Transcript 防靜電放電( E S D ) 損傷技朮

防 靜 電 放 電 (E S D)
損 傷 技 朮
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第一章：電子器件抗ESD損傷的基礎知識
第二章：制造過程的防靜電損傷技朮
第三章：抗靜電檢及分析技朮
第四章：電子元器件抗ESD設計技朮
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第一章：電子器件抗ESD損傷的基礎知識
1、靜電和靜電放電的定義和特點
什么是靜電(Electrostaic ,static electricity)?
靜電就是靜止不動的電荷，這一般存在物體的
表面，是正負電荷在局部范圍內失去平衡的結果。
什么是靜電放電(Electrostaic Discharge, ESD)?
處于不同靜電電位的兩個物體間的靜電電荷的轉移就
是靜電放電
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2、對靜電認識的發展歷史
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千百年前，靜電對人類來說曾經是非常神秘
中國發明為藥后，靜電對火藥制造業不再神秘了
美國獨立戰爭期間，為藥是在潮濕的泥牆和泥地的房子里制造的。
在靜電火花可能引起爆炸的行業如面粉廠、手朮室采用了特殊的防靜電措施。
在其它行業，靜電仍然是神秘。
在40和50年代，在塑料和膠片制造行業，發現靜電問題。
在50和60年代，在電子行業，出現靜電問題。常發生奇怪的失效，在光
學顯微鏡下看不到失效原因。失效分析的結論是原因不明。
MOS晶體管的普及和IC的發展使靜電問題加劇
70年代，IC的几何尺寸縮小使間題更糟。
真正的突破是半導體頷域掃描電子顯微鏡的應用(70年代后期)，第一次
即使用最小的ESD損傷也能看到
1979年，EOS/ESD研討會成立，主要研究ESD問題，尋求解決方法
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12 80年代初期，多數主要的電子制造商建立了他們的ESD組織，負責ESD問題
13 ESO/ESD也許是當今電子制造行業最主要的失效機理。
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3、靜電的產生
靜電產生的方式很多，如接觸、磨擦、沖流、冷凍、
電解、電壓、溫差等，但主要是兩種形式：磨擦產生
靜電(接觸后形成)和感應產生靜電(無需直接接觸)。
3-1、靜電產生主要的兩種方式：
即摩擦產生靜電和感應產生靜電
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a：摩擦產生靜電是兩種物體直接接觸后形成的， 通常
發生于絕緣體之間或絕緣體與導體之間。 (不同的物體接觸
后分離就會產生靜電，但由于摩擦產生的熱能為電子轉移
提供了足夠的能量，因此使靜電產生作用大大增強。參(a)圖)
b：感應產生靜電是發生于帶電物體與導體之間，
兩種物體無需直接接觸。(參(b)圖)
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絕緣體
絕緣體
(a)摩擦生電
帶電體
導體
(b)感應生電
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3-2、靜電勢
帶有靜電電荷的物體之間或者它們與地之間有一定的
電勢差這就稱之靜電勢，也叫靜電電壓。
通常把靜電帶電體與另一個物體或大地看成一個電容器
其電容量C、電極上的電荷量Q和電容兩極電位差關系如下：
V=Q/C
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3-3、影響靜電產生各大小的因素
在相對溫度較高的場合，如海洋性氣候(如我國東南沿海
地區)或潮濕的梅雨季節，靜電勢較低。
在相對溫度較低的場合，如大陸性氣候地區(如我國北方地區)
或干燥的冬季，靜電勢較主高。
與普通場所相比，在空氣純淨場所(如超淨車間)內，
因空氣中的離子濃度低，所以靜電更加空易產生。
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4、靜電的來源
4-1、人體靜電
4-2、儀器和設備的靜電
4-3、器件本身的靜電
4-4、其它靜電來源
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5、靜電放電三種模式
5-1、帶電人體的放電模式(HBM)
5-2、帶電機器的放電模式(MM)
5-3、充電器件的放電模型(MM)
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6、靜電放電失效
6-1、失效模式
突發性失效：元器件受到靜電放電損傷后，突然完全喪
失其規定功能(開路、短路、嚴重漂移)
潛在性失效：靜電放電能量較低，元器件內部造成輕微
損傷抗過電應力能力明顯削弱，壽命明顯縮箴短，工作
一段時間后進一步退化，直至完全失效。
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6-2、失效機理
包含過電壓致失效和過電流致失效。
過電壓失效多發生于MOS器件，包括有MOS電容或鉭電容
的雙極型電路和混合電路。
過電流失效帽多發生于雙極器件，包括輸入用pn結二極管保護
的MOS電路、肖持基二極客以及含 有雙極器件的混合電路
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第二章、制造過程的防靜電損傷技朮
1、防止靜電對元器件損傷兩條途徑
A、從元器件的設計和制造上行抗靜電設計和工藝優化，
提高元器件內的抗靜電能力。
B、就是采取靜電防護措施，使器件在制造、運輸和使
用過程中盡量避免靜電帶來的損傷。
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2、靜電對電子產品的損害
2-1、損害的形式
A、靜電吸附灰塵，降低器件絕緣電阻(縮短壽命)
B、靜電放電(ESD)破壞，造成電子
C、靜電放電產生的電磁幅度很大(達几百伏/米)
頻寬極寬(几十兆到几千兆)對電子產品造成
干擾甚至損壞(電磁干擾)
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2-2、靜電損害的特點
隱藏性、潛在和累積性、隨機性、復雜性
3、靜電防護的目的和總的原則
3-1、目的和原則
目的：電子元器件、組件、設備的制造和使用過程中，通過
各種防護手段防止因靜電的力學和放電效應產生或可能產生
的危害，或將這些危害限制在最小程度，以確保元器件、組
件和設務的設計性能及使用性能不致因靜電而受至損害。
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原則：從靜電的產生和控制靜電的消散兩方面進行，控
制靜電產生主要是控制工藝過程和工藝過程中材料的選擇﹔
控制靜電的消散則主要是快速而安全地將靜電泄放和中和。
3-2、靜電防護之基本思想和技朮途徑
基本思想：A、對可能產生接地的地方要防止靜電聚集
B、對已存在的電荷積聚訊速可靠地消除掉。
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基本途徑：
A、工藝控制法
B、泄漏法
C、靜電避法
D、復合中和法
E、整淨措施
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4、靜電防護材料
可分為靜電絕緣、耗散、導電、屏避，以表面電阻導電率
划分為：
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'10
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'10
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靜電屏避
靜電耗散材料
靜電絕緣材料
靜電導電
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5、靜電防護器材(防靜電制品和靜電消除器)
防靜電材料制品包括：
A、防靜電服、腕帶
B、防靜電包裝和運輸制品等
C、防靜電地板和台墊
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靜電消除器包括：
A、感應式消電器
B、高壓消電器
C、放射性同位素消電器
D、離子風消電器
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6、靜電防護具體措施
6-1、建立靜電安全工作區
A、設置防靜電接地系統
B、鋪設防靜電地板和台墊
C、安裝靜電消除器
D、操作人員靜電防護
E、正確的操作方法
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6-2、包裝、運送和存儲工程的防靜電措施。
6-3、靜電檢測
6-4、靜電防護管理工作
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小結：
一個中心：保持所有物體處于等電位
二個原則：
1、控制靜電產生
2、控制靜是消散
四個防護措施：
1、工藝控制法
2、泄漏法
3、靜電屏避法
4、復合中和法
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第三章、抗靜電檢測及分析技朮
抗靜電檢測是指元器件抗ESD損傷水平的檢測
第四章、電子元器件抗ESD設計技朮
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