ESD知識與ESD控制

1、ESD知識與控制 持之以恒做好每一步防靜電措施，降低靜電放電給產(chǎn)品質(zhì)量帶來的危害。Q QQ Q：584211992584211992TELTEL13689538332 E-mail: E-mail: 簡 介1、基本概念2、靜電的產(chǎn)生3、靜電放電的危害4、靜電放電的控制與防護一、基本概念一、基本概念靜電： 人們一般意義上所說的靜電，是指靜電荷或靜電場。 定義：所謂靜電荷，是指相對于觀察者而言靜止的電荷或帶電體。 無論是靜電荷或帶電體，都會在空間激發(fā)出靜電場。靜電場才是靜電荷或帶電體的物理本質(zhì)。 因為其對外表現(xiàn)是通過靜電場來實現(xiàn)的。靜電場是一種物質(zhì)存在，有能量，有動量，對

2、其中的其他帶電體施加力的作用。靜電放電： ESDElectrostatic Discharge靜電放電 IEC（國際電工協(xié)會）定義：處于不同電位的兩個物體之間，由于直接接觸或靜電場感應導致的電荷傳輸/轉(zhuǎn)移。 ESDS：Electrostatic Discharge Sensitivity (靜電敏感度)ESSD：Electrostatic Sensitive Devices (靜電敏感器件)EPA: ESD Protect Area (ESD防護區(qū)域)ECA: ESD Control Area (ESD控制區(qū)域)EBP: EPA ground bonding point (EPA接地點)EOS

3、: Electric Over Stress （電過應力） 二、靜電的產(chǎn)生二、靜電的產(chǎn)生F摩擦接觸分離帶電影響摩擦起電的因素物質(zhì)結(jié)合的緊密度分開的速度材料的導電性摩擦系數(shù)以及位置人人體體活活動動靜靜電電勢勢（空空氣氣相相對對濕濕度度1 10 0 2 20 0% %）靜靜電電勢勢（空空氣氣相相對對濕濕度度6 65 5 9 90 0% %）在在地地毯毯上上走走動動3 35 50 00 00 01 15 50 00 0在在聚聚乙乙烯烯地地板板上上走走動動1 12 20 00 00 02 25 50 0在在工工作作臺臺上上工工作作6 60 00 00 01 10 00 0拿拿聚聚乙乙烯烯纖纖維維包包7

4、 70 00 00 06 60 00 0從從工工作作臺臺拿拿起起聚聚乙乙烯烯襯襯墊墊2 20 00 00 00 01 12 20 00 0坐坐在在填填有有聚聚氟氟脂脂泡泡膜膜的的椅椅子子上上1 18 80 00 00 01 15 50 00 00 0人人體體活活動動產(chǎn)產(chǎn)生生典典型型的的靜靜電電電電壓壓（V V）空空 氣氣石石 棉棉玻玻 璃璃云云 母母頭頭 發(fā)發(fā)尼尼 龍龍羊羊 毛毛毛毛 皮皮鉛鉛絲絲鋁鋁紙紙鋼鋼木木 頭頭琥琥 珀珀硬硬 橡橡 膠膠銅銅 銀銀硫硫 磺磺聚聚 合合 物物特特 氟氟 龍龍正正 電電負負 電電材材 料料 摩摩 擦擦 生生 電電 序序 列列 表表二、靜電的產(chǎn)生續(xù)二、靜電的產(chǎn)

5、生續(xù)F 感應帶電 在雷云下行走，可達50kV。F 斷裂起電F 壓電效應F 熱電效應F 剝離起電F 電動電勢F 沉降起電F 濺潑起電感感 應應 起起 電電三、三、ESDESD危害危害1、靜電放電的特點ESD是高電位, 強電場, 瞬時大電流的過程。ESD會產(chǎn)生強烈的電磁輻射，形成強電磁脈沖（EMP）。ESD是一個極其復雜的過程。它不僅與材料、物體形狀和放電回路參數(shù)有關(guān)，而且在放電時往往還涉及到非常復雜的氣體擊穿過程。因此，ESD是一種很難重復的隨機過程。2、靜電放電的類型電暈放電（尖端放電） 電暈放電是一種高電位、小電流、空氣被局部電離的放電過程。電暈放電會給系統(tǒng)造成電磁干擾。由于這些脈沖正好位于

