ESD培訓(xùn)系列之靜電敏感等級(jí)介紹ppt課件

1、ESD根底培訓(xùn)IPQC系列培訓(xùn)之制造：楊永亮 日期：2021-7-27目錄前沿ESD電子行業(yè)隱形殺手靜電論述靜電定義靜電放電人體能感知的靜電靜電產(chǎn)生方式分別帶電摩擦帶電感應(yīng)帶電接觸帶電靜電放電方式人體放電方式機(jī)器放電方式充電器件方式靜電來(lái)源于防護(hù)靜電的來(lái)源靜電敏感元器件靜電防護(hù)措施及原那么防靜電根本要求設(shè)備的ESD實(shí)驗(yàn)SSD料件的靜電敏感等級(jí)測(cè)試ESD電子行業(yè)隱形殺手在半導(dǎo)體，F(xiàn)PD，PCB板等電子行業(yè)中，我們經(jīng)常會(huì)提及“靜電，由于它它會(huì)對(duì)我們的產(chǎn)品良率呵斥很大影響，并且是我們?nèi)梭w器官所覺得不到的，所以它常被我們稱為隱形“殺手。我們必需設(shè)法認(rèn)識(shí)它，發(fā)現(xiàn)它，并且減小它對(duì)我們產(chǎn)品的影響！ 靜電現(xiàn)象

2、舉例:1.脫毛衣看到的火花或刺啦的聲響2.接觸容易產(chǎn)生靜電的物體有電擊感覺3.陰雨天空中閃電，雷鳴4.打印機(jī)吸附紙張的原理靜電論述靜電定義物質(zhì)內(nèi)都是包含有正、負(fù)兩種電荷的，當(dāng)這兩種電荷相互牽引，到達(dá)平衡時(shí)，那么物質(zhì)不帶有靜電；而當(dāng)兩種電荷由于某些緣由不平衡了，這時(shí)，物質(zhì)就帶上了靜電。如以下圖： 正負(fù)電荷平衡 帶負(fù)靜電的區(qū)域 靜電論述當(dāng)元器件本身帶有大量靜電時(shí)，與導(dǎo)電資料相接觸，使電荷快速轉(zhuǎn)移，這樣就會(huì)構(gòu)成很大的放電電流，最終導(dǎo)致我們?cè)骷淮驂摹?靜電論述 如右圖所示，此IC Device外表帶有2000V的靜電，假設(shè)與導(dǎo)電資料相接觸，由于接觸面積很小，IC本身的電阻也很小，靜電電荷會(huì)快速挪動(dòng)

3、，構(gòu)成很大的放電電流，最終導(dǎo)致IC Device被打壞。我們稱這種靜電放電景象為ESDElectrostatic Discharge靜電放電。 導(dǎo)電資料絕緣資料2000v靜電論述二人體能感知的靜電 以下幾種由于靜電所產(chǎn)生的情況能被人體所感知：超越2000V的對(duì)人體放電景象帶靜電物體對(duì)灰塵的吸附由于靜電放電呵斥的閃光由于靜電放電呵斥的聲音放電時(shí)間超越一秒的情況靜電產(chǎn)生方式分別帶電不同物質(zhì)對(duì)正、負(fù)電荷吸引才干各不一樣，當(dāng)兩個(gè)不同資料的物體忽然分別時(shí)，由于兩者的這種吸引才干的差別，使吸引負(fù)電荷才干相對(duì)較強(qiáng)的物體吸引了對(duì)方物體上的負(fù)電荷，在分別面帶上負(fù)的靜電；同理，吸引正電荷才干較強(qiáng)的物體吸引對(duì)方物體

