ESD培训资料12538.docx

 随着微电电子工业制制造技术的的飞速发展展，集成电电路的集成成度不断提提高，采用用 0.11 500.25mm m制造造工艺的CCMOS和和GaAss（砷化镓镓）器件被被广泛使用用，其耐击击穿电压下下限通常只只有50VV1000V。有着着更高集成成度的超高高速、高频频IC器件件，采用了了特殊的制制造工艺，如如薄膜技术术、浅PNN结、GaaAs材料料、微小封封装等，其其对ESDD、电浪涌涌、机械应应力、热应应力等更为为敏感，有有的VMOOS器件耐耐压只有330V。这这就给含有有上述静电电敏感器件件产品的生生产制造过过程提出了了更严格的的静电防护护要求。 A、静电现现象一、何为静静电？    静静电就是物物体表面过过剩或不足足的相对静静止电荷，它它是电能的的一种表现现形式。静静电是正负负电荷在局局部范围内内失去平衡衡的结果，是是通过电子子转移而形形成的。这这些不平衡衡的电荷，就就产生了一一个可以衡衡量其大小小的电场，称称为静电场场，它能影影响一定距距离内的其其它物体，使使之感应带带电，影响响距离之远远近与其电电量的多少少有关。 二、静电放放电(ESSD)现象象    静静电放电（EESD），就就是具有不不同静电势势的实体之之间发生电电荷转移。例例如： 1、雷电。 2、小实实验：有机机玻璃用丝丝绸或棉布布摩擦后产产生静电，能能吸住小纸纸屑。 33、在空气气较干燥的的冬天，脱脱下合成纤纤维衣服时时发出劈啪啪声，夜间间可见火花花（空气击击穿场强为为30KVV/cm）。 4、穿化化纤内衣容容易皮肤过过敏是怎么么回事？换换棉质内衣衣试试！ 三、静电的的可利用之之处与危害害可利用之处处：力学效效应 异性相相吸，同性性相斥     静静电吸附特特性已被 广泛用于于静电成像像、复印、喷喷涂、植绒绒、除尘等等实践中。 静电的危害害：    就就电子工业业而言，静静电放电能能够改变半半导体器件件的电气特特性，使之之退化或者者完全毁掉掉。静电放放电还可能能干扰电子子系统的正正常运行，导导致器件故故障或瘫痪痪。 1、第一艘艘阿波罗载载人宇宙飞飞船，由于于静电放电电(ESDD)导致火火灾和爆炸炸，三名宇宇航名全部部丧生。2、日本IIC生产中中的不合格格器件有445%是由由静电造成成的。 3、88年年美国因EESD影响响损失500亿美元。 4、90年年代初北京京某公司试试生产的高高档数字万万用表，由由于IC没没注意防静静电，使其其产品大部部分不合格格。 5、华为公公司： 今年33月份某批批含E-55射频放大大器的GSSM单板失失效率达115%，失失效形式表表现为功能能完全丧失失，分析表表明是受偶偶然的电浪浪涌烧伤，如如漏电、EESD所致致。 也是33月份，某某批CC008ASLL用户板上上二极管RRD5和RRD6不良良率达900%，经分分析确定为为静电损伤伤。 6、工业领领域的有关关专家曾作作过估计，由由于静电所所造成的平平均产品损损失大约在在8333%之间，见见下表：静静电平均损损失报告描述最小损失最大损失估计平均损损失制造商4%97%16-222%分包商3%70%9-15%承包商2%35%8-14%用户5%70%27-333%数据来源：Stepphen HalpperinnGuiideliines for Stattic CContrrol MManaggemennt，EEurosstat，11990四、静电的的特点高电位：可可达数万至至数十万伏伏，操作时时常达数百百和数千伏伏（人通常常对3.55KV以下下静电不易易感觉到） 低电量：静静电流多为为微安级（尖尖端放电例例外） 作用时间短短：微秒级级 受环境影响响大：特别别是湿度，湿湿度上升则则静电积累累减少，静静电压下降降，如下表表： 在地毯上行行走 350000V1500VV在乙烯瓦上上行走120000V250V坐在椅子上上的工人 6000VV100V从椅子上拿拿起涤纶包包200000V1200VV带有聚氨酯酯泡沫的椅椅子180000V1500VV五、静电的的度量1、静电荷荷单位：库库仑(C)。