6、射頻段，因此會產(chǎn)生強烈的射頻干擾。（例GPS）刷型放電 這種放電往往發(fā)生在導體與帶電絕緣體之間。帶電絕緣體可以是固體、氣體或低電導率液體。刷型放電釋放的能量可高達4MJ。（例毛刷）火花放電 當靜電電位比較高的帶電導體或人體,靠近其它導體、人體或接地導體時，便會引發(fā)靜電火花放電。靜電能量瞬時集中釋放，產(chǎn)生的放電電流及電磁脈沖具有較大的破壞力。它可對一些敏感的電子器件和設(shè)備造成危害。對于人體靜電放電來說，由于人體阻抗是隨人體靜電電位變化而變化，在一次放電過程中可能包含了多次火花通道的形成、消失過程，即重復放電。還有其它的放電形式，因為與電子工業(yè)相關(guān)度低，不作詳細討論。三、三、ESDESD危害續(xù)危害

7、續(xù)靜電放電對電子工業(yè)的危害：器件損壞的起始電壓為700v器件失效中EOS/ESD失效率占3040%，而高靜電敏感的器件EOS/ESD失效率高達60%以上。ESD使元器件軟擊穿。靜電吸附（影響元器件或整機質(zhì)量）。 影響： 降低潔凈度。 降低耐壓等級。ESD電磁輻射引起電磁干擾。 影響： 邏輯電路程序混亂 溫升 硬擊穿 軟擊穿 上述危害可能發(fā)生在預處理、生產(chǎn)過程、測試、總裝、調(diào)試、包裝、儲存、發(fā)送、維修、運輸各個環(huán)節(jié)。實驗結(jié)果表明：未采取ESD保護的車間，集成電路器件失效率比采取ESD保護車間的器件失效率高5.5倍。E EO O S S/ / E ES SD D 引引起起的的失失效效排排在在第第一

8、一位位EOS/ESD 59%電子測試 3%氧化/鈍化 3%導體失效 3%硅片斷裂 4%引腳短路/開路 7%引腳連接 15%其他 6%高高靜靜電電敏敏感感器器件件失失效效原原因因排排序序高高靜靜電電敏敏感感器器件件失失效效原原因因排排序序三、三、ESDESD危害續(xù)危害續(xù)E ES SD D 失失效效E ES SD D 失失效效彷彷真真人人體體帶帶 8 80 00 00 0V V 靜靜電電放放電電放放電電 3 3 次次放放大大 3 30 00 00 0 倍倍硬硬損損傷傷： 器器件件不不能能工工作作軟軟損損傷傷：E ES SD D 減減弱弱了了器器件件或或單單板板的的性性能能，但但仍仍能能通通過過測測

9、試試。單單板板或或器器件件的的特特性性變變差差，最最終終失失效效。硬損傷：一次性損壞，導致完全失效。（右圖）軟損傷：導致敏感器件參數(shù)數(shù)值的變化，但仍能正常運行，長期使用導致失效，壽命減短。（左圖）三、三、ESDESD危害續(xù)危害續(xù) 案例：美國AT&T公司的客戶投訴，集成電路的薄膜精確電阻，規(guī)定電阻誤差值在0.2。然而，客戶實測電阻值高于理想值45倍。下圖左邊的電阻顯示清晰的激光亮線，測量電阻值為300R。右邊電阻明顯有損傷部位，測量阻值為1411R。原因調(diào)查： 研究發(fā)現(xiàn)失效與焊機有關(guān)。在到達焊機之前，所有電阻都完好無損。當電阻通過焊機操作后，出現(xiàn)損壞。大批焊機是由焊劑處理臺、焊接臺和清洗臺組成。