4、上的正電荷，在分別外表帶上正的靜電。+事例 1事例 2接地事例 3絕緣體 A絕緣體 A絕緣體 A絕緣體 B絕緣體 B導(dǎo)電體導(dǎo)電體當(dāng)吸嘴吸起IC時(shí)，由于IC與Wafer分別使IC外表帶上了大量得靜電電壓，假設(shè)不及時(shí)處理，在后面的步驟中碰到導(dǎo)電體，產(chǎn)生很大的放電電流，就會(huì)將IC打壞 撕膜這一步驟不但在將IC插入PCB板的環(huán)節(jié)中存在，在做模組的環(huán)節(jié)中經(jīng)常會(huì)遇到，如右圖所示，這其實(shí)也是一個(gè)分別帶電的過程，并且經(jīng)常帶有四、五千，甚至上萬(wàn)伏的靜電電壓，假設(shè)碰到導(dǎo)體放電，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害我們的產(chǎn)品，同時(shí)還有靜電吸附的危害。 摩擦帶電不同物質(zhì)對(duì)正、負(fù)電荷吸引才干是各不一樣的，當(dāng)兩個(gè)不同資料的物體相互摩擦?xí)r，正是由于

5、這種吸引才干，使吸引正電荷才干相對(duì)較強(qiáng)的物體上的電子轉(zhuǎn)移到了吸引負(fù)電荷才干較強(qiáng)的物體上，這樣，就是前者帶上了正的靜電，后者帶上了負(fù)的靜電。+事例 1+事例 2接地事例 3絕緣體 A絕緣體 A絕緣體 A絕緣體 B絕緣體 B導(dǎo)電體導(dǎo)電體感應(yīng)帶電當(dāng)一個(gè)不帶電的物體接近帶有靜電的污染源時(shí)，外表會(huì)由于感應(yīng)，帶上相反極性的靜電電壓。帶電體絕緣體A高壓源導(dǎo)電體接近/遠(yuǎn)離+ + + + + + + + + + + + +電纜線或電極事例 2絕緣體A絕緣體A絕緣體B絕緣體C事例 1事例 3摩擦/分別帶電 如右圖所示，由于裝有Wafer的容器是由絕緣資料制成的，當(dāng)其外表由于分別、摩擦等緣由帶上靜電以后，會(huì)使其內(nèi)的

6、Wafer由于感應(yīng)，帶上與容器外表靜電電壓相反極性的靜電，當(dāng)我們將其放入DI水中時(shí)，由于水是導(dǎo)電體，由于Wafer帶有正極的靜電，電荷會(huì)經(jīng)過DI水形挪動(dòng)，也會(huì)損害Wafer。 帶電體與絕緣體接觸會(huì)物體進(jìn)展靜電充電，使物體帶上靜電。 靜電放電模型一、人體放電模型HBM，Human Body Model 1實(shí)際引見：這個(gè)測(cè)試模型表示放電從人體的指尖傳到器件上的導(dǎo)電管腳，該模型經(jīng)過一個(gè)開關(guān)組件，將充了電的100pF電容器，在待測(cè)器件和與之相串聯(lián)的一個(gè)1500電阻上放電。放電本身是有210ns上升時(shí)間，和大約150ns脈沖寬度的雙重指數(shù)信號(hào)波形。運(yùn)用1500串聯(lián)電阻，意味著這個(gè)模型接近一個(gè)電流源。一切

7、的器件都應(yīng)該視為HBM敏感器件。2電路圖及表示圖：靜電放電模型二、機(jī)器放電模型MM，Machine Model 1實(shí)際引見：機(jī)器模型的損害主要來(lái)源，是能量迅速地從一個(gè)帶電的導(dǎo)體傳輸?shù)狡骷膶?dǎo)電管腳。這個(gè)放電模型是200pF電容直接對(duì)500nH電感放電，沒有串聯(lián)電阻。由于缺乏限制電流的串聯(lián)電阻器，這個(gè)模型接近一個(gè)電壓源。在現(xiàn)實(shí)中這個(gè)模型代表了物體之間的迅速放電，譬如帶電的電路板安裝，帶電的線纜或一個(gè)自動(dòng)測(cè)試的傳導(dǎo)手臂。放電本身是具有58ns上升時(shí)間和大約80ns周期的正弦衰減波形。2電路圖：靜電放電模型三、充電器件模型CDM，Charged-Device Model 1實(shí)際引見：帶電器件模型損害

