越薄
AMBIT Microsystems Corporation
電子元件之ESD故障之構因
AMBIT Microsystems Corporation
ESD敏感元件的倉儲和周轉
A. ESD敏感元件在備料/發料時用原始的包裝或者靜電屏蔽箱. B. 制程ESD敏感零件(良品/不良品)批退時需依原包裝方式或使用 ESD屏蔽袋包裝. C. 所有部門/工站產生/發現之不良ESD敏感零件,都必須有ESD防護 (如使用防ESD之盒子或ESD屏蔽袋包裝). D.在轉移到其他區域或不同樓層, ESD敏感零件及PCBA應用原始的包裝箱或用ESD防 護箱或靜電包裝袋包裝才能周轉. E. 所有ESD敏感元件之備料/發料與暫存車架均需有一條金屬鏈條 將車架連接至ESD地面.
200V MM 4.0 2KV HBM 2.0
Q=CV
I (A)
0.0
-2.0
-4.0
0
50
100
time (ns)
150
200
250
AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Charged Device Model
現代自動化組裝之製造環境中最重要的ESD模型
- 觀念簡單，再生困難 - 速度快，難保護
-抗靜電材料並不須要量測其表面電阻率或體積電阻率來決定其特性
AMBIT Microsystems Corporation
靜電防制材料特性定義(二)
絕緣材料(Insulating material)：
表面電阻率大於，1x10*12 /square或其體積電阻率大於1x10*11 -cm的材料。
靜電屏蔽材料(Static shielding material)：
Device under Test
100 Picofarads
36.8%
模擬人體等效電容/電阻
100 Nanoseconds per division
td
AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Machine Model
70年代，日本人認為HBM不足以代表worst-case而提出，適用於自動 組裝之製造環境
AMBIT Microsystems Corporation
靜電防制材料特性定義(一)
ESD ADV1.0-1994
導電材料 (Conductive material):
表面電阻率小於1x10*5 /square，或其體積電阻率小於 1x10*4 -cm的材料 。 5
靜電消散材料(Static dissipative material):
可防止元件遭受外界的靜電場破壞的一種防護屏障(EIA-625)。
AMBIT Microsystems Corporation
靜電電荷的消除原理
1.接地﹕將導體材料接通大地﹐把靜電電荷傳導到大地。
2.離子中和﹕用離子發生設備產生離子﹐中和物體表面所帶靜電荷。
3.屏蔽﹕用高導電性材料做成屏蔽層﹐使ESD敏感裝置不受外界靜電場損壞。
功率相關：熱崩潰，金屬熔融...
電壓相關：介電質崩潰，表面崩潰...
潛在性故障：功能惡劣...
AMBIT Microsystems Corporation
ESD的影響
ESD事件會產生局部高溫或電位差，造成半導 體元件的損壞。 在許多情況下，破壞電壓的臨界值很低。 可能發生在製程中或使用中的任何階段，如
物質材料
接觸面積
摩擦頻率
AMBIT Microsystems Corporation
相對濕度對於物體表面ESD電壓的影響
溫度：21℃ 靜 電 之 產 生 在乙烯基材質的地板走動 在人造地毯上走動 坐離發泡椅墊 拿起聚乙烯塑膠袋 在地上滑動苯乙烯材料的箱子 移除 PC 板上的 Mylar 膠帶 PC 板上的收縮膜 作動真空吸錫器 噴電路冷凝噴霧劑 靜 電 壓 (kV) 相對濕度 20% 相對濕度 80% 12 0.25 35 1.5 18 1.5 20 0.6 18 1.5 12 1.5 16 3 8 1 15 5
ESD靜電防護訓練 手冊
內容大綱: 1.靜電放電名詞解釋與簡介 2.ESD的影響 3.ESD模型介紹 4.靜電防制的基本法則 5.靜電防制專有名詞介紹 6. 一般工廠的ESD防護措施 7.靜電防制標誌介紹
AMBIT Microsystems Corporation
Electrostatic generating 靜電之產生
AMBIT Microsystems Corporation
Electrostatic generating 靜電之產生
AMBIT Microsystems Corporation
電荷靜電放電
Electrostatic Discharge
電流過負荷 v.s.
