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1、ESD培训课程培训课程ESD培训课程培训课程 课程目的课程目的 ESD是电子可靠性工程的重要组成部分,本教材全面系统介绍了ESD基本知识、ESD控制标准、ESD防护技术等ESD知识 通过学习可以理解ESD对电子产品的危害，明白ESD控制的重要性.ESD静电培训课程静电培训课程 一、一、ESDESD基本知识基本知识 二、二、ESDESD标准和测试标准和测试 三、三、ESDESD控制控制ESD基本知识基本知识 静电及静电放电静电及静电放电 静电：就是物体的表面一种处于相对稳定状态的电荷。静电：就是物体的表面一种处于相对稳定状态的电荷。 静电放电（静电放电（ESDESD）带有不同静电电位差）带有不同
2、静电电位差, ,在物体或表面在物体或表面之间的静电电荷转移。分接触放电和电场击穿介质放电。之间的静电电荷转移。分接触放电和电场击穿介质放电。 静电过栽（静电过栽（EOSEOS）导致电子元件损坏的结果。）导致电子元件损坏的结果。ESD基本识识基本识识 静电标识静 电 敏 感 区域警示标志静电敏感标识静电防护标识喷防静电液标识ESD基本知识基本知识 静电的产生静电的产生a) 摩擦带电：物质相互摩擦时，由于摩擦发生接触位置的移摩擦带电：物质相互摩擦时，由于摩擦发生接触位置的移动和电荷分离而放出静电。动和电荷分离而放出静电。 b) 流动带电：用管路输送液体产生的静电。流动带电：用管路输送液体产生的静电
3、。c) 喷出带电：由粉体、液体和气体从截面小的开口部位喷出喷出带电：由粉体、液体和气体从截面小的开口部位喷出,发生摩擦而产生静电；液体和粉体本身相互之间的撞击发生摩擦而产生静电；液体和粉体本身相互之间的撞击,以以及小的飞沫摩擦产生大量的静电。及小的飞沫摩擦产生大量的静电。d)剥离带电：互相密切结合的物体被剥离时引起电荷分离而剥离带电：互相密切结合的物体被剥离时引起电荷分离而产生静电产生静电ESD基本知识基本知识 静电的特性静电的特性 在在30003000伏时，你能通过皮肤感知伏时，你能通过皮肤感知 在在50005000伏时，你能听见伏时，你能听见 在在1000010000伏里，你能看见伏里，你
4、能看见高电位：可达数万至数十万伏，人员操作时常达数百和数千高电位：可达数万至数十万伏，人员操作时常达数百和数千伏（人通常对伏（人通常对3.5KV以下静电不易感觉到）以下静电不易感觉到） 低电量：静电流多为微安级（尖端放电例外）低电量：静电流多为微安级（尖端放电例外） 作用时间短：微秒级作用时间短：微秒级 受环境影响大：特别是湿度，湿度上升则静电积累减少，静受环境影响大：特别是湿度，湿度上升则静电积累减少，静电压下降电压下降.ESD基本知识基本知识作业与静电作业与静电 人体活动产生典型的静电电压人体活动产生典型的静电电压(V)人体活动湿度10-20%湿度65-90%在地毯上走动350001500
5、在聚乙稀地板上走动12000250在工作台上工作6000100拿聚乙烯纤维包7000600从工作台上拿起聚乙烯衬垫200001200坐在填有聚氟脂泡沫的椅子上 1800015000ESD基本知识基本知识 ESDESD的危害的危害 1、吸附灰尘缩短产品寿命在旦夕 3、放电损伤产品失效 4、电磁干扰过程中断（不良数据、软件错误、校准失误、处理器停止运作）硬损伤（致命损害）：表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能。软损伤（隐性损害）：受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使用寿命却大大缩短了 ESD失效：热熔化、介质击穿、ESD引发EOSESD基本知识基本知识 静电放电三要素静电放电三要
6、素 QM D=ESD“Q”：一定积累的静电荷“M”：放电途径，如金属接触、对地或低阻的泄放路径“”：静电第三器件“”就是放电（） 放电途径静电荷ESD敏感器件ESD基本知识基本知识 电子产品失效情况 根据RAC的统计,在所有硬件故障中,ESD失效率占15%,而高静电敏感的器件EOS/ESD失效率高达60%左右. ESD引起半导体器件操作，使器件立即失效的机率约10%(短路、开路、无功能、参数不符合要求），而90%的器件则是引入潜在性损伤,损伤后电参数仍符合规定要求，但减弱了器件抗过电应力的能力，在使用现场容易出现早期失效ESD基本知识基本知识 器件的ESD失效特征静电损伤是一种偶然事件，一般讲
7、是与时间无关的，所以不能通过老化筛选方法加以剔除，相反，在老化过程中，由于器件接地不良，老化设备不适当的连接等，反而会提高失效的百分比。ESD静电培训课程静电培训课程 一、一、ESDESD基本知识基本知识 二、二、ESDESD标准和测试标准和测试 三、三、ESDESD控制控制ESD标准和测试标准和测试器件器件ESD敏感因素敏感因素 ESD对半导体器件和电子产品都存在严重危害对半导体器件和电子产品都存在严重危害,ESD对电子产对电子产品和器件的可靠性影响的主要因素有品和器件的可靠性影响的主要因素有:电场强度、放电电流、电磁电场强度、放电电流、电磁干扰干扰。 影响器件影响器件ESD敏感程度的因素包
8、括敏感程度的因素包括：器件设计（结构和工艺）、：器件设计（结构和工艺）、ESD电流、能量包裹、电场强度、放电的上升时间、制造工艺和器电流、能量包裹、电场强度、放电的上升时间、制造工艺和器件的封闭类型等。件的封闭类型等。 能量型敏感器件能量型敏感器件的损伤是由于流过双极型结构电阻、保护电阻、的损伤是由于流过双极型结构电阻、保护电阻、薄膜电阻、金属连线等的过电流引起。薄膜电阻、金属连线等的过电流引起。即电流过大烧坏即电流过大烧坏 电压敏感性器件电压敏感性器件的损伤是由于的损伤是由于ESD电压超过了器件内部氧化层、电压超过了器件内部氧化层、MOS管的栅极抢救无效的击穿电压引起。管的栅极抢救无效的击穿
