ESD防护的原理及应用

• 电子业为何必须做ESD防护？ 电子业为何必须做ESD防护？ ESD防护
• 静电防护不只是为了品质，不只是为了良率，不只是为了人员安 静电防护不只是为了品质，不只是为了良率， 全，不只 是为了应付客户稽核， 是为了应付客户稽核，更为了量产时的风险管理和公司的整体的 品牌形 说白了，就是赚取更大的利润。 象，说白了，就是赚取更大的利润。
– 在环境中的所有导体，包括人员，必须绑接或电气地连接并且附 在环境中的所有导体，包括人员， 接至一个明确的接地或一个特别设计的接地（虚拟接地）； 接至一个明确的接地或一个特别设计的接地（虚拟接地）； – 环境中必要的非导体不能因附接至接地而消除其上的静电荷，离 环境中必要的非导体不能因附接至接地而消除其上的静电荷， 子化系统可提供这些必要的非导体上面的电荷的中和； 子化系统可提供这些必要的非导体上面的电荷的中和； – 在静电防护区之外ESD敏感物品的运送都需要静电保护材料的包装。 在静电防护区之外ESD敏感物品的运送都需要静电保护材料的包装。 ESD敏感物品的运送都需要静电保护材料的包装
ESD之三种模式
• 人体模式（HBM: Human Body Model） Model） 人体模式（ 由指尖放电至静电敏感物.人体活动时, 由指尖放电至静电敏感物.人体活动时,与衣服摩擦产生 静电,当静电得不到及时有效宣泄, 静电,当静电得不到及时有效宣泄,在拿取静电敏感物时 就会由指尖放电至敏感物, 就会由指尖放电至敏感物,微電子器件的主要破壞都是 由此型式造成的 造成的. 由此型式造成的. • 机器模式(MM: Machine Model) 机器模式(MM: 带电导体放电至静电敏感物.快速的能量传遁, 带电导体放电至静电敏感物.快速的能量传遁,没有串联 电阻而直接进入待测元器件,对其造成伤害, 电阻而直接进入待测元器件,对其造成伤害,此模式近似 一个电压源. 一个电压源. • 充电装置模式(CDM: Charge Device Model) 充电装置模式(CDM: 静电敏感物放电至周围物件.元器件本身已经带电, 静电敏感物放电至周围物件.元器件本身已经带电,当它 接触到不同电位的金属表面而出现快速的放电. 接触到不同电位的金属表面而出现快速的放电.
如何进行有效的静电防护?
• 依照国际规范,制定一套适合自己的静电防护计 依照国际规范, 划 • 制定务实的实施步骤与时程 • 投入所须的资源(可依预算分阶段) 投入所须的资源(可依预算分阶段) • 从一开始便须将所有相关人员动员起来 • 必须确实做好静电防护计划的执行,尤其是自我 必须确实做好静电防护计划的执行, 稽核 • 随时跟上国际规范的脚步
• 依据军事单位与商业组织多年的经验编撰 • 参考文献包括美国ESD协会、美国军方及ANSI对材料 参考文献包括美国ESD协会、美国军方及ANSI对材料 ESD协会 ANSI 特性与测试 • 方法所认可的规范 • 形成S20.20基础的基本ESD防护准则如下： 形成S20.20基础的基本ESD防护准则如下： S20.20基础的基本ESD防护准则如下
静电源-人员
• 人员 人员的移动导致电位的改变
当人员坐下时电位最小， 当人员坐下时电位最小，变化幅度也最小
为什么要做ESD防护
• 制造业为何要做ESD控制？ 制造业为何要做ESD控制？ ESD控制
– – – – – – 避免灰尘吸附； 避免灰尘吸附； 减低元件被破坏； 减低元件被破坏； 减少产品失效或运作不稳定； 减少产品失效或运作不稳定； 避免人员受伤； 避免人员受伤； 预防火灾或爆炸发生； 预防火灾或爆炸发生； 每年因静电不当释放所造成的损失高达数十亿美金以上； 每年因静电不当释放所造成的损失高达数十亿美金以上；
ESD防护的原理及应用