Electrical Over-Stress
抗靜電材料(Anti-static material)：
-能抑制磨擦生電的材料
-能抑制磨擦生電至200V以下的材料(EIA-625)
AMBIT Microsystems Corporation
感應及傳導生電
感應生電
+ + + + + + + + + + + + ++ -+ + + + + + + + + ++ -+ -
-
傳導生電
++ + + + + + + ++ -+ + + + + + + + +
+
+
+
+ + + + + +
鋼 木 橡膠 金 多元脂 聚胺脂 聚乙烯 聚丙烯 乙烯基 矽 鐵弗龍
﹝Air﹞ ﹝Hands﹞ ﹝Glass﹞ ﹝Hair﹞ ﹝Quartz﹞ ﹝Nylon﹞ ﹝Wool﹞ ﹝Silk﹞ ﹝Aluminum﹞ ﹝Paper﹞ ﹝Cotton﹞
↓負[Negative]
CDM Event的來源
- 測試機台 - 自動插件 - IC的包裝(tube)
AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Charged Device Model
1KV CDM(4 pF) 10.0 2KV HBM(0 ) 5.0
△Q I= △t 充電時， △t很長 →電流很小 →不易造成破壞
+
+
+ +
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AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Human Body Model
模擬由站立個人之手指尖端放電至元件的現象
I peak =1.33 A(for 2 KV) Rise time=2~10 ns
1.5 Kohms Ips
High Voltage Supply
Approximately 500 NanroHenry
Current in amperes
I peak =1.33 A(for 2 KV) Rise time=2~10 ns
8.0 4.0 0.0 -4.0 -8.0
Leabharlann Baidu
Ip1 T pm
High Voltage Supply
Device under Test
AMBIT Microsystems Corporation
ESD防護工作站
一個ESD防護工作站應該有以下特點: A. 由靜電耗散材料制成的清潔的工作臺面(表面阻抗: 正面 106Ω~109Ω;反面≦104Ω),且接地狀況良好(接地電阻: 106Ω+/-10%) B. 在地下有導電性或耗散性的地板或墊子 C. 沒有不必要的靜電產生器. D. 電子組裝設備要用合適的三相插頭接地. E. 各工作站有配置ESD地線(地線要求≧1.25mm2),且不小於2個 ESD接插口.在ESD防護工作站所有的圖紙,規範,組裝/工作指導 書,要與沒有保護的ESD敏感元件隔離.文件要有防靜電的封套/文 件夾才可以與ESD敏感元件接觸.
wafer processing,packaging,testing,board assembly,
transportation,in the field。
AMBIT Microsystems Corporation
靜電防制專有名詞介紹
表面電阻(Surface resistance): 以二個被定義形狀的電極放置在一表面上，加以一直流電 壓(V)，並量測其通過之電流值(I)，再計算出電阻值(R)， 其單位為歐姆()。 表面電阻率(Surface resistivity): 均一材料的單位面積表面電阻，其單位為/square，表面 電阻率與表面電阻間通常存在一比例，該比例與量測電極 之幾何形狀有關。 體積電阻率(Volume resistivity): 即電阻率或稱電阻係數，其單位為-cm)。
T3 T0 T1 T2
200 Picofarads
Ip2
模擬機器等效電容/電感
0.0
40.0
80.0
120.0
160.0
Time in Nanoseconds
AMBIT Microsystems Corporation
HBM與MM波形的比較
MM的電容值較HBM大 →儲存的電荷較多 R很小 →電流較大，速度較快
摩擦生電的影響
↑正[Positive] 空氣 ﹝Air﹞ 人手 ﹝Hands﹞ 玻璃 ﹝Glass﹞ 毛髮 ﹝Hair﹞ 石英 ﹝Quartz﹞ 尼龍 ﹝Nylon﹞ 羊毛 ﹝Wool﹞ 絲綢 ﹝Silk﹞ 鋁 ﹝Aluminum﹞ 紙 ﹝Paper﹞ 棉 ﹝Cotton﹞
AMBIT Microsystems Corporation
相對濕度對於物體表面電阻的影響
At : 25℃+5℃
V : Anti-static (Vinyl) 材料製品
F : Anti-static (nylon) 材料製品 C : 紙類製品
RH %
AMBIT Microsystems Corporation
Material〝B〞 -3
+3
Net= +1
+3
Net= -1
+3
Net= 0
+3
Net= 0
AMBIT Microsystems Corporation
摩擦生電
鞋底
+ + + -- 地毯纖維
絕緣地毯 大地
AMBIT Microsystems Corporation
影響摩擦生電的因素
相對(溫)濕度
Note:1.靜電僅存在於物體表面!
