ESD培訓(xùn)之二靜電危害PPT幻燈片

1、二. 靜電危害,1.靜電的三種危害方式,ESD危害是靜電源產(chǎn)生的電能作用到或過(guò)于接近ESDS（靜電敏感元器件）元件（或整機(jī)設(shè)備）所導(dǎo)致的結(jié)果。使電子器件性能退化或功能失效。,1.1 吸附塵埃,靜電放電,靜電感應(yīng),吸附塵埃,靜電吸附塵埃對(duì)微電子生產(chǎn)業(yè)影響很大，在現(xiàn)代大規(guī)模集成電路(LSI)生產(chǎn)中，芯片的線寬已達(dá)到0.1m，如果其產(chǎn)生靜電則對(duì)幾幾十微米的塵埃吸附作用明顯。,纖維屑與灰塵,指痕,磁頭,磁盤,IC特征尺寸 1m,微粒 56 m,塵埃粒度與IC芯片間距比較示意圖,一顆直徑幾微米塵埃吸附在芯片上，即可造成十幾根芯線之間的絕緣強(qiáng)度降低，造成短路使芯片損壞。,當(dāng)帶電的物體與一些導(dǎo)體等接觸時(shí)或靠

2、得很近時(shí),電荷會(huì)找到一條途徑突然釋放掉 -高壓、瞬間,1.2 靜電放電,大約2000V,人體靜電放電最小放電量可達(dá) 3.12 X 10-4焦耳,瞬間的放電電流峰值可達(dá) 幾安培以上,干燥6001000V,我們?cè)诮?jīng)受約3000伏的靜電電壓!,如果這條“途徑”是半導(dǎo)體電路，就會(huì)產(chǎn)生靜電傷害,1.3 靜電感應(yīng),當(dāng)導(dǎo)體和電介質(zhì)置于靜電場(chǎng)中，在其上感應(yīng)出+或-的靜電荷。靜電感應(yīng)電位可達(dá)數(shù)千伏以上。,其危害不僅有靜電放電的危害性，而其感應(yīng)放電產(chǎn)生的寬頻帶脈沖干擾可對(duì)計(jì)算機(jī)和低電平數(shù)字電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應(yīng)或?qū)е聝x器（儀表）運(yùn)行失常。,目前，半導(dǎo)體內(nèi)有PN結(jié)，它的介電層 SiO2，膜厚度0.0070.15m，再考慮

3、工藝偏差，能承受的耐壓值很低。,目前，半導(dǎo)體器件安全閥門限電壓100V。,2. ESD造成電子元器件失效的主要機(jī)理,其中（1）（3）（5）項(xiàng)因靜電電壓引起，（2）（4）由靜電電壓和電流共同引起。,(3) 介質(zhì)擊穿,(1) 熱二次擊穿,(2) 金屬鍍層融熔,(4) 表面擊穿,(5) 體擊穿,靜電敏感器件包括ESDS組件或整機(jī)被ESD損壞，與它們的電氣和接地連接無(wú)關(guān)，ESDS組件和整機(jī)通常與它們包含的最敏感的ESDS元器件一樣敏感，雖然在組件或整機(jī)設(shè)計(jì)另加有不同程度的保護(hù)電路，起到一定程度的保護(hù)，但仍然易受到強(qiáng)靜電電場(chǎng)或帶有靜電物體直接接觸引起的感應(yīng)ESD損害。,3.靜電放電對(duì)電子產(chǎn)品危害的特點(diǎn),

4、3.1 隱蔽性：在ESD對(duì)電子產(chǎn)品損害中，活動(dòng)的人體帶電是一個(gè)重要的原因。在一般情況下，人體所帶靜電電壓都在1-2KV（詳見(jiàn)典型的靜電壓產(chǎn)生強(qiáng)度表）范圍，而在此電壓電平上的靜電放電時(shí)，人體一般無(wú)直觀察覺(jué)，而接觸到電子產(chǎn)品的元器件時(shí)，卻在人們不知不覺(jué)中受到損傷。下表列出人體受靜電電擊感應(yīng)程度的關(guān)系，從而進(jìn)一步認(rèn)識(shí)靜電存在的隱蔽性。,無(wú)處不在，無(wú)直觀感,隱蔽性,潛在性,損傷的隨機(jī)性,失效分析復(fù)雜性,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系：,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系：,3.2 潛在性：有些電子器件受靜電放電損傷后，僅表現(xiàn)出某些性能參數(shù)的下降，但未達(dá)到安全失效程度，若沒(méi)有進(jìn)行全

