ESD EM Eye Meter Usage Training

1、The Future of Analog IC Technology Confidential 什么是靜電？ 靜電有哪些危害？ 什么是靜電損傷？ 靜電有哪些特點(diǎn)？ 靜電放電（ESD）的分類 器件敏感度 EM Eye的介紹及使用 SRM監(jiān)測數(shù)據(jù)The Future of Analog IC Technology Confidential 什么是靜電？ 靜電就是物體表面過?；虿蛔愕南鄬o止電荷，它是電能的一種表現(xiàn)形式。靜電是正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果，是通過電子轉(zhuǎn)移而形成的。這些不平衡的電荷，就產(chǎn)生了一個(gè)可以衡量其大小的電場，稱為靜電場，它能影響一定距離內(nèi)的其它物體，使之感應(yīng)帶電，影響距離

2、之遠(yuǎn)近與其電量的多少有關(guān)。 The Future of Analog IC Technology Confidential 靜電有哪些危害？ 就電子工業(yè)而言，靜電放電能夠改變半導(dǎo)體器件的電氣特性，使之退化或者完全毀掉。靜電放電還可能干擾電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致器件故障或癱瘓。 1、第一艘阿波羅載人宇宙飛船，由于靜電放電(ESD)導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸，三名宇航名全部喪生。 2、日本IC生產(chǎn)中的不合格器件有45%是由靜電造成的。 3、88年美國因ESD影響損失50億美元。 4、90年代初北京某公司試生產(chǎn)的高檔數(shù)字萬用表，由于IC沒注意防靜電，使其產(chǎn)品大部分不合格。 The Future of Analo

3、g IC Technology Confidential5、工業(yè)領(lǐng)域的有關(guān)專家曾作過估計(jì)，由于靜電所造成的平均產(chǎn)品損失大約在833%之間，見下表：靜電平均損失報(bào)告 描述描述最小損失最小損失最大損失最大損失估計(jì)平均損失估計(jì)平均損失制造商4%97%16-22%分包商3%70%9-15%承包商2%35%8-14%用戶5%70%27-33%數(shù)據(jù)來源： Stephen HalperinGuidelines for Static Control Management，Eurostat，1990 The Future of Analog IC Technology Confidential 靜電損傷靜電損傷

4、的兩種失效形式 1. 硬損傷：又稱“突發(fā)性完全失效”、“一次性損壞”，約占10% .表現(xiàn)為器件電參數(shù)突然劣化，失去原有功能。主要原因是靜電放電造成過壓使得介質(zhì)被擊穿，或過流使得內(nèi)部電路金屬導(dǎo)線熔斷、硅片局部融化等。 硬損傷可通過常規(guī)的性能測試手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)，相對軟失效而言危害要小得多。 2. 軟損傷：又稱“潛在性緩慢失效”、“多次損傷累積后失效”，約占90% .受到軟損傷的器件，雖然當(dāng)時(shí)各類電參數(shù)仍合格，然而其使用壽命卻大大縮短了。含有這些器件的產(chǎn)品或系統(tǒng)，可靠性變差，可能會在后續(xù)過程中（直至最終用戶）繼續(xù)遭受ESD軟損傷或其它過應(yīng)力損傷積累而過早地失效。 由于軟損傷是潛在的，運(yùn)用目前的技術(shù)還很

5、難證明或檢測出來，特別是器件被裝入整機(jī)產(chǎn)品之后，因此具有更大的危害性。這些產(chǎn)品流入市場后的維護(hù)成本和造成的其它損失，將比在生產(chǎn)中發(fā)生的直接損失要放大幾十甚至上百倍！ The Future of Analog IC Technology Confidential 靜電有哪些特點(diǎn)？高電位高電位：可達(dá)數(shù)萬至數(shù)十萬伏，操作時(shí)常達(dá)數(shù)百和數(shù)千伏（人通常對3.5KV以下靜電不易感覺到） 低電量低電量：靜電流多為微安級（尖端放電例外） 作用時(shí)間短作用時(shí)間短：微秒級 受環(huán)境影響大受環(huán)境影響大：特別是濕度，濕度上升則靜電積累減少，靜電壓下降，如下表： 產(chǎn)生方式產(chǎn)生方式 10-25% RH 65-90% RH在地毯