靜電產生的主因: 物質表面經由某種過程[如剝離、磨擦、感應……..]而 失去電子或得到電子，使帶靜止的電荷謂之靜電
AMBIT Microsystems Corporation
剝離生電
分 離
Material〝A〞 -2
Material〝B〞 -4
-
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Material〝A〞 -3
I (A)
0.0 -5.0 200V MM(0 ) -10.0
0
10
20
30
time (ns)
40
50
Capacitance of device
device
Current Pulse
AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Charged Device Model
AMBIT Microsystems Corporation
人體靜電防護
A. 所有進入廠區ESD防護區域之人員均需穿好防靜電衣與防靜電鞋 B. 凡需接觸ESD敏感元件,半成品(含SI上蓋組裝前所有半成品) / 成 品(PCBA)之人員,均需配備/使用防靜電衣、防靜電鞋、防靜電帽、 防靜電手套與防靜電手環 (在特殊情況下也應滿足使用防靜電衣、 防靜電鞋與防靜電手環之最低要求) C. 防靜電鞋內不得墊鞋墊,任何人在進行電子零件, 半成品組裝/維 修時,雙腳不得同時離地架空,以免影響防靜電鞋之效果(原則上應 踩在防靜電地板上). D. 將防靜電手環套在手腕上,用扣件將手腕帶扣緊,使其金屬部件直 接和皮膚接觸,並且必須將防靜電手環之接地夾接至ESD地(通常 通過ESD工作臺面),當ESD防護區空氣或人體皮膚太干燥時,帶防 靜電手環處皮膚需擦拭適量保濕劑(一般在防靜電手環檢測不通 過時才需要) E .所有人員之頭髮露出防靜電帽之長度不得超過10cm( 長頭髮可卷 入防靜電帽或防靜電衣內)
1.1 ns內電流可上升至15A。 2.高頻時，電容機乎可視為短路。因此CDM電流會由Gate oxide (閘極氧化層)放電 3.Die size較大的元件→CDM越嚴重 -電容較大→儲存電荷越多 -製程越先進→Gate oxide越薄
AMBIT Microsystems Corporation
電子元件之ESD故障之構因
AMBIT Microsystems Corporation
ESD敏感元件的倉儲和周轉
A. ESD敏感元件在備料/發料時用原始的包裝或者靜電屏蔽箱. B. 制程ESD敏感零件(良品/不良品)批退時需依原包裝方式或使用 ESD屏蔽袋包裝. C. 所有部門/工站產生/發現之不良ESD敏感零件,都必須有ESD防護 (如使用防ESD之盒子或ESD屏蔽袋包裝). D.在轉移到其他區域或不同樓層, ESD敏感零件及PCBA應用原始的包裝箱或用ESD防 護箱或靜電包裝袋包裝才能周轉. E. 所有ESD敏感元件之備料/發料與暫存車架均需有一條金屬鏈條 將車架連接至ESD地面.
200V MM 4.0 2KV HBM 2.0
Q=CV
I (A)
0.0
-2.0
-4.0
0
50
100
time (ns)
150
200
250
AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Charged Device Model
現代自動化組裝之製造環境中最重要的ESD模型
- 觀念簡單，再生困難 - 速度快，難保護
-抗靜電材料並不須要量測其表面電阻率或體積電阻率來決定其特性
AMBIT Microsystems Corporation
靜電防制材料特性定義(二)
絕緣材料(Insulating material)：
表面電阻率大於，1x10*12 /square或其體積電阻率大於1x10*11 -cm的材料。
靜電屏蔽材料(Static shielding material)：
Device under Test
100 Picofarads
36.8%
模擬人體等效電容/電阻
100 Nanoseconds per division
td
AMBIT Microsystems Corporation
ESD三模型 Machine Model
70年代，日本人認為HBM不足以代表worst-case而提出，適用於自動 組裝之製造環境
AMBIT Microsystems Corporation
靜電防制材料特性定義(一)
ESD ADV1.0-1994
導電材料 (Conductive material):
表面電阻率小於1x10*5 /square，或其體積電阻率小於 1x10*4 -cm的材料 。 5
靜電消散材料(Static dissipative material):
可防止元件遭受外界的靜電場破壞的一種防護屏障(EIA-625)。
AMBIT Microsystems Corporation
靜電電荷的消除原理
1.接地﹕將導體材料接通大地﹐把靜電電荷傳導到大地。
2.離子中和﹕用離子發生設備產生離子﹐中和物體表面所帶靜電荷。
3.屏蔽﹕用高導電性材料做成屏蔽層﹐使ESD敏感裝置不受外界靜電場損壞。
功率相關：熱崩潰，金屬熔融...
電壓相關：介電質崩潰，表面崩潰...
潛在性故障：功能惡劣...
AMBIT Microsystems Corporation
ESD的影響
ESD事件會產生局部高溫或電位差，造成半導 體元件的損壞。 在許多情況下，破壞電壓的臨界值很低。 可能發生在製程中或使用中的任何階段，如
物質材料
接觸面積
摩擦頻率
AMBIT Microsystems Corporation
相對濕度對於物體表面ESD電壓的影響
溫度：21℃ 靜 電 之 產 生 在乙烯基材質的地板走動 在人造地毯上走動 坐離發泡椅墊 拿起聚乙烯塑膠袋 在地上滑動苯乙烯材料的箱子 移除 PC 板上的 Mylar 膠帶 PC 板上的收縮膜 作動真空吸錫器 噴電路冷凝噴霧劑 靜 電 壓 (kV) 相對濕度 20% 相對濕度 80% 12 0.25 35 1.5 18 1.5 20 0.6 18 1.5 12 1.5 16 3 8 1 15 5
ESD靜電防護訓練 手冊
內容大綱: 1.靜電放電名詞解釋與簡介 2.ESD的影響 3.ESD模型介紹 4.靜電防制的基本法則 5.靜電防制專有名詞介紹 6. 一般工廠的ESD防護措施 7.靜電防制標誌介紹
AMBIT Microsystems Corporation
Electrostatic generating 靜電之產生
AMBIT Microsystems Corporation
Electrostatic generating 靜電之產生
AMBIT Microsystems Corporation
電荷靜電放電
Electrostatic Discharge
電流過負荷 v.s.
Electrical Over-Stress