8、的主要來(lái)源是能量從一個(gè)帶電器件迅速的釋放。靜電放電完全與器件相關(guān)，但器件零電位面的相對(duì)間隔，卻能影響實(shí)踐的失效程度。該模型假定，當(dāng)帶電器件的導(dǎo)電管腳與具有較低電位的導(dǎo)體平面接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生迅速的放電。信號(hào)波形的上升時(shí)間經(jīng)常小于200s，整個(gè)放電過程能夠發(fā)生在少于2.0ns的時(shí)間里。2電路圖：靜電的來(lái)源任務(wù)場(chǎng)所中常見的靜電產(chǎn)生物質(zhì)或活動(dòng) ：1.任務(wù)桌面 普通的塑料、上臘、上漆。2.地 板 水泥地板、普通塑料地板。3.衣 服 人造纖維衣服、普通非導(dǎo)電鞋、抹布。4.椅 子 木材椅、塑料椅、玻璃纖維椅。包裝及運(yùn)送 塑料袋、泡棉、保麗龍、塑料盒。組裝、加工、測(cè)試、修繕 噴霧清潔劑、吸錫器、鉻鐵、刷子塑料帶

9、、 熱氣、烤箱、 復(fù)寫紙。容易被靜電損壞的零件半導(dǎo)體組件二極管、三極管、芯薄膜電阻混合電路器件晶體靜電防護(hù) 設(shè)計(jì)的靜電防護(hù)(治本方法)芯片設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)，元器件的選擇本方法乃是靜電防護(hù)最好的方法，但在設(shè)計(jì)半導(dǎo)體的抗靜電電路時(shí)，必需思索到電路產(chǎn)生熱的影響、反響時(shí)間、 最大電壓、能量傳導(dǎo)、 寄生電容等等因子，故并非隨心所欲可以辦到。因此靜電防護(hù)仍必需靠一些治本的方法。制程靜電防護(hù) 靜電防護(hù)的根本原那么1. 防止靜電產(chǎn)生(A) 潮濕法(Moisturing)水氣本身會(huì)有導(dǎo)電景象，故可降低絕綠體外表電阻，到達(dá)靜電防護(hù)目的(B) 抗靜電涂布法(Anti-Static Coating) 有部份溶液可噴灑于

10、料件外表降低外表電阻，到達(dá)靜電防護(hù)的目的。但此種涂層，日久會(huì)零落而漸漸失去其效果，故必需思索其有效期。(C) 內(nèi)部靜電劑法(Imbeded Anti-Static Agent) 這是在資料中參與具有導(dǎo)電性或吸濕性的物質(zhì)，使其外層具有細(xì)微導(dǎo)電性。此方法可以不用思索2. 引導(dǎo)或中和所產(chǎn)生之靜電(A) 引導(dǎo)法(Bleed-Off)典型的引導(dǎo)法就是配帶靜電環(huán)(Wrist Strap)，是將人體產(chǎn)生之靜電電荷，藉由導(dǎo)線將所產(chǎn)生之電荷傳導(dǎo)出去。通常靜電環(huán)中會(huì)接一1M之接地電阻，以維護(hù)人員任務(wù)之平安.(B) 中和法(Neutralization)利用靜電消除器(Ionizer)來(lái)釋出正、負(fù)離子以中和消除靜電

11、效應(yīng)。3. 摒蔽靜電場(chǎng)此種方法乃利用Farady Cage 之原理使靜電場(chǎng)被摒蔽在容器之外圍。左圖是5KV電場(chǎng)下各種容器內(nèi)測(cè)得的靜電場(chǎng)，防靜電現(xiàn)場(chǎng)根本要求物料存儲(chǔ)防靜電原物料倉(cāng)庫(kù)存放，制程工序存放，產(chǎn)品維護(hù)工站存放制程防靜電區(qū)域警示線提示ESD任務(wù)區(qū)域, 間隔約1米處用綠色線標(biāo)識(shí)。任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)防靜電桌面有靜電防護(hù)，人員防靜電防護(hù)，防靜電設(shè)備的定時(shí)檢測(cè)ANSI/ESD STM5.1-2007引見美國(guó)國(guó)家規(guī)范ANSI/ESD STM5.1是國(guó)際通用的組件HBM模型靜電放電敏感度測(cè)試規(guī)范。一、HBM模型靜電放電敏感度等級(jí)分類：等級(jí)閥值電壓(V)0250V1A250,500)1B500,1000)1C10