通常我我们讲到静静电势，则则以“伏特(VV)”为单位。 2、面电荷荷密度： =Q/SS （ 单位：C/m 2 ） 式中：Q 电量，SS 表面积积 3、库仑定定律： Q= CVV式中：Q 电量，CC 电容 ，V 电压 六、从静电电学来区分分材料的导导电情况静电导体：10 5 W ccm（体电电阻） 例例：金属 静电亚导体体：10 6 110 100 W ccm 防静静电器材 静电绝缘体体： 10 11 W cm 普普通塑料 注意：由于于静电的特特点（电位位高，电量量小），因因此它与普普通电工学学中导体和和绝缘体划划分有所不不同。B、静电产产生的物理理过程一、静电起起电原理    造造成不平衡衡电子分布布的原因是是电子受到到外力而脱脱离轨道，这这个外力包包括各种能能源，如动动能、位能能（势能）、热热能、化学学能等等，它它使电子获获得足够能能量而做功功逃逸。 二、静电的的产生方式式· 摩擦、接触触（传导）、分分离、感应应、冲流、辐辐射、压电电、温差、电电解等 · 固体、液体体、粉末流流体都可能能产生静电电 三、摩擦静静电序列（正极）: 空气人手石棉兔毛玻璃云母人发尼龙羊毛铅丝绸铝纸棉花钢铁木琥珀蜡硬橡胶镍、铜黄铜、银银金、铂硫黄人造丝聚酯赛璐珞奥轮聚氨酯聚乙稀聚丙稀聚氯乙稀稀(PVCC)二氧化硅硅聚四氟乙乙稀 : （负极极）    上上述任意两两种介质摩摩擦后前者者带正电，后后者带负电电，且相距距较远的两两种介质通通常比相距距较近的两两种介质所所产生的摩摩擦电量大大。但也不不是绝对的的，与材料料表面清洁洁程度、环环境条件、接接触压力、光光洁程度、表表面大小、分分离速度等等有关。 四、固体起起电除摩擦起电电之外，其其它表现形形式： 1、断裂带带电：材料料因机械破破裂使带电电粒子分离离，使两侧侧带等量、异异性电荷。 2、压电电效应：石石英 0.5V电位位差，如：电光鞋、煤煤气打火器器 3、热热电效应：压电晶体体加热时，一一端带正电电，一端带带负电；冷冷却时，反反极性 44、剥离起起电：相互互密切结合合的物体剥剥离时，会会引起电荷荷分离，引引起分离物物体双方带带电，如：叠在一起起的塑料袋袋分离时。 5、感应应起电：静静电场范围围内的物体体会因感应应而带电。 6、辐射射起电：射射线冲击使使部分电子子获得能量量而摆脱原原子引力束束缚，如：视保屏 五、粉末流流体起电    粉粉体与器壁壁、粉体与与粉体碰撞撞，接触分分离、摩擦擦、碎裂而而引起的静静电颗粒越越小，相互互作用越强强烈，碰撞撞面积越大大，起电越越强烈。 弹药库、纺纺织厂、面面粉厂均须须严格控制制空气中的的粉尘浓度度。 六、液体起起电1、液体的的偶电层     液液相与固相相界面亦能能形成偶电电层：液体体（如石油油）中的可可电离杂质质和其它离离子被吸引引到金属壁壁上。正负负离子对金金属不可能能具有相同同的亲和力力，亲和力力大的就被被金属表面面所吸引并并吸附着，而而液体中电电荷量相等等的异性离离子留在液液相内，并并聚集在界界面附近。在在界面处形形成偶电层层，内层是是紧贴在固固体表面上上的离子称称固定层，而而外层离子子是可动的的称活动层层或扩散层层。 2、流体带带电     当当液体流动动时，流动动层的带电电粒子随液液体流动形形成流动电电流，异性性带电粒子子留在管道道中，如管管道接地则则流入大地地，流动的的电荷形成成电流。稳稳态时，带带电粒子不不断被流动动液体所带带走，固定定层电荷经经接地管道道而被中和和，此现象象有点像电电解。不同同的亲和力力，扩散与与液体流动动的综合作作用取代了了电解中的的电场作用用。