ESD内部培训教材

ESD 造成的破坏
半导体是最容易受到静电破坏的器件 ...
常见的破坏有 : • 氧化层击穿 • 界面过热烧损
• 金属熔化
• 以上的混合模式
ESD 造成的破坏
Metallization burnout
静电破坏前
静电破坏后
ESD 对电子业造成的损失
其他
其他 EOS / ESD 30 ~ 50% EOS / ESD 60 ~ 75%
接触的程度、表面的均匀度、接触压力、磨 力、分离速度等因素都会影响到摩擦电压的 大小。 材料的不同摩擦电压不同。 环境温度湿度的不同对摩擦电压也有重大的 影响。湿度越小摩擦电压越大。
剥离带电
+ + +
+ + +
轮 子 皮 带
轴
物质原有的电荷平衡被打破，两边带上相反的电荷 同种物质的剥离和不同物质间的剥离都会产生静电
静电场屏蔽
基本原理： 屏蔽静电场 阻隔静电放电电流通 过敏感器件
做法： 静电屏蔽材料和屏蔽 容器的使用 绝缘材料和阻隔结构
湿度控制
基本原理： 增加湿度减少静电的 产生，降低摩擦电压
做法： 控制湿度在30～70%
材料选择和工艺控制避免产生静电
基本原理： 通过使用不产生或产生 静电小的材料，减少静 电 材料表面光洁，减少静 电 静电序列的应用
不干胶带、胶贴、传送带等都会因为剥离带电
断裂带电
物体断裂成后会通过传导带上相同的电荷
感应带电：
+ + + + + + + +
接近 静电传递
+
+
+ + + + +
+
接地 离开
+ + + + +
带电体产生电场，电场中的导体因电荷转移而带电
感应带电往往会让电子器件带电，从而造成损坏
工作场地容易产生静电的动作
人的活动 移动的设备 推车 传动带
工作场地中常见的静电源
• 工作台
• 椅子
漆, 腊面, 塑胶和乙烯树脂等。
玻璃纤维, 塑胶, 表面处理木料等。
• 地板
• 工作人员 • 包装 • 办公用品
表面处理木料, 腊面, 乙烯树脂等。
表面电阻率小于1x 105 Ω/square,或其体积电阻率小于 1x 104 Ω-CM
Static Dissipative Material静电耗散材 料：
表面电阻率1x 105 Ω/square——1x 1012 Ω/square,或 其体积电阻率1x 104 Ω-CM——1x 1011 Ω-CM
静电概念
ESD （Electrostatic Discharge， ESD）的中文含意：静电放电; 因为电子产品生产中静电放电是静电危 害最主要的部分，所以ESD成为静电 的防护代名词;
常见的静电放电现象
1) 雷电：电压高达数亿 伏； 2) 干燥环境下的静电电 击：电压可达数千伏； 3) 绝大多数的静电放电 是我们看不到的；
典型的工业静电放电特性
• 放电时间 数纳秒 ~ 数微秒 ( RC )
( 能够在短至 0.5 nsec 内放电 )
• 放电电流量 数安培 ( I = Q / t )
• 峰值功率 数 KW ( I or V )
• 产生的高频电场 1 MHz ~ 1 GHz di • 产生的电感电压 = L dt
EPA中的工作规范
操作敏感器件之前一定要戴好手腕带，并确保接好 接地后再进行操作。 外来人员需工作区人员同意才能进入工作区。进行 操作或检查前必须戴好手腕带，并接好地。 使用离子风机的工作台，必须先开离子风机再进行 操作，工作完毕后再关离子风机 桌面保持清洁，不必要的物品一律移出工作区 不可避免的绝缘材料放入屏蔽袋或远离敏感器件 30厘米以上 在填写记录区填写资料
中和（离子化）
基本原理： 电离空气产生正负离 子，中和静电电荷。
使用对象：绝缘体或 静电太大接地泄放太 慢的情况
做法： 离子风机、离子风枪、 离子棒
电阻控制
基本原理：通过电阻 控制，控制过强的静 电泄放或放电，同时 保证人体安全
做法： 静电耗散材料的使用 连接安全限流电阻
静电防护的基本原则
原则一：静电敏感器件打开包装的操作只能 在EPA中进行。 原则二：离开EPA的敏感器件必须使用屏蔽 包装或容器存放或运送 原则三：定期检测所安装和使用的静电防护 用品是否正常 原则四：确保供应商明白和遵守以上原则
进入EPA的基本要求
穿戴合格的防静电用品：防静电服、防静电 鞋、防静电手腕带，并通过检测后方可进入 防静电区的工作人员有权有义务监督外来人 员按照要求进入EPA，对于不符合要求的人 员，可以拒绝其进入。 每次进入EPA都进行手腕带和鞋的检测
Anti-Static Material 抗静电材料：
-能抑制摩擦生电的材料 -摩擦电压200V以下的材料 -抗静电材料没有表面电阻率或体积电阻率的要求.