12、00,2000)22000,4000)3A4000,8000)3B8000二、必需的設(shè)備1人體模型靜電放電測(cè)試器ESD測(cè)試設(shè)備是一個(gè)符合規(guī)范要求的組合設(shè)備。2波形驗(yàn)證設(shè)備設(shè)備可以驗(yàn)證本規(guī)范中脈沖波形，包括：一個(gè)示波器、二個(gè)評(píng)價(jià)負(fù)載、和一個(gè)電流傳感器。ANSI/ESD STM5.1-2007引見三、設(shè)備和波形要求6.1 設(shè)備校準(zhǔn)按照國(guó)家規(guī)范對(duì)全部的測(cè)試設(shè)備作校準(zhǔn)，包括示波器、電流傳感器和高壓電阻負(fù)載，最大的校準(zhǔn)間隔時(shí)間為一年。6.2 測(cè)試器審查和再審查HBM ESD 測(cè)試器的最初審查，應(yīng)該按照交貨或第一次運(yùn)用時(shí)的規(guī)范進(jìn)展審查。HBM ESD測(cè)試器的再審查，應(yīng)該按照制造者的建議執(zhí)行，再審查測(cè)試的最

13、大間隔時(shí)間是一年。PS：修繕或者維護(hù)之后能夠影響波形, 此時(shí)需求對(duì)測(cè)試儀器作校正。6.3 測(cè)試器波形記錄新設(shè)備在最初審查時(shí)，需求對(duì)正、負(fù)極性的波形作記錄ANSI/ESD STM5.1-2007引見四、零件敏感等級(jí)測(cè)試要求和程序1靜電敏感等級(jí)測(cè)試要求A.測(cè)試之前、之中、之后一直對(duì)DUT采取完全的ESD防護(hù)措施B.運(yùn)用短道路在1000V或測(cè)試電壓下對(duì)波形的完好性進(jìn)展驗(yàn)證C.測(cè)試DUT在運(yùn)轉(zhuǎn)和非運(yùn)轉(zhuǎn)形狀下的電性能參數(shù)D.確定一切能夠的管腳組合，隨DUT不同而不同，取決于同樣稱號(hào)的電源管腳的組合。2靜電敏感等級(jí)測(cè)試程序A.最少抽取3個(gè)測(cè)試樣品，測(cè)定它們?cè)谶\(yùn)轉(zhuǎn)和非運(yùn)轉(zhuǎn)形狀下的電性能參數(shù)。B.確定測(cè)試起始

14、電壓與初始的管腳組合C.對(duì)組件施加一個(gè)正的和負(fù)的電流脈沖，脈沖之間允許最小為0.3秒的間隔，然后對(duì)一切其它的管腳組合反復(fù)這一過程。D.在室溫下測(cè)試組件在運(yùn)轉(zhuǎn)與非運(yùn)轉(zhuǎn)形狀下的電性能參數(shù)，假設(shè)3個(gè)組件的電性能參數(shù)均符合規(guī)格，那么運(yùn)用靜電敏感等級(jí)中更高一級(jí)的電壓反復(fù)以上測(cè)試步驟。E.假設(shè)有組件失效，那么運(yùn)用3個(gè)新的組件，運(yùn)用一個(gè)較低的電壓重做敏感度測(cè)試。假設(shè)此組件依然失效，再減小測(cè)試電壓級(jí)別作測(cè)試，直到測(cè)試電壓為250V。ANSI/ESD STM5.1-2007引見五、失效斷定規(guī)范被測(cè)試的組件不符合規(guī)定的電性能參數(shù)。典型的IC零件表示圖：1.對(duì)恣意一個(gè)I/O管腳的能夠的測(cè)試組合：ANSI/ESD S

15、TM5.1-2007引見a.PS-方式:VSS腳接地，正的ESD電壓出如今該I/O 腳對(duì)VSS腳放電，此時(shí)VDD與其它腳皆浮接；b.NS-方式:VSS腳接地，負(fù)的ESD電壓出如今該I/O 腳對(duì)VSS腳放電，此時(shí)VDD與其它腳皆浮接；c.PD-方式:VDD腳接地，正的ESD電壓出如今該I/O 腳對(duì)VDD腳放電，此時(shí)VSS與其它腳皆浮接；d.ND-方式:VDD腳接地，負(fù)的ESD電壓出如今該I/O 腳對(duì)VDD腳放電，此時(shí)VDD與其它腳浮接。2.pin-to-pin放電能夠的測(cè)試組合a.Positive-方式:正的ESD電壓出如今某一I/O 腳， 此時(shí)一切其它I/O 腳皆一同接地，但一切的VDD腳 與