•ESD的概念 的概念 •ESD之三种模式 之三种模式 •静电的概念 静电的概念 •静电的危害 静电的危害 •静电的影响因素 静电的影响因素 •静电源 静电源 •为什么要做 为什么要做ESD防护 为什么要做 防护 •静电防护有关专有名词和符号 静电防护有关专有名词和符号 •如何进行有效的静电防护 如何进行有效的静电防护? 如何进行有效的静电防护 •如何进行有效的静电防护 如何进行有效的静电防护? 如何进行有效的静电防护 •ANSI/ESD S20.20之摘要 之摘要 •ANSI/ESD S20.20之建议 之建议 •ANSI/ESD S20.20之要求 之要求 •离子化静电消除 离子化静电消除 •ESD防护之注意事项 防护之注意事项
静电防护有关专有名词和符号
• • • • • 静电安全的（ESD-Safe） 静电安全的（ESD-Safe）:本身很难产生静电的材质 静电消散的（ESD-Dissipative） 静电消散的（ESD-Dissipative）:可以适当速度宣泄静电的材质 静电防护区（E.P.A):明确标示且有执行适当静电防护的区域 静电防护区（E.P.A):明确标示且有执行适当静电防护的区域 共同接地点(C.G.P): (C.G.P):静电防护区中一个大家共同的接地点 共同接地点(C.G.P):静电防护区中一个大家共同的接地点 ANSI/ESD S20.20:美国标准静电防护规范(American National 美国标准静电防护规范 美国标准静电防护规范( Standards Institute) • IEC-61340:欧洲标准静电防护规范 欧洲标准静电防护规范
– 静电是无所不在的（就象细菌），只是程度不同； 静电是无所不在的（就象细菌），只是程度不同； ），只是程度不同 – 静电放电是微电子元件防不胜防的敌人； 静电放电是微电子元件防不胜防的敌人； – 依据美பைடு நூலகம்、欧洲及小日本电子产品制造商的实际经验，如果在产品组 依据美国、欧洲及小日本电子产品制造商的实际经验， 立封装过 – 程或处理零件时，实施了严格的静电防护，成品良率一定显著提高； 程或处理零件时，实施了严格的静电防护，成品良率一定显著提高； – 静电放电将产品变成半不良品（90%），使得产品在客户手中产生严 静电放电将产品变成半不良品（90%）， ），使得产品在客户手中产生严 重的可 – 靠性问题或”突然故障”的巨大灾难； 靠性问题或”突然故障”的巨大灾难； – 静电还会导致ESA、EMI。 静电还会导致ESA EMI。 ESA、
静电的影响因素
• 湿度 大约40%R.H.或更低湿度, 40%R.H.或更低湿度 大约40%R.H.或更低湿度,便容易形成严重静电 问题
静电源
• • • 人员：坐立、 人员：坐立、移动 工作台面：磨光、油漆、 工作台面：磨光、油漆、上蜡 地板：塑胶地板、地毯 地板：塑胶地板、
： 30% 对湿度 对湿度
静电的概念
• 物质表面的正/负电荷分离所产生的电位。 物质表面的正/负电荷分离所产生的电位。 物质分为导电体、半导体、绝缘体三种， 物质分为导电体、半导体、绝缘体三种，这三 中物质都会因摩擦及空气中相对湿度的不同而 产生不同程度的静电。 产生不同程度的静电。
静电的危害
• 静电影响产品的良率和品质! 静电影响产品的良率和品质! 谁希望被闪电打中?当然,电子元件也不希望! 谁希望被闪电打中?当然,电子元件也不希望! 半导体被破坏59%是由静电引致的!ESD 59%是由静电引致的!ESD的最大伤害不 半导体被破坏59%是由静电引致的!ESD的最大伤害不 是立即将产品打坏(10%完全失去功能), (10%完全失去功能),而是将产品变 是立即将产品打坏(10%完全失去功能),而是将产品变 危险良品”的半不良品(90%间歇性失去功能). (90%间歇性失去功能 成”危险良品”的半不良品(90%间歇性失去功能). • 静电导致ESA (Electrostatic Attraction)、EMI 静电导致ESA Attraction)、 Interference)致命现象 致命现象! (Electromagnetic Interference)致命现象! Room最怕的是ESA导致的表面污染物 最怕的是ESA -Clean Room最怕的是ESA导致的表面污染物 (Contamination),一个 英寸晶圆负载1000V 一个4 1000V电荷 (Contamination),一个4英寸晶圆负载1000V电荷 ,1micron的微粒撞击可产生撞击力达830000磅 的微粒撞击可产生撞击力达830000 时,1micron的微粒撞击可产生撞击力达830000磅/平 方英寸或148公吨/平方公分, 148公吨 方英寸或148公吨/平方公分,远超过使晶圆受损的程 .(资料来源 资料来源: 度.(资料来源: 美国静电防护协会) 美国静电防护协会) 电流产生电磁场，它会干扰机器的正常运作！ -电流产生电磁场，它会干扰机器的正常运作！
