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1、惠州德信诚培训中心惠州德信诚培训中心 TEL:0752-2279690 18923606035 TEL:0752-2279690 18923606035 杨小姐杨小姐惠州培训网惠州培训网 http:/http:/ E-MAILE-MAIL：电子器件与产品的静电防护电子器件与产品的静电防护课堂要求 欢欢迎迎阁阁下下参参加加本本次次惠惠州州德德信信诚诚培培训训中中心心课课程程，本本课课程程将将为为您您打打下下一个良好的基础，提高您的能力和水平。请注意以下的几点：一个良好的基础，提高您的能力和水平。请注意以下的几点：1、手机、手机 请将您的手机开为振动或关闭。请将您的手机开为振动或关闭。2、吸烟、吸
2、烟 在课堂内请不要吸烟。在课堂内请不要吸烟。3、其它、其它 课期间请不要大声喧哗课期间请不要大声喧哗,举手提问；举手提问；不要随意走动。不要随意走动。电子器件与产品的静电防护电子器件与产品的静电防护1静电敏感器件2静电对电子产品生产的影响3静电防护与测试模型人体模型机器模型荷电器件模型4器件静电指标与敏感性分类5静电测试（JESD22-A114-B）引言电子产品静电危害的特点1.损伤具有隐蔽性:电子产品的静电危害,人体带电是主要原因.1-2KV的人体静电,对人而言放电感受几乎没有,而对电子元器件却是致命的.2.失效分析的复杂性:电子产品有精,细,小特点,失效分析相当困难,静电损伤易于其他损伤混
3、淆.3.损伤具有潜在性:有些元器件在损伤后并不马上表现出来,只是性能的下降,并不马上失效.4.损伤的随机性:只要电压超过或接近静电敏感电压阈值,就可能发生静电损伤,在生产的各个环节都可能发生.电子产品静电危害的特点一些电子器件的典型电压值(伏)器件类型耐静电放电阈值器件类型耐静电放电阈值VMOS30-1800ECL300-2500MOSFET100-200JFET140-1000GaAsFET100-300SCL680-1000PROM100STTL300-2500CMOS250-2000DTL380-7000HMOS50-500肖特基二极管300-3000E/DMOS200-1000双极型晶
4、体管380-7000MOS器件电子元器件经典损伤失效类型1突发性完全失效自身短路,开路,功能丧失,参数变异电压相关失效:介质击穿,PN节反向漏电等功率失效:金属条烧断,硅片局部区域融化,PN节边缘损伤等等,这类失效占静电损伤的10%2潜在性缓慢失效带电体电位或能量较低,静电放电有限流电阻,一次放电没完全损伤失效,使器件内部轻度损伤,但有累计效应,使器件性能变坏,可能突然失效.难以检测和筛选,使构成的产品品质受影响.电子元器件主要损伤机理热二次击穿,又叫雪崩衰变,热量散不走,积聚下来,融化器件局部而短路.金属导电层融化介质击穿气体电弧放电表面击穿体击穿静电损伤与器件结构的关系结构特点元器件类型失
5、效特征失效机理MOS结构lMOS场效应晶体管（分立式）2MOS集成电路3有金属跨接的半导体器件a数字集成电路（双极型和MOS）b线性集成电路（双极型和 MOS）4MOS电容器a混合电路 b线性集成电路短路（大的漏员电流）过电压引起介质击穿半导体结1二极管（PN、PINN、肖特基）2双极型晶体管3结型场效应晶体管4硅晶体闸流管5双极型集成电路（数字的和线性的）6MOS场效应晶体管和MOS集成电路的输人保护电路短路（失去二极管或晶体管作用）由于能量过大或过热引起的微等离子区二次击穿造成的微扩散。因SI和AL的扩散引起电流束的增大（电迁移）静电损伤与器件结构的关系结构特点元器件类型失效特征失效机理膜