10、清洗操作是通過在溶劑池中9把轉(zhuǎn)動的尼龍刷完成。溶劑呈高阻（1M-cm）。尼龍刷高度帶電并對工作臺面充電。隨后，工作臺通過焊機對地放電。當靜電探測器測試時，有些工作臺靜電電壓高達6000v .問題的改善措施: 使用抗靜電刷子。 允許溶劑充電，同時盡可能快的泄放電荷。三、三、ESDESD危害續(xù)危害續(xù)在在 3 30 00 00 0伏伏 時時 ， 你你 能能 通通 過過 皮皮 膚膚 感感 知知在在 5 50 00 00 0伏伏 時時 ， 你你 能能 聽聽 見見在在 1 10 00 00 00 0伏伏 時時 ， 你你 能能 看看 見見人 體 對 ESD的 敏 感 我們未認識到ESD對電子、電氣產(chǎn)品的影響

11、，因為它們被以下原因掩蓋：（1）把ESD失效分析為瞬態(tài)過程電應力而不是靜電應力引起的。（2）把ESD引起的失效錯誤的歸為隨機的、未知的初失效、制造的缺陷或其他方面。（3）只有很少的實驗室配備有分析ESD失效所需要的掃描電鏡或其他儀器和技術(shù)。（4）認為失效是正常的，因此不是去認識和解決ESD問題，只是簡單的采取采購大量備件的方法。（5）人們認為只是MOS元件生產(chǎn)線和軍事上使用的需要靜電控制。（6）許多人認為由二極管、電阻網(wǎng)絡或其他保護技術(shù)所“保護”的ESDS元件是非ESDS元件。（7）靜電放電失效并不總是暴露在靜電場后立即發(fā)生的，而有時可能只產(chǎn)生潛在缺陷。 (8) 人通常對3.5KV以下靜電放電

12、不易感覺到。器件損壞的起始電壓為700V。三、三、ESDESD危害續(xù)危害續(xù)電子元器件、組件及設(shè)備的ESD敏感度等級表三、三、ESDESD危害續(xù)危害續(xù)四、ESD控制與防護F有效的靜電控制程序的設(shè)計與實施是基于以下五個概念： 把靜電保護設(shè)計到元件和產(chǎn)品內(nèi) -設(shè)計的元件、產(chǎn)品和裝配過程，使其更合理的避免靜電放電(ESD)的作用。消除產(chǎn)生靜電的材料與過程 -從工作環(huán)境中盡可能地減少或消除靜電放電產(chǎn)生與積累的工序或材料。驅(qū)散或中和靜電放電 -利用離子作用來中和絕緣材料上的放電。安全地驅(qū)散或中和那些要發(fā)生的靜電放電。提供對靜電放電的物理保護 -在防ESD的包裝材料中包裝和運輸敏感元件或產(chǎn)品。檢測ESD的過

13、程與環(huán)境 -有效的靜電控制程序的基礎(chǔ)。確認ESD敏感元件、敏感級別、和那些對其具有ESD危害的操作。 最后，選擇和實施靜電控制的程序與材料的結(jié)合使用。四、ESD控制與防護續(xù)F靜電耗散/接地 導體：體電阻1x104電子能在導體表面和體內(nèi)自由流動如果被接地，電荷能迅速被釋放。 靜電耗散材料:體電阻1x103Rv1x109電子在材料的表面可以自由移動，但移動的速率由于電阻而受到控制如果被接地，電荷將被緩慢的釋放掉。（靜電膠皮）F靜電中和 絕緣體：體電阻1x1011很少有電子在物體中移動，在物體上的不同地方可以保持正電荷和負電荷。絕緣體的靜電耗散只能通過中和，不能通過自己的表面接地耗散。F靜電屏蔽F環(huán)