6、上行走 35000V1500V在乙烯瓦上行走12000V250V坐在椅子上的工人 6000V100V從椅子上拿起滌綸包20000V1200V帶有聚氨酯泡沫的椅子18000V1500VThe Future of Analog IC Technology Confidential 靜電放電靜電放電(ESD)現(xiàn)象現(xiàn)象 靜電放電（靜電放電（ESD- Electro Static Discharge ），就是），就是具有不同靜電勢的實(shí)體之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。具有不同靜電勢的實(shí)體之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。因ESD產(chǎn)生的原因及其對集成電路放電的方式不同，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，ESD放電模型分下列四類:(1) 人體放電模式 (Hum

7、an-Body Model, HBM)(2) 機(jī)器放電模式 (Machine Model, MM)(3) 組件充電模式 (Charged-Device Model, CDM)(4) 電場感應(yīng)模式 (Field-Induced Model, FIM)The Future of Analog IC Technology Confidential人體放電模式(HBM)的ESD是指因人體在地上走動(dòng)磨擦或其它因素在人體上已累積了靜電，當(dāng)此人去碰觸到IC時(shí)，人體上的靜電便會經(jīng)由IC的腳(pin)而進(jìn)入IC內(nèi)，再經(jīng)由IC放電到地去，如圖 (a)所示。此放電的過程會在短到幾百毫微秒(ns)的時(shí) 間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培

8、的瞬間放電電流，此電流會把IC內(nèi)的組件 給燒毀。 不同HBM靜電電壓相對產(chǎn)生的瞬間放電電流與時(shí)間的關(guān)系 顯示于圖 (b)。對一般商用IC的2-KV ESD放電電壓而言，其瞬間放電電流的尖峰值大約是1.33 安培。 圖（a） 圖（b）The Future of Analog IC Technology Confidential關(guān)于HBM的ESD已有工業(yè)測試的標(biāo)準(zhǔn)：圖（c）顯示工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (MIL-STD-883C method 3015.7)的等效電路圖，其中人體的 等效電容定為100pF，人體的等效放電電阻定為1.5K。表（1）是國際電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(EIA/JEDEC STANDARD) 對人體放

9、電模式訂定測試規(guī)范(EIA/JESD22-A114-A)。 圖（c） 表（1）The Future of Analog IC Technology Confidential機(jī)器放電模式的ESD是指機(jī)器(例如機(jī)械手臂)本身累積了靜電，當(dāng)此機(jī)器去碰觸到IC時(shí)，該靜電便經(jīng)由IC的pin放電。因?yàn)闄C(jī)器是金屬，其等效電阻為0，其等效電容為200pF。由于機(jī)器放電模式的等效電阻為0，故其放電的過程更短，在幾毫微秒到幾十毫微秒之內(nèi)會有數(shù)安培的瞬間放電電流產(chǎn)生。此機(jī)器放電模式工業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)為 EIAJ-IC-121 method20，其等效電路圖和等級如下：The Future of Analog IC Tec

10、hnology Confidential 2-KV HBM與200-V MM的放電比較如圖，雖然HBM的電壓2 KV比MM的電壓200V來得大，但是200-V MM的放電電流卻比2-KV HBM的放電電流來得大很多，放電電流波形有上下振動(dòng)(Ring)的情形，是因?yàn)闇y試機(jī)臺導(dǎo)線的雜散等效電感與電容互相耦合而引起的。因此機(jī)器放電模式對IC的破壞力更大。The Future of Analog IC Technology Confidential此放電模式是指IC先因磨擦或其它因素而在IC內(nèi)部累積了靜電，但在靜電累積的過程中IC并未被損傷。此帶有靜電的IC在處理過程中，當(dāng)其pin去碰觸到接地面時(shí)，I

11、C內(nèi)部的靜電便會經(jīng)由pin自IC內(nèi)部流出來，而造成了放電的現(xiàn)象。 此種模式的放電時(shí)間更短，僅約幾毫微秒之內(nèi)，而且放電現(xiàn)象更難以真實(shí)的被模擬。The Future of Analog IC Technology ConfidentialCDM模式ESD可能發(fā)生的情形顯示： (1) IC自IC管中滑出后，帶電的IC腳接觸接到地面而形成放電現(xiàn)象。 (2) IC自IC管中滑出后，IC腳朝上，但經(jīng)由接地的金屬工具而放電。 (1) (2)The Future of Analog IC Technology ConfidentialFIM模式的靜電放電發(fā)生是因電場感應(yīng)而起的。當(dāng)IC因輸送帶或其它因素而經(jīng)過一