6、电阻器1混合集成电路a厚膜电阻器b薄膜电阻器2单片集成电路：薄膜电阻器3密封的膜电阻器电阻漂移介质击穿，与电压相关的新电流通路（仅对厚膜电阻器），与焦耳热能量相关的微电流通路的破坏（其他电阻器）金属化条1混合集成电路2单片集成电路3流状覆盖式晶体管开路与焦耳热相关的金属化层烧毁场效应结构和非导电性盖板采用非导电石英或陶瓷封装盖板的大规模集成电路和存储器集成电路，尤其是紫外线可编程只读存储器工作性能降低由于静电放电（电荷注人介质材料）使表面产生离子淀积，引起表面反型或栅阈电压漂移压电晶体1晶体振荡器2声表面波器件工作性能降低当所加电压过大时由于机械力作用使晶体破裂间距很近的电极未钝化的薄金属，无
7、保护的半导体，微电路和声表面波器件工作性能降低电弧放电使电极金同烧熔和熔融半导体厂家器件的防ESD设计对许多集成电路,厂家在器件的输入/输出口上多佳了一些防静电保护电路,使器件的防静电能力大大提高.一般器件的说明书中均指明其对静电的损伤阈值.为了减少保护电路占的面积,提高集成度,降低成本,各家有其独有的技术,对通用集成电路,有相应的国际或企业的防静电标准.防护电路是不能杜绝静电损伤的.错误的理念:因选用高损伤阈值器件,对ESD防护可以放松!常用器件的ESD输入输出防护电路输入电路常用器件的ESD输入输出防护电路输出电路电子产品加工和制造的静电荷源物体或工艺加工材料或活动工作表面1封腊、涂漆或没
8、漆表面2普通乙烯树脂或塑料地板1密封用混凝土2打腊抛光木板3普通乙烯树脂基砖或薄板工作服1普通洁净室工作服2普通合成料服装3非导电工作鞋4纯棉工作服（当RHM30时，洁净棉制品被认为是静电源）电子产品加工和制造的静电荷源物体或工艺加工材料或活动椅子1普通油漆木椅2乙烯基或玻璃纤维椅包装和操作1普通塑料口袋、罩、封皮，胶带2普通泡沫容器、泡沫材料3普通塑料托盘、塑料转运盒、瓶、元件存储器具4拉伸和收缩薄膜包装操作组装、清洗、测试和维修区1喷雾清洗器2普通塑料焊料吸管3带有不接地焊头的烙铁4溶剂刷子（人造硬毛）5 用液化或蒸发来清洗或干燥6 烘箱7低温喷雾8热喷雾枪或热吹风机9 喷砂10静电复印机
9、11阴极射线管（示波器或显示器）静电位水平静电产生原因静电电位（KV）RH（1020%）RH（6590）%人在地毯上走动3515人在乙烯树脂地板上行走12025人在工作台上操作60l包工作说明书的乙烯树脂封皮706从工作台上拿起普通聚乙烯袋2012从整有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起1815小结电子产品的生产过程中,处处可能产生对器件造成损伤的静电.器件的静电敏感与器件的结构有关,尽管采用输入输出保护电路,但仍在静电的损伤范围.错误的观念:采用高阈值的器件,静电防护可以放松!二静电对电子产品生产的影响静电对电子产品的影响1对产品的可能损伤,要求必须在产品整个生命周期中予以考虑.-设计,元器件和原
10、材料,加工,制造,测试,包装,运输,客户的各种可能使用环境,以及以后的维护和维修等2静电作为一个无形杀手,是电子产品失效的主要原因之一.静电放电控制大纲-(GJB1649-93)制大纲计划分级设计保护（不包括零件设计）保护区操作程序保护罩培训硬件标记文件包装质量保证规定检查和评审失效分析设计YESYESYESYESYESYESYESYESYESYESYES生产YESYESYESYESYESYESYESYESYESYES检查和试 验YESYESYESYESYESYESYESYESYESYES贮存和运 输YESYESYESYESYESYESYESYESYES安 装YESYESYESYESYESYE
11、SYESYESYES维护和修 理YESYESYESYESYESYESYESYESYESYES电子产品的静电防护设计内容产品设计元器件的静电防护设计电路印制版组件的经典防护设计电子整机与系统的静电防护设计过程设计准备过程设计(采购,入库检测,库房管理,生产前预加工等等)加工过程设计(生产线,测试线,老化房,半成品库存与保管等)运输,安装与维护过程设计)必须建立静电防护操作系统建立的目的:对静电敏感电子产品设计,加工,制造,安装,运输,失效分析,捆扎,包装,达标或挂标签等活动中,用手或工具接触产品时,遵守的静电防护特殊程序与方法,使静电损失最小系统主要内容:训练有素并穿戴防静电衣服、鞋、帽和佩戴防