– – – – 配合世界潮流,满足客户要求→定单 配合世界潮流,满足客户要求→ 确保工作场所符合适当的作业程序→ 确保工作场所符合适当的作业程序→良率 获取资讯,据以执行准确的稽核→ 获取资讯,据以执行准确的稽核→品保 完善品保制度,明订奖罚依据→ 完善品保制度,明订奖罚依据→内控
ANSI/ESD S20.20之摘要
• 此规范的目的是提供行政管理与技术的要求和指导， 此规范的目的是提供行政管理与技术的要求和指导， 以建立、 以建立、实 现并维持一套静电放电（ESD）防护计划。 现并维持一套静电放电（ESD）防护计划。 • 适用范围：制作、处理、组装、安装、封装、标示、 适用范围：制作、处理、组装、安装、封装、标示、 维修、 维修、 测 检测或其他类似处置电机或电子可能遭受在“ 试、检测或其他类似处置电机或电子可能遭受在“人 体模式” 体模式” HBM）下大于或等于100伏静电压所伤害的零件、 100伏静电压所伤害的零件 （HBM）下大于或等于100伏静电压所伤害的零件、组 合物及仪器 设备。 设备。
ANSI/ESD S20.20之建议
• 公司应该提供启始与后继的ESD警觉与预防训练给所 警觉与预防训练给所 公司应该提供启始与后继的 有处理或接触到任何ESD敏感物品的所有人员 敏感物品的所有人员; 有处理或接触到任何 敏感物品的所有人员 • 公司本身应该依据规范量身定做一套符合公司内部品 质管制要求的完全实现并整合的ESD防护方案 防护方案; 质管制要求的完全实现并整合的 防护方案 • 依据公司之 依据公司之ESD防护方案 举办正式的定期稽核或认证 防护方案,举办正式的定期稽核或认证 防护方案 举办正式的定期稽核或认证; • 除了内部稽核外 也应该进行外部稽核 即包括公司自己 除了内部稽核外,也应该进行外部稽核 也应该进行外部稽核(即包括公司自己 以及ESD敏感物的供应商 ； 敏感物的供应商)； 以及 敏感物的供应商 • 公司应使用接地 绑接系统来确保所有 公司应使用接地/绑接系统来确保所有 绑接系统来确保所有ESDS物品、人 物品、 物品 员及任何其他导体（即可移动之仪器设备） 员及任何其他导体（即可移动之仪器设备）都是处于 相同之电气电位，至少， 物品、 相同之电气电位，至少，ESDS物品、人员及其他相关 物品 导体都应绑接在一起或电气上互接一起。 导体都应绑接在一起或电气上互接一起。
ESD的概念
• ESD （Electro Static Discharge） Discharge） 静电放电：静电出现后， 静电放电：静电出现后，如果没有及时 宣泄或消除， 宣泄或消除，便可能因直接接触或感应 而产生放电，形成静电放电。 而产生放电，形成静电放电。 晚上脱衣服,有时会看到小小的电花; 晚上脱衣服,有时会看到小小的电花; 碰到金属或者人时,会有被电的感觉; 碰到金属或者人时,会有被电的感觉; 风雨交加的天空,时不时的出现的闪电; 风雨交加的天空,时不时的出现的闪电; 这都是静电放电现象,它无处不在, 这都是静电放电现象,它无处不在,有的可 以被我们看到或者感觉到, 以被我们看到或者感觉到,但有的静电放 电我们无法捕捉. 电我们无法捕捉.
测
• 椅子：木质、塑胶、纤维质 椅子：木质、塑胶、 • 设备：生产仪器、治具、产品本身 设备：生产仪器、治具、 • 其他：塑胶垫子、文件夹等任何可能产生摩擦的地方 其他：塑胶垫子、
静电源-人员
• 人员 人员的坐立导致电容改变 人身上静电位=人身上总静电荷/ 人身上静电位=人身上总静电荷/人身电容
电容越小，静电位就越大，危险就越大。 电容越小，静电位就越大，危险就越大。