16、VSS腳皆浮接；b.Negative-方式:負(fù)的ESD電壓出如今某一I/O 腳， 此時(shí)一切其它I/O 腳皆一同接地，但一切的VDD腳 與VSS腳皆浮接。ANSI/ESD STM5.1-2007引見3.VDD-to-VSS的能夠放電方式a.Positive-方式:正的ESD電壓出如今VDD腳， 此時(shí)VSS腳接地， 但一切I/O 腳皆浮接；b.Negative-方式:負(fù)的ESD電壓出如今VDD腳， 此時(shí)VSS腳接地， 但一切I/O 腳皆浮接。靜電放電缺點(diǎn)判別常見的有下述三種方法 ：絕對(duì)漏電流：當(dāng)IC被ESD測(cè)試后，其I/O腳的 漏電流超越1A(或10A)。漏電流會(huì)隨所施加的偏壓大小添加而添加.相對(duì)

17、I-V漂移：當(dāng)IC被ESD測(cè)試后，IC內(nèi)部的I-V特性曲線漂移量在30% 。功能觀測(cè)法: 先把功能正常且符合規(guī)格之IC的每一支管腳依測(cè)試組合打上ESD測(cè)試電壓，再 拿去測(cè)試其功能能否仍符合原來(lái)的規(guī)格。對(duì)同一IC而言，用不同的缺點(diǎn)斷定準(zhǔn)那么，能夠會(huì)有不同的靜電敏感等級(jí)，因此ESD敏感等級(jí)要在有注明其缺點(diǎn)斷定準(zhǔn)那么條件之下，才顯得有意義！ANSI/ESD STM5.1-2007引見測(cè)試次數(shù)計(jì)算：假設(shè)一顆40pin的IC (38支I/O，1支VDD ，1支VSS)，其人體放電方式(HBM)自1400V 測(cè)到2000V， 每次ESD電壓添加量為100V的情形下，所要測(cè)試的次數(shù)：每一測(cè)試腳在變化ESD電

18、壓之下的Zap次數(shù)= (2000-1400)/ 100+ 1=7次；每一支I/O管腳的測(cè)試組合 = 4種，38支I/O管腳的總測(cè)試次數(shù)=38支4 種7次= 1064次；Pin-to-Pin 靜電放電測(cè)試之次數(shù)=38支2種7次=532次；VDD-to-VSS靜電放電測(cè)試之次數(shù)=1支2種7=14次；故該40腳位IC的ESD(14002000V)總測(cè)試次數(shù)=1610次。由上述的簡(jiǎn)單估算可知，一具有40腳位的IC，只從1400V測(cè)到2000V，每一次電壓調(diào)升100V，那么要1610次的ESD放電測(cè)試。以上所談的ESD測(cè)試次數(shù)是指HBM測(cè)試，假設(shè)該IC也要做MM以及CDM的ESD測(cè)試，那么還要再加上MM

19、及CDM的ESD測(cè)試次數(shù)。 ANSI/ESD STM5.1-2007引見測(cè)試結(jié)果的判讀：假設(shè)下表為某一個(gè)IC的靜電敏感等級(jí)測(cè)試數(shù)據(jù)。管腳組合PD模式ND模式PS模式NS模式12000-800500OK22500-1000500OK31750-500500OK4VDDVDDVDDVDD57250OK7000OK67000OK7000OK74250-5004000-575085000-2504500-300093000OK4500-7000107500OKOKOK117250OK7250OK122000-1000500OK132250-750500OK142250OK750OK156500-750500OK161500OK500OK17VSSVSSVSSVSSANSI/ESD STM5.1-2007引見測(cè)試腳4是VDD，測(cè) 試腳17是VSS，其它為輸入或輸出腳。表中“OK表示其ESD耐壓超越8KV以上。