12、静电腕带的操作人员。满足防静电性能要求的工具、器具、材料和加工设备、仪表。受控和满意的环境条件，包括湿度、温度、气压、电磁、接地等。一套行之有效并得到贯彻实施的管理制度和操作程序、方法。述4个条件概括了实现静电防护操作的各项主、客观要素，体现了人与物、软件与硬件的结合防静电操作系统基本配置表元器件待验及 元老 器化 件筛 检选 验工器件库房元器件预处理设计工艺实验室装配调试机房维修外场维修运输防静电元件存放架配配配配配配静电识别标签配配配配配配配配防静电元件盒（袋）配配配配配配配配配防静电桌垫配配配配配配配配配防静电地垫需需需需配防静电周转箱配配需配需配需配防静电运输车需配需需需配需需配防静电
13、工作服配配配配配配配配配需配器材配置项配置部位防静电操作系统基本配置表(续)防静电腕带配配配配配配配配配配腕带监视器需需需需需导电鞋束需需需需配需防静电工作鞋需需需需需配配配需防静电工作手套配配配配配配配配配配需防静电烙铁配配配配配防静电吸用器配配配配配防静电印制板架配配配配需配静电电压表需配配配需需元器件待验及 元老 器化 件筛 检选 验工器件库房元器件预处理设计工艺实验室装配调试机房维修外场维修运输防静电操作系统基本配置表(续)离子风静电消除器需配需需配需配需防静电维修箱（包）配防静电海绵泡沫需配需配需需需配防静电接大地线（带）配配配配配配配配配配防静电工作区标志牌配配配需需配配配配防静电
14、文件袋配配配配配配配配需抗静电剂（溶液）需需需需需需需配需静电监测设备配需需配配配元器件待验及 元老 器化 件筛 检选 验工器件库房元器件预处理设计工艺实验室装配调试机房维修外场维修运输防静电工作区操作系统配置实例图内各符号代表意识AI一能够接地的轮子A3一能够接地的工作表面BI一腕带试验器B2一鞋袜试验器CI一腕带接线和腕带C2一接地线C3一静电放电接大地装置C4一地CS一大地连接点C6一能够接地的点C7一手套CS一足跟带DI一电离器EI工作面FI一带接地脚和靠垫的椅子G1一地板HI一工作服H2一工作帽I1一具有接地工作面的搁板I2一能够接地的物品架J一防护工作区警示标记个人工作台静电配置静
15、电耗散工作服静电耗散台布接地的静电耗散座椅接地的静电耗散地板垫电导性地板导电鞋或防静电脚腕接地的静电耗散工作台防静电手腕测试器防静电手腕离子发生器静电放电对产品性能的影响静电放电不管发生发生在产品的哪个环节,对产品性能的影响都是很明显的1可靠性-平均无故障时间,产品的使用环境和范围2可生产性-生产环境,人员素质需求以及产品生产直通率3可维护性-产品维护条件和环境4产品生命周期成本-三静电防护与测试模型在生产和操作中的静电放电是随机的,当然充电和放电也是参数不确定的.为了能建立电子器件和产品的抗静电放电性能,需建立静电放电模拟测试系统.同时对抗静电放电的性能,业界也要有相同的标准.模拟测试系统必
16、须能反映实际静电放电情形来建立.大量的放电现象,如果归结为一些模型,对生产和研究具有重要的意义.经过多年的不断努力,人们把电子产品生产中常见的静电放电现象归结为常用的三个模型:人体模型,机器模型,充电器件模型.并由此形成了一系列国际标准和国家标准.如JEDECNo.22-114-B等静电模型的实例反映人体模型(HBM)-HumanBodyModel人体带电,与对接触地的器件,或器件的管脚间放电.能量不大,但时间快.一般10-100纳秒机器模型(MM)-MachineModel机器因接地不良等原因带电,对接触的器件放电.积聚的电荷可能很多.但静电电压较底.为高幅度短脉冲.充电器件模型(CDM)-