影响电电量大小与与极性的因因素有：11、液体种种类及特性性；2、管管道材料及及表面光滑滑度；3、流流速、温度度、含水量量和空气、混混合物及杂杂质微粒。 七、人体静静电· 人体是最主主要的静电电源之一· 人体的活动动使部分机机械能转换换为电能，每每日耗热量量：4.118×10 7 J 10KKWh，瞬瞬间放电功功率达900KW。 · 人体对地电电阻主要由由鞋、袜、地地面决定 · 人体等效电电容：1000PF （电容有有充放电效效应） · 人体等效电电阻：1KK W (1.55K W ) · 安全静电电电压：1000V（国国标 SJJ/T 110630095）。华华为公司静静电放电控控制规范（DDKBA00.1000.00227）已采采用此标准准。 C、静电损损伤一、静电损损伤的两种种失效形式式1. 硬损损伤：又称称“突发性完完全失效”、“一次性损损坏”，约占110% 表现为器件件电参数突突然劣化，失失去原有功功能。主要要原因是静静电放电造造成过压使使得介质被被击穿，或或过流使得得内部电路路金属导线线熔断、硅硅片局部融融化等。 硬损伤可通通过常规的的性能测试试手段及时时发现，相相对软失效效而言危害害要小得多多。 2. 软损损伤：又称称“潜在性缓缓慢失效”、“多次损伤伤累积后失失效”，约占990% 受到软损伤伤的器件，虽虽然当时各各类电参数数仍合格，然然而其使用用寿命却大大大缩短了了。含有这这些器件的的产品或系系统，可靠靠性变差，可可能会在后后续过程中中（直至最最终用户）继继续遭受EESD软损损伤或其它它过应力损损伤积累而而过早地失失效。 由于软损伤伤是潜在的的，运用目目前的技术术还很难证证明或检测测出来，特特别是器件件被装入整整机产品之之后，因此此具有更大大的危害性性。这些产产品流入市市场后的维维护成本和和造成的其其它损失，将将比在生产产中发生的的直接损失失要放大几几十甚至上上百倍！ 3. ESSD损伤二二极管之金金相图二、基本的的ESD事事件1. 对器件直接接的静电放放电 <=> HBBM、MMM 2. 器件自身发发生静电放放电 <=> CDDM 3. 电场感应放放电 三、ESDD事件模型型· 人体模型（HHBM） 静电损伤伤最普遍的的原因之一一是通过从从人体或带带电材料到到静电放电电敏感（EESDS）器器件之间的的一系列有有效电阻（111.55K）发生静静电电荷的的直接转移移。当人走走过楼面时时，静电电电荷就在人人体上积累累。手指与与ESDSS器件或组组件表面的的简单接触触就可使人人体放电，可可能造成器器件损坏。用用以模拟这这类事件的的模型就叫叫人体模型型（HBMM）， 其其等效电路路如图所示示。E 高高压直流电电源 （005kVV） Rb 人人体等效电电阻 （11.5k±1%) Cb 人人体等效电电容(1000PF±±10%) Rs 充电限流流电阻(1110MM) DUT 被试器器件 K1 高高压继电器器 · 机器模型（MMM） 与与HBM事事件类似的的放电还可可发自导电电物体，例例如金属做做的工具或或设备。机机器模型源源自日本，是是试图建立立一个最恶恶劣的HBBM事件的的结果。这这个ESDD模型包含含一个2000pF的的电容，它它向未串联联阻抗的一一个元件直直接放电。与与最恶劣的的人体模型型相比，机机器模型也也许过于严严格。然而而，现实世世界确实有有该模型所所代表的情情况存在。例例如，来自自充电板组组件或自动动测试器电电缆的快速速放电。 · 带电器件模模型（CDDM） 来来自ESDDS器件的的电荷转移移也是ESSD事件。例例如，一个个器件可能能在顺着送送料器滑入入自动装配配机时被充充电。如果果它随后接接触到插头头或其它导导电表面，从从该器件到到金属物体体的快速放放电就可能能发生。这这个事件就就是带电器器件模型（CCDM）事事件，对某某些器件而而言可能比比HBM更更具破坏性性。尽管放放电持续时时间非常短短暂（通常常小于1纳纳秒），但但电流峰值值可达几十十安培 ，甚甚至数百安安培。 