9、电压引起。即击穿即击穿ESD标准和测试标准和测试 器件器件ESDESD敏感度测试分析标准敏感度测试分析标准ESD模型ESD标准及测试方法HBMJESD 22-A114-B：2000ESDSTM5.1MIL-STD-883 Method 3015MIL-STD-750 Method 1020MIL-PRF-19500MIL-PRF-38535MMJESD 22-A115-A:1997ESD-STM5.2CDMJESD 22-C101-A:2001ESD-STM5.3.1ESD标准和测试标准和测试 人体模式人体模式(HBM: Human Body Model)(HBM: Human Body Mo
10、del) 该模型表征人体带电接触器件放电该模型表征人体带电接触器件放电,ESD STM5.1,ESD STM5.1和和JEDEC JEDEC EIA/JESD22-A114-BEIA/JESD22-A114-B的器件的器件ESDESD电压阈值水平电压阈值水平 Class 0 : 250VClass 0 : 250V Class 1A: 250V to 500V Class 1A: 250V to 500V Class 1B: 500V to 1000V Class 1B: 500V to 1000V Class 1C: 1000V to 2000V Class 1C: 1000V to 200
11、0V Class 2 : 2000V to 4000V Class 2 : 2000V to 4000V Class 3A: 4000V to 8000V Class 3A: 4000V to 8000V Class 3B: Class 3B: 8000V8000VESD标准和测试标准和测试 人体模型（人体模型（HBM） 静电损伤最普遍的原因之一是通过人体或带电材料，到静电放电敏感器件（ESSD）发生静电电荷的直接转移。当人走过楼面时，静电电荷就在人体上积累。手指与ESSD器件或组件表面的简单接触就可使人体放电，可能造成器件损坏。用以模拟这类事件的模型就叫人体模型（HBM）， 其等效电路如图所
12、示。 E 高压直流电源 （05kV） Rb 人体等效电阻 （1.5k1%) Cb 人体等效电容(100PF10%) Rs 充电限流电阻(110M) DUT 被试器件 K1 高压继电器 ESD标准和测试标准和测试 机器模式机器模式(MM: Machine Model)(MM: Machine Model) 机器模型的等效电路与人体模型相似机器模型的等效电路与人体模型相似, ,但等效电但等效电容容(Cb)(Cb)是是200pF,200pF,等效电阻为等效电阻为0,0,机器模型与人体模机器模型与人体模型的差异较大型的差异较大, ,实际上机器的储电电容变化较大实际上机器的储电电容变化较大, ,但为了描
13、述的统一但为了描述的统一, ,取取200pF,200pF,由于机器模型放电时由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。对器件的损害，机器模式远大于人体模型。ESD标准和测试标准和测试 机器模式（）机器模式（）ESD STM5.2 ESD STM5.2 器件器件ESDESD电压阈值电压阈值 Class M1 : 100V Class M1 : 100V Class M2 : 100 to 200V Class M2 : 100 to 200V Class M3 : 200 to 400V Class
14、 M3 : 200 to 400V Class M4 : Class M4 : 400V400VESD标准和测试标准和测试 机器模式机器模式(MM)(MM) EIA/JESD22-A115AEIA/JESD22-A115A器件器件ESDESD电压阈值电压阈值 Class A : 200VClass A : 200V Class B : 200 to 400V Class B : 200 to 400V Class C : Class C : 400V400VESD标准和测试标准和测试 充电器件模型充电器件模型（CDM: Charged Device Model)CDM: Charged Dev
15、ice Model) 半导体器件主要采用三种封装形式金属半导体器件主要采用三种封装形式金属 陶瓷陶瓷 塑料塑料).).它们在装配、它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料（如用的塑料袋、传递用的塑料窗口等）相互摩擦，就会使管壳带电。（如用的塑料袋、传递用的塑料窗口等）相互摩擦，就会使管壳带电。器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。CDMCDM模型就是基于已带电模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的器件通过管脚与地接触时，发生对地
16、放电引起器件失效而建立的的.JEDEC JESD22-C101-B.JEDEC JESD22-C101-B器件器件ESDESD电压阈值如下：电压阈值如下： ClassClass : 200V : 200V ClassClass: 200 to 500V: 200 to 500V Class Class : 500 to 1000V: 500 to 1000V Class Class : above 1000V: above 1000VESD标准和测试标准和测试 充电器件模式（CDM） ESD STM 5.3.1器件ESD电压阈值 Class C1 : 125V Class C2 : 125 to 250V Class C3 : 250 to 500V Class C4 : 500 to 1000V Class C5 : 1000 to 1500V Class C6 : 1500 to 2000V Class C7 : 2000VESD标准和测试标准和测试 ESDESD的一般要求的一般要求 HBM HBM ： 2KV 2KV MM MM ： 200V 200V CDM CDM ： 700