17、ChargedDeviceModel器件接触带电体而带电,遇到地等产生放电,可在内部形成高压,产生击穿.电场感应模型(FIM)-器件放于强电场中,在内部形成电压,击穿介质,三静电防护与测试模型-人体模型人体测试模型(HBM)人体测试模型的重要参数100pF的电容,通过开关元件和1500欧姆串联电阻向器件放电.电容为人体等效电容,要求10%的误差.电阻为人体的等效电阻,要求1%的误差.充电电阻一般为1-10M欧姆,高压继电器要求用无跳动型继电器,湿贡继电器或等效继电器.人体模型细化等效电路Cs为电阻和接插件的杂散电容理想为0.L1为电阻和接插件的杂散电感理想值为0Ct和RL为器件等效电容和电阻人
18、体模型的放电波形2000V,0欧姆电阻放电波形人体模型的实际放电波形放电电流(安培)时间(纳秒)三静电防护与测试模型-机器模型机器模型与HBM相比无人体内阻,特殊的HBM机器模型的实际放电波形三静电防护与测试模型-充电器件模型Charged-DeviceMode靜電放電可能發生的情形。IC自IC管中滑出後，帶電的IC腳接觸接到地面而形成放電現象。Charged-DeviceMode靜電放電可能發生的情形。IC自IC管中滑出後，IC腳朝上，但經由接地的金屬工具而放電IC在各種角度下的等效雜散電容值电场感应模型(FIM)机器模型的实际放电波形三种模型放电波形比较人體放電模式(2-KV)，機器放電模
19、式(200V)，與元件充電模式(1-KV)放電電流的比較圖四静电敏感器件分类-人体模型根据器件的静电敏感程度,把器件进行了分类.供分为三类HMBESDSComponentClassification类类 (Class)电压区域电压区域02501A250to5001B500to10001C1000to200022000to40003A4000toor+8000四静电敏感器件分类-机器模型根据器件的静电敏感程度,把器件进行了分类.供分为四类ESDSComponentSensitivityClassification-MachineModel(PerANSI/ESD-S5.2-1999)ClassV
20、oltage RangeClassM1100voltsClassM2100voltsto200voltsClassM3200voltstoor=400volts四静电敏感器件分类-充电器件模型根据器件的静电敏感程度,把器件进行了分类.供分为七类ESDSComponentSensitivityClassification-ChargedDeviceModel(PerEOS/ESD-DS5.3-1996)ClassVoltage RangeClassC1125voltsClassC2125voltsto250voltsClassC3250voltsto500voltsClassC4500volts
21、to1,000voltsClassC51,000voltsto1,500voltsClassC61,500voltsto2,000volts敏感度类型元 器 件 类 型I微波器件（肖特基垫垒二极管、点接触二极管和其他工作频率大于 IGHZ的检测二极管）分立 MOS场效应晶体管（MOS FET）,声表面波器件（SAM）,结型场效应晶体管（JFET）电荷谓合器件（CCD）精密稳压二极管（线或负载电压调整单小于05）,运算放大器（OP AMP）,薄膜电阻器,集成电路（IC）,使用l类元器件的混合电路,超高速集成电路（VHSIC）环境温度100C时，IT0175A的同流晶体管（SCR）II按照分类试验
22、的实际数据确定为I类的下列器件：分立 MOS场效应晶体管（MOS FET）;结型场效应晶体管（JFET）;运算放大器（OP AMP）集成电路（IC）;超高速集成电路（VHSIC）;精密电阻网络（RZ）;使用二类元器件的混合电路低功率双极型晶体管（PtotM100mW；IcM100mA）III按照分类试验的实际数据确定为II巨类的下列器件：分立 MOS场效应晶体管（MOS FET）;运算放大器（OP AMP）;集成电路（IC）超高速集成电路（VHSIC）;所有未包括在1类和压类中的其他微电路PKMIW或IOIA的小信号二极管IV普通要求的硅整流器I。0175A的间流晶体管（SCRS）350mWM