四、器件敏敏感度的分分级    EESD事件件导致的敏敏感器件受受损程度，主主要取决于于器件耗散散放电能量量或承受电电压的能力力，即静电电敏感度。 任一种测测试方法均均包括一个个分级体系系，定义器器件对应指指定模型的的敏感度（详详见表1，表表2和表33）。这些些分级体系系有很大的的利用价值值，它使得得我们可以以根据器件件的ESDD敏感度来来进行方便便的分组和和比较，并并确定器件件所需的EESD防护护级别。 表1 ESSDS器件件敏感度分分级人体模模型HBMM（ ESSD STTM5.11-19998） 等级 电压压范围0级 2250V1A级 2250V500VV（不含5500V）1B级 5500V10000V（不含含10000V）1C级 11000VV20000V（不不含20000V）2级 20000V40000V（不含含40000V）3A级 44000VV80000V（不不含80000V）3B级 80000V表2 ESSDS器件件敏感度分分级机器模模型MM（AANSI/ESD-S5.22-19994） 等级 电压压范围 M0级 25V M1级 225V1100V（不不含1000V） M2级 1100V200VV（不含2200V） M3级 2200V400VV（不含4400V） M4级 4400V800VV （不含含800VV） M5级 800VV 表3 ESSDS器件件敏感度分分级带电器器件模型CCDM（EEOS/EESD-DDS5.33-19993） 等级 电压压范围 C0级 125VV C1级 1125V250VV（不含2250V） C2级 2250V500VV （不含含500VV） C3级 5500V10000V（不含含10000V） C4级 11000VV20000V（不不含20000V） C5级 20000V    严严格来讲，一一个特征描描述完整的的器件应当当同时采用用人体模型型、机器模模型和带电电器件模型型这三种模模型来分级级。例如，特特征描述完完整的某器器件可能含含有下列内内容：1BB级（5000V11000VV HBMM），M11级（255V1000V MMM）和CC3级（5500V10000V CDDM）。这这在警示该该器件的潜潜在用户它它需要一个个受控的环环境，无论论是通过人人还是机器器来完成装装配和制造造操作。 我们通常依依据人体模模型按下列列标准来划划分器件的的静电敏感感度： I 级 0019999V II 级 2000039999V III 级级 40000155999VV 非静电敏感感 160000V 五、一些电电子器件的的静电敏感感度MOS FFET1002200J FETT14011000GaAs FET1003300CMOS、EEPROMM25022000HMOS505000E/D MMOS20011000VMOS3018800PROM100ECL电路路30022500SCL（可可控硅）68011000S-TTLL30022500DTL 38077000石英及压电电晶体100000    由由上表可以以看出，各各器件静电电敏感度的的范围尽管管较大，但但其下限一一般都只有有数十伏至至数百伏，低低于电子工工业生产中中操作者、工工作台面、工工具所带的的静电压，因因而有可能能发生ESSD损害。 装有静电电敏感器件件的单板也也易受静电电损伤，电电路设计、布布板、加工工均需注意意。 六、损伤实实例：1、Mottorolla MOOS大规模模集成电路路CPPU，老化化11周。开开始未采用用导电盒放放置，拒收收率为400×10n ，但从从四周后用用镀镍盒放放置，则降降为15××10n ，此实实验跟踪77个多星期期，平均为为18×10n 。 2、国内某某厂生产CCMOS电电路筛选入入库后，抽抽检发现有有5%失效效率，失效效率模式为为输入漏电电流增大。