ESD防护材料界定
Insulating Material 绝缘材料：
表面电阻率大于1x1012或体积电阻率大于1x1011的材料 (EIA-625-1994);ESDA ADV 1.0-1994)
ESDS器件警示标志
ESDS保护标志
共同接地点标志
防静电区（EPA）标志 接地点标志（一 般用于设备）
可能含高电压的EPA标志
警示标带，可用于多种区域 早期的静电敏感器件标 志，现在还有少数产品 在用
可回收使用标志，常用于包 装上
ESD防护材料界定
Conductive Materials导电材料：
本教材由华诺丰源提供
防静电桌面垫
确保工作界面静电足 够小和工作表面接地 而设计 静电泄放电流控制 容易接地 摩擦电压小 寿命长，耐磨损 耐热、抗常规腐蚀 多层结构：面层为耗 散材料，下层为导电 材料 面层一般为内混式抗 静电剂制成（可能对 酒精、丙酮等非极性 清洗剂敏感）。
日本调查数据
欧洲调查数据
其他 ESD alone 8 ~ 33%
损失是巨大的！
美国ESD协 会调查数据
ESD 控制获得的收益
• IC 制造商 ( 高速 bipolar LSI ) 质量改进由 22% 达到 100% • IC 制造商 ( NMOS-LSI) 制作质量损失下降了 50%, 并获得 800% 的 R.O.I. • PCBA 组装加工厂 13% 的生产质量改善，以及市场返修率下降了 1.5% • 半导体制造商 (低功率 Schottky-TTL ICs) 废品率从 2.6% 降至 0.21%
衣物, 头发, 鞋子, 手套等。 塑胶袋, 气泡包装, 海绵, 盒子等。 纸张、文件夹、文件袋、笔等
ESD风险
我们的工作环境存在许多静电源。。。
• 许多塑胶产品都是容易制造和价格低廉
• 电子产品中也需要采用许多绝缘体材料 • 在移动和摩擦下，即使如金属一般的导体也会产生 静电
• 设备和人体舒适所需要的温湿度要求环境有一定的 干燥，助长静电的产生
ESD 电子器件的破坏
即使是相当小的静电放电也可能损坏电子器件！
ESD damage
Bipolar IC
Field failure
静电敏感器件的英文缩写－－ESDS
本教材由华诺丰源提供
HBM simulation failure
ESDS 有多敏感 ?
人体 30 v的静电就会损坏一些敏感器件
一些器件自身10 v静电放电就可能损坏
ESD 破坏的风险
微型化和更高度集成不利于静电防护
USA Japa n
1206 3216
0805 2012
0603 0402 0201 1608 1005 0502
对静电的破坏更加敏感 !
ESD 破坏的风险会逐级放大
缺乏管制意识的主要原因
1. 人体能感觉出静电存在的水平为 2,000 ~ 4,000 volts，但 敏感器件只须 < 100 volts便能被损坏 ( 大部分 < 1,000 volts )
2. 大部分的静电破坏是潜在的，并不能够被马上识别出。 3. 静电破坏现象有较差的重复性, 并且不容易模拟。 4. 找出静电破坏的证据和根源一般相当不容易，而且成本可 能很高
( ESD 破坏常被误判为 EOS 损坏 )
5. 缺乏培训和对问题的重视
ESD防护的基本技术手段
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 等电位 接地 中和 阻值控制 静电场屏蔽 湿度控制 材料选择和工艺控制避免产生静电 敏感器件的标注 保护电路和结构设计提高抗静电能力
Static Shielding Material 静电屏蔽材料：
可防止元件遭受外界的静电场破坏的一种防护屏障
表面电阻小于1.0 x 103 Ω的材料
ESD防护材料界定
建立防静电工作区（EPA)
EPA（electrostatic discharge protected area ）的含义就是静电放电 保护工作区 EPA就是能够提供器件保护条件的工作区域
保护区设置
涉及到敏感器件的场地就应当设置为保护区，常见 的保护区有以下几种情况：
类型
完整包装敏感器件的 存储 不完整包装敏感器件 的存储 敏感器件的操作区 （台）
要求
集中存放，警示提醒 与敏感器件操作区相 同要求
涉及部门
原料仓库 备料仓库 备料仓库 原料仓库
警示、接地/等电位、 生产线、检测台、分 静电压控制、绝缘材 料台、维修返工台 料控制、操作要求