23、PDt100mw且 400mAIC100mA的低功率双极型晶体管光电器件（发光二极管、光敏器件、光耦合器）片状电阻器使用III类元器件的混合电路压电晶体元件器件按类型对静电敏感性分类组件以及整机静电设计要求GJB1649-93规定组件设计要能为最敏感的器件提供2000V的静电防护保护;整机设计应能为最敏感的器件提供4000V的静电防护保护组件要达到二类标准整机要达到三级标准.组件测试和整机测试要按其要求进行测试.5静电测试（JESD22-A114-B为例）静电测试要注意1明确测试对象-物料品类,样品选择2明确测试模型和标准,设计好测试参数3使用符合要求的测试仪器和装置4采用规范化的测试步骤5进
24、行规范化的测试记录与分析JESD22-A114-BJESD22-A114-B是JEDEC固体技术协会发布的静电放电敏感测试人体模型标准.B版本为2000年六月发布.要求:如:示波器:350M带宽,4CM/NS的虚拟写入速度电流探头:脉冲电流带宽350MHz.有1000MHz的带宽,12安培的脉冲电流能力,小于1ns的上升时间放电波形也有要求JESD22-A114-B波形参数要求管脚组合管脚的四种组合电源管脚与其他管脚的四种组合的意义PS-mode:VSS脚接地，正的ESD电压出现在该I/O脚对VSS脚放电，此时VDD与其它脚皆浮接；NS-mode:VSS脚接地，负的ESD电压出现在该I/O脚对
25、VSS脚放电，此时VDD与其它脚皆浮接；PD-mode:VDD脚接地，正的ESD电压出现在该I/O脚对VDD脚放电，此时VSS与其它脚皆浮接；ND-mode:VDD脚接地，负的ESD电压出现在该I/O脚对VDD脚放电，此时VDD与其它脚浮接。PINTOPIN测试Positive-mode:正的ESD电压出现在某一I/O脚，此时所有其它I/O脚皆一起接地，但所有的VDD脚与VSS脚皆浮接；Negative-mode:负的ESD电压出现在某一I/O脚，此时所有其它I/O脚皆一起接地，但所有的VDD脚与VSS脚皆浮接。Analog Pin的静电放电测试的静电放电测试Positive-mode:正的E
26、SD电压出现在差动输入级的正输入脚位，此时差动输入级的负输入脚接地，但其它所有I/O脚以及VDD与VSS脚皆浮接；Negative-mode:负的ESD电压出现在差动输入级的正输入脚位，此时差动输入级的负输入脚接地，但其它所有I/O脚以及VDD与VSS脚皆浮接。CDM测试管脚组合Positive-mode:整颗IC处于浮接状态，IC的基体(Substrate)先被充电而具有正极性的电压，然后该C的任一脚位以直接接地的方式放电；Negative-mode:整颗IC处于浮接状态，IC的基体(Substrate)先被充电而具有负极性的电压，然后该IC的任一脚位以直接接地的方式放电。静电放电测试方式静
27、电放电测试方式在每一测试模式下，IC的该测试脚先被打上(Zap)某一ESD电压，而且在同一ESD电压下，IC的该测试脚必须要被Zap三次，每次Zap之间的时间间隔约一秒钟，Zap三次之后再观看该测试脚是否己被ESD所损坏，若IC尚未被损坏则调升ESD的电压，再Zap三次。此ESD电压由小而逐渐增大，如此重复下去，直到该IC脚己被ESD所损坏，此时造成IC该测试脚损坏的ESD测试电压称为静电放电故障临界电压(ESDfailurethreshold)静电放电测试方式静电放电测试方式(1).放电次数=3Zaps.(5Zaps,theworstcase)(2).每次加压 增量VESD=50V(100V