14、境增濕 相對濕度控制范圍：30% 70。F材料控制 選用不產(chǎn)生或少產(chǎn)生靜電的材料。F高敏感器保護網(wǎng)絡設(shè)計 外部保護網(wǎng)絡：輸入端串聯(lián)電阻（限流）；并聯(lián)二極管（能量旁路）。 內(nèi)部保護網(wǎng)絡：電阻與二極管的組合網(wǎng)絡。四、ESD控制與防護續(xù)ESD防護規(guī)范：保證明顯而嚴重的靜電源遠離防靜電工作區(qū)1米以上，工作區(qū)內(nèi)必須存在的一些靜電源遠離ESD敏感器件和敏感單板30cm以上。在接觸IC、模塊、單板等靜電敏感器件、組件的過程中必須佩戴防靜電腕帶或防靜電手套。若單板或模塊需要放置在工作臺上時，可直接放置于防靜電臺墊上或用防靜電材料去墊襯，但不能用普通白色塑料袋、普通白色泡沫類材料、普通白色氣泡袋、其它普通白色塑

15、料制品、白色透明膠帶等靜電源去墊襯。嚴禁將單板、等裸露疊放或與其它靜電源混放，每個防靜電屏蔽袋只能裝一塊單板、組件或模塊，需同時包裝多塊小板時必須用防靜電材料將不同物料相互隔開，不得接觸混放。所有單板、模塊、靜電敏感元器件必須采用防靜電材料包裝，禁止用非防靜電的普通白色塑料膠袋、普通白色氣泡袋、普通白色泡沫等物料包裝。嚴禁使用普通膠帶（包含白色透明膠帶、黃色/紅色/綠色標識用膠帶）等不防靜電的膠帶粘在防靜電工作臺、流水線體、防靜電毛刷、掃描儀、電批/電烙鐵手柄、防靜電椅子/小凳子、IC管、IC托盤、防靜電周轉(zhuǎn)箱/車/托盤等防靜電工具上。對靜電敏感元器件的搬運、儲存及分發(fā)必須存放在防靜電包裝內(nèi)。

16、存放靜電敏感器件的庫房應設(shè)置防靜電工作臺或分料車用于分料；分料人員在分料時必須戴防靜電手套或戴防靜電手腕并可靠接地。接地要求：防靜電區(qū)域各設(shè)備（包含線體、電批、電烙鐵等）、儀器、工作臺墊、腕帶插孔座必須可靠接地。電烙鐵必須加強接地。所有AC電源須用三芯接頭。ESD防護與點檢：所有儀器接地線串聯(lián)一個104P 3000V陶瓷電容。靜電膠皮接地扣每3米一個，串聯(lián)一個電阻1M20%。電批接地，點檢對地電阻R 50。錫線接地，點檢對地電阻R 5。電源接地，點檢對地電阻R 10，漏電電壓U0.01V。烙鐵接地，點檢對地電阻R 10，漏電電壓U0.01V。靜電環(huán)每天上線前測試合格后使用。測試架使用黑色防靜電

17、有機玻璃板制作。明顯而嚴重的靜電源遠離防靜電工作區(qū)1米以上，工作區(qū)內(nèi)必須存在的一些靜電源遠離ESD敏感器件和敏感單板30cm以上。ISO 控制文件、制程點檢文件、ESD知識文件、靜電環(huán)測試SOP。四、ESD控制與防護續(xù)儀器接地線串聯(lián)一個儀器接地線串聯(lián)一個104P 3000V陶瓷電容陶瓷電容四、ESD控制與防護續(xù)F人體起電方式接觸分離起電：最主要起電機理感應起電：有時電位很高。如：在雷云下行走，可達50kV。傳導起電：接觸其他帶電體吸附起電：主要吸附粉體或水霧。壓力為1.2Mpa的水蒸氣由法蘭盤噴出的地方，人體吸附電位可達50kV。F人體防靜電用品涉及到工作帽、工作服、手套、指套、鞋子、襪子、鞋套、腕帶等。相關(guān)防靜電物品臺子、椅子、地墊、地板、各種工具、文件夾等。四、ESD控制與防護續(xù)F 防靜電部品防靜電部品靜電耗散材料:體電阻1x103Rv1x109電子在材料的表面可以自由移動，摩擦起電100V.靜電場測試儀四、ESD控制與防護續(xù)F 非防靜電部品防靜電部品注意：黃色、綠色、紅色等標識用膠帶均為靜電源。請不要隨意粘貼在流水