经经分析与EESD有关关，该厂生生产的CMMOS电路路在测试前前后都放置置在普通塑塑料盒内，塑塑料上的静静电荷传递递给CMOOS电路。在在测试过程程中，当器器件接触人人体或桌面面上的接地地金属时就就会引起放放电，导致致ESD损损伤而失效效，后来采采用一系列列ESD措措施、改为为防静电盒盒，现象消消失。 D、静电防防护的基本本方法一、ESDD控制的基基本原则1. 做好ESDD防护设计计：器件选选型、合理理布线、设设计保护电电路等 2. 消除和减少少静电的产产生：减少少或消除静静电产生的的过程、维维持过程和和材料处于于等电势等等 3. 使静电荷泻泻放与中和和：使用静静电导体、接接地、电离离器来泻放放与中和静静电 4. 保护产品免免遭ESDD伤害：使使用防静电电材料包装装和储运 二、防静电电区设计原原则1. 抑制静电荷荷的积累和和静电压的的产生。如如设备、仪仪器、工装装不使用塑塑料、有机机玻璃、普普通塑料袋袋。 2. 安全、迅速速、有效地地消除已产产生的静电电荷，使 用有绳防防静电腕带带、防静电电椅、防静静电周转车车、防静电电周转箱。 3. 保证静电压压小于1000V。 三、防静电电系统要素素1、地面     防防静电地面面（防静电电水磨石，防防静电地板板）体电阻阻10 55 100 9，敷设地地线网。 2、工位3、接地     aa、防静电电工作区必必须有安全全可靠的防防静电接地地装置，地地电阻小于于4 。防静电电地线不得得与电源零零线相接，不不得与防雷雷地线共用用，使用三三相五线制制供电时，其其地线可以以作防静电电地线。      b、工作作台面、地地垫、坐椅椅和其它导导静电的EESD保护护设施均应应通过限流流电阻接入入地线，腕腕带等应通通过工作台台顶面接地地点与地线线连接，工工作台不可可相互串联联接地。      c、防静静电工作区区接地系统统，包括限限流电阻和和连接端子子应连接可可靠并具有有一定载流流能力，限限流电阻阻阻值选择应应保证漏泄泄电流不超超过5mAA ，下限限值取为11M 。 4、温湿度度      2030，相对湿湿度3070%。 5、增湿     增增湿器使空空气潮湿，防防止静电荷荷积累，此此法不适于于增湿后会会产生有害害影响的场场地。 6、电离器器     不能有效效地泄放静静电荷的场场合，可采采用电离器器通过空气气中的正负负离子来防防止和中和和元器件和和其它物体体上电荷 积累，电电离能力大大于 2550V/ss 。 7、人体      穿防静电电工作服、工工作鞋，戴戴有绳防静静电腕带、手手套、指套套等。 (为什么我我们要禁止止使用无绳绳防静电腕腕带？) 8、包装      静电敏感感器件应采采取防静电电保护性包包装，如防防静电袋、防防静电盒等等。 9、贮存、运运输     静电敏敏感器件必必须存放在在防静电容容器（箱、袋袋）内，并并用防静电电运输工具具（箱、车车）周转。贮贮运中要远远离静电场场、电磁场场或放射场场，如电脑脑显示器顶顶部。 四、防静电电操作规程程（略）五、ESDD标识1. 警示符号 (1) (2) (3) ANSI ESD S8.11-19993 ：(1)静电电敏感 ；(2)静静电防护 EIA：(1) 中国电子行行业标准电电子设备制制造防静电电技术要求求SJ/T：(11)，(33) 一些制造商商用“闪电”符号来表表示ESDD敏感，但但由于这个个符号容易易与电气安安全符号混混淆，故不不提倡在防防静电领域域使用。类类似地，常常用于表示示ESD防防护的带三三个指入箭箭头的圆环环，由于它它通指电磁磁、电磁辐辐射或静电电场，也不不提倡在防防静电领域域使用。 2. 