28、)forVZAP1000V(3).StartingVZAP=70%ofaveragedESDfailurethreshold(VESD)如果每次调升的ESD测试电压调幅太小，则测试到IC脚损坏要经过多次的ESD放电，增长测试时间;若每次调升的ESD测试电压太大，则难以较精确测出该IC脚的ESD耐压能力。因此，有一测试经验法则如表3.2-1所示，当ESD测试电压低于1千伏特时，每次ESD电压增加量为50V(或100V)；当ESD测试电压高于1千伏特时，每次ESD电压增加量为100V(或250V)。而ESD测试的起始电压则从平均ESD故障临界电压的70%开始三个ESD损伤基本判别方法绝对漏电流：当
29、IC被ESD测试后，其Input/Output脚的漏电电流超过1A(或10A)。漏电电流会随所加的偏压大小增加而增加，在测漏电电流时所加的偏压有人用5.5V(VDDX1.1)，也有人用7V(VDDX1.4)。相对I-V漂移：当IC被ESD测试后，自Input/Ouput脚看进IC内部的I-V特性曲线漂移量在30%(20%或40%)。功能观测法:先把功能正常且符合规格之IC的每一支脚依测试组合打上某一电压准位的ESD测试电压，再拿去测试其功能是否仍符合原来的规格静电放电测试结果的判读静电放电测试结果的判读某一IC的ESD测试实际结果(单位:V)接地脚VDD(+)PD-modeVDD(-)ND-m
30、odeVSS(+)PS-modeVSS(-)NS-mode测试脚22500-1000500OK31750-500500OK4VDDVDDVDDVDD57250OK7000OK67000OK7000OK74250-5004000-575085000-25004500-300093000OK4500-700010OKOK7500OK117250OK7250OK122000-1000500OK132250-750500OK142250OK750OK156500-750500OK161500OK500OK17VSSVSSVSSVSS如何判读测试脚4是VDD，测试脚17为VSS，其它为Input或Out
31、put脚。表中OK表示其ESD耐压超过8KV以上。对Input/Output脚有四种测试模式，我们看第7脚，其ESD耐压分别为4250V(PD-mode)，-500V(ND-mode)，4000V(PS-mode)，以及-5750V(NS-mode),此第7脚的静电放电故障临界电压(ESDfailurethreshold)定义为其四种测试模式下的最低值，即此第7脚的ESDfailurethreshold为500V。另外，我们再看第11脚，其ESD耐压分别为7250(PD-mode)，超过8000V(ND-mode)，7250(PS-mode)，以及超过8000V(NS-mode)，此第11脚的
32、ESDfailurethreshold为7250V。依此类推，每一脚都有其ESDfailurethreshold。而此颗IC的ESDfailurethreshold定义为所有IC脚中ESDfailurethreshold最小的那个电压值，因此，该颗IC的ESDfailurethreshold仅达500V。即使有些脚的ESD耐压可达七千多伏特，这颗IC的静电放电故障临界电压仍定义为500V。抽样测试的取样IC制程特性有时会有小幅的(10%)漂移，因此每颗IC之间的特性可能会有些微的不同，其ESD耐压特性也可能会有差异。要有意义的产品质量管理，在一批相同的IC中，要随机取样一些IC做ESD耐压测试
33、，在每样测试中所挑选的IC数目至少大于5颗。在这些ESD耐压测试的IC中，每一颗都可找出该颗IC的ESDfailurethreshold，可能每一颗之间的ESDfailurethreshold都不太相同，这时我们定义其中最低的ESDfailurethreshold为该批IC的ESDfailurethreshold。当取样的数目越多，该批IC的ESDfailurethreshold越精确。惠州德信诚培训中心惠州德信诚培训中心 TEL:0752-2279690 18923606035 TEL:0752-2279690 18923606035 杨小姐杨小姐惠州培训网惠州培训网 http:/ E-MAILE-MAIL：