12、電場時(shí)，其相對極性的電荷可能會自一些IC腳而排放掉，等IC通過電場之后，IC本身便累積了靜電荷，此靜電荷會以類似CDM的模式放電出來。有關(guān)FIM的放電模式早在雙載子(bipolar)晶體管時(shí)代就已被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今已有工業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)。國際電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(EIA/JEDEC STANDARD) 中亦有此電場感應(yīng)模式訂定測試規(guī)范 (JESD22-C101) 。 The Future of Analog IC Technology Confidential 器件敏感度的分級器件敏感度的分級 ESD事件導(dǎo)致的敏感器件受損程度，主要取決于器件耗散放電能量或承受電壓的能力，即靜電敏感度。 任一種測試方法均包括一個(gè)分

13、級體系，定義器件對應(yīng)指定模型的敏感度。這些分級體系有很大的利用價(jià)值，它使得我們可以根據(jù)器件的ESD敏感度來進(jìn)行方便的分組和比較，并確定器件所需的ESD防護(hù)級別。The Future of Analog IC Technology ConfidentialESDS器件敏感度分級人體模型人體模型HBM（ ESD STM5.1-1998） 等級 電壓范圍0級 250V1A級 250V500V（不含500V）1B級 500V1000V（不含1000V）1C級 1000V2000V（不含2000V）2級 2000V4000V（不含4000V）3A級 4000V8000V（不含8000V）3B級 8000

14、VESDS器件敏感度分級機(jī)器模型機(jī)器模型MM（ANSI/ESD-S5.2-1994） 等級 電壓范圍 M0級 25V M1級 25V100V（不含100V） M2級 100V200V（不含200V） M3級 200V400V（不含400V） M4級 400V800V （不含800V） M5級 800V The Future of Analog IC Technology ConfidentialESDS器件敏感度分級組件充電模型組件充電模型CDM（EOS/ESD-DS5.3-1993） 等級 電壓范圍 C0級 125V C1級 125V250V（不含250V） C2級 250V500V （不含

15、500V） C3級 500V1000V（不含1000V） C4級 1000V2000V（不含2000V） C5級 2000V 嚴(yán)格來講，一個(gè)特征描述完整的器件應(yīng)當(dāng)同時(shí)采用人體模型、機(jī)器模型和帶電器件模型這三種模型來分級。例如，特征描述完整的某器件可能含有下列內(nèi)容：1B級（500V1000V HBM），M1級（25V100V MM）和C3級（500V1000V CDM）。這在警示該器件的潛在用戶它需要一個(gè)受控的環(huán)境，無論是通過人還是機(jī)器來完成裝配和制造操作。 我們通常依據(jù)人體模型按下列標(biāo)準(zhǔn)來劃分器件的靜電敏感度： I 級 01999V II 級 20003999V III 級 400015999

16、V 非靜電敏感 16000V The Future of Analog IC Technology Confidential 一些電子器件的靜電敏感度一些電子器件的靜電敏感度 器件類型器件類型靜電敏感度（靜電敏感度（V）MOS FET100200J FET1401000GaAs FET100300CMOS、EPROM2502000HMOS50500E/D MOS2001000VMOS301800PROM100ECL電路3002500SCL（可控硅）6801000S-TTL3002500DTL 3807000石英及壓電晶體10000The Future of Analog IC Technolo

17、gy Confidential ESD check的結(jié)構(gòu)The Future of Analog IC Technology Confidential ESD Events的顯示及控制The Future of Analog IC Technology ConfidentialThe Future of Analog IC Technology Confidential 電源開關(guān)以及清除數(shù)據(jù) 用手指長按屏幕上的任一點(diǎn)三秒鐘即可開啟EM Eye的電源。The Future of Analog IC Technology Confidential 顯示暫停和顯示最大值The Future of A

18、nalog IC Technology Confidential 時(shí)間的設(shè)定The Future of Analog IC Technology Confidential 功能目錄The Future of Analog IC Technology ConfidentialESD 模式的設(shè)定 通過大量的實(shí)驗(yàn)，我們證明了在測ESD時(shí)的最佳距離為2.0”，根據(jù)發(fā)生ESD Events的最大可能性來選擇合適的測試模式。The Future of Analog IC Technology ConfidentialESD 警報(bào)觸發(fā)值的設(shè)定 一般來說，將ESD的警報(bào)觸發(fā)值設(shè)置為可允許的ESD上限值的一半。例如：IC的ESD允許的上限值為100V，則將EM Eye的警報(bào)值設(shè)為50V。The Future of Analog IC Technology Confidential 全信號與過濾ESD的設(shè)定 在測ESD Events時(shí)，我們通常會選擇過濾ESD (True-CDM-Filter)模式。The Future of Analog IC Technology Confidential 數(shù)據(jù)存儲與讀取The Future of Analog IC Technolo