文字说明 · "Do NNot OOpen Exceept aat a Stattic-ssafe Workktstaaion." (iinterrior(unitt) paacks and conttaineers ffor sstoraage oor inn-plaant ttranssfer) · "CAUTTION NOTEE：Thiis eqquipmment conttainss parrts aand aassemmbliees seensittive to ddamagge byy eleectroostattic ddischhargee(ESDD). UUse EESDprrecauutionnary proccedurres wwhen toucchingg,remmovinng,orr inssertiing."" (Exxteriior ppackss) E、防静电电材料的常常用测试方方法与时效效性1、摩擦起起电法：用用棉布单向向摩擦被测测物体表面面20次，速速度1200次/分，随随即测试其其表面静电电压。 2、阻抗测测量法：小小于10110 W 为好。 3、衰减常常数 RCC 红色塑料袋袋与红色泡泡沫时效期期半年，不不能在阳光光下晒，黑黑色防静电电箱5年，装装IC塑料料管也有时时效性。 F、生产现现场近期发发现的问题题一、 流水水线 1. 用户线插件件工段元件件盒盛装的的电容表面面静电压2200V 2. 电路板在经经过用户线线回流焊后后第二工位位有机玻璃璃时，板上上电压由440V骤升升至20000V 3. 配套部部件件车间新线线体工装板板表面静电电压实测高高达20000V 4. 无线制造部部两条流水水线（日东东公司提供供）皮带表表面静电压压高达15500V 二、自动线线体与工装装 1. FT自动测测试线测试试部位的回回转链爪表表面静电压压高达5000V 2. ICT测试试部分工装装的内表面面电阻达11011三、SMTT5线IPPQC工位位防静电台台垫接地线线断开，电电路板放置置于书本上上 四、自自动货柜、GGSM库周周转车防静静电垫正反反面颠倒使使用 五、部部分用透明明塑料盘式式包装的二二极管在SSMT进料料中测得盘盘带表面静静电压4550V 六六、从华为为电气流入入电装的红红色泡沫垫垫，部分已已失效，阻阻值高达11011 七、从从外协厂流流入的兰色色防静电塑塑料袋，内内袋短于隔隔震外套，且且没有屏蔽蔽功能 G、静电测测试常用仪仪器1. 非接触式静静电测量仪仪：测表面面静电压，可可检查静电电是否存在在及其泻放放效果 2. 表面电阻测测量仪：测测表面电阻阻，可判断断是否为防防静电材料料 3. 防静电腕待待测试仪：检测腕带带的有效性性 4. 人体综合电电阻测试仪仪：检测人人体系统电电阻 H、ESDD项目小组组的主要工工作1. 统筹生产现现场的ESSD整改 2. 已制订静静电放电控控制规范（DDKBA00.1000.00227） 3. 已归档ESSD通用操操作指导书书（环境；仪器、设设备、工具具、工装；工作台；人员；包包装、存储储、转运；测试方法法） 4. 已编写ESSD专用操操作指导书书，正在归归档 5. 建立现场监监控与稽查查制度 6. 静电敏感器器件的分类类 7. 建立防静电电用品的认认证与申购购流程 8. 完善ESDD培训与考考核制度 9. 完善ESDD日常管理理体系 I、参考资资料1. 静电防护技技术简介 华为电气气 李文秋秋 2. ESD控制制 原著 The ESD Assoociattion 刘红春等等译 3. 华为公司静静电放电控控制大纲 DKBAA0.1000.00027 刘刘红春等 4. 电子产品防防静电技术术 清华大大学 贾松松良教授 5. ESD FFrom A too Z (2nd Edittion) Johhn M. Kollyer Donaald EE. Waatsonn  Coppyrigght©20011-20002 HUUAWEII TECCH 版权所所有©20011-20002  华为技技术