5、面地檢測(cè)往往無(wú)法發(fā)現(xiàn)。如有的IC在靜電放電損傷后，僅表現(xiàn)出輸入電流增加，一般在功能檢測(cè)時(shí)不會(huì)被發(fā)現(xiàn)，或者靜電放電使產(chǎn)品出現(xiàn)可自愈的擊穿，或者其他非致命的損害。但隨工作時(shí)間延長(zhǎng)，這種效應(yīng)在累加繼續(xù)使用下，最終發(fā)生致命失效。,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系：,3.3 損傷的隨機(jī)性：只要靜電敏感器件接觸或靠近超過(guò)其靜電放電敏感閥值的情況存在，就有可能發(fā)生靜電放電損害。而由于靜電可以在任何兩種物體（包括操作者的人體）接觸，分離條件下產(chǎn)生。故靜電敏感器件的靜電放電損傷有可能在產(chǎn)品從進(jìn)料、加工、制造到使用維護(hù)的任何環(huán)節(jié)。任何一個(gè)操作步驟，與任何有關(guān)帶電人體（或物體）接觸時(shí)發(fā)生。所以靜電放電損傷具有很大的隨機(jī)

6、性。,3.4 失效分析復(fù)雜性：靜電放電造成器件損傷，失效的分析工作非常困難。目前電子器件均為精細(xì)微小的組裝結(jié)構(gòu)，分析失效原因需要有一套高精密的儀器，其次為靜電損傷難與其它原因造成的損傷加于區(qū)別。,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系：,4.靜電對(duì)ESDS器件的損害，可歸納為軟失效和硬失效,軟失效 90% a.間歇失效：某些ESDS器件（如CPU或EPROM）受到靜電放電后，產(chǎn)生存儲(chǔ)信息的丟失或功能暫時(shí)變壞。且在ESD發(fā)生后重新輸入信息后再開啟通電能自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。 b.翻轉(zhuǎn)失效：由于靜電放電，產(chǎn)生電氣噪聲經(jīng)傳導(dǎo)或輻射到含有ESDS器件的電路上，當(dāng)ESD感應(yīng)電壓/或電流超過(guò)的信號(hào)電平。其工作狀態(tài)將發(fā)生

7、翻轉(zhuǎn),硬失效 10% 靜電源（如人體或物體放電、靜電場(chǎng)或靜電高壓尖峰放電）放電，超過(guò)ESDS器件允許工作電壓或電流值。造成擊穿或燒毀，使ESDS器件內(nèi)部開路或短路產(chǎn)生完全失效。,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系：,電壓擊穿開始時(shí)往往先在某一電壓下在介質(zhì)個(gè)別點(diǎn)上出現(xiàn)所謂網(wǎng)點(diǎn)擊穿，以后只要在較低的電壓下即可出現(xiàn)大片區(qū)域的雪崩式擊穿，造成器件永久性損毀。,雪崩效應(yīng),人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系：,靜電放電可能一次或多次就可造成硬失效?；蛘逧SDS器件受到靜電放電產(chǎn)生，一定程度損害后再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工作，其功能進(jìn)一步退化。最終遭受致命性的失效。,生產(chǎn)過(guò)程中電子元器件可能受到潛在的ESD損壞，或來(lái)至我們所使

8、用的工具，如電烙鐵、電動(dòng)起子、吸錫器或操作沒(méi)有接地的儀器、儀表時(shí)產(chǎn)生的尖峰電脈沖時(shí)對(duì)靜電敏感器件的損害，所以在操作前，需要仔細(xì)檢查手腕帶，工具和測(cè)試的“接地”狀況，良好的接地是保證不產(chǎn)生破壞性的靜電。對(duì)目前的產(chǎn)品而言，ESD比幾年前嚴(yán)重的多。在將來(lái)還會(huì)更嚴(yán)重。目前，工具或測(cè)試儀器探頭等產(chǎn)生小于0.5V的電壓和脈沖是可以接受的。如果使用大量高敏感度的元器件。則要求電烙鐵、吸錫器等工具和測(cè)試儀器，其他設(shè)備不能產(chǎn)生0.3V的電脈沖。,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系：,靜電敏感電子器件是組裝整機(jī)的“心臟”，所以電子器件的可靠性在很大程度決定組件、整機(jī)的可靠性。這就是說(shuō)，電子組件、整機(jī)仍至系統(tǒng)的抗靜電能力

9、，通常是由其內(nèi)部IC芯片對(duì)靜電放電最敏感（即敏感電壓閥值最低）的電子器件所決定。因此受到靜電放電損傷，失效不僅是元器件，還包括組件及整機(jī)。在產(chǎn)品的生產(chǎn)全過(guò)程均受到靜電威脅。,隨著計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品廣泛運(yùn)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，靜電對(duì)電子產(chǎn)品的危害已波及到幾乎所有的經(jīng)濟(jì)部門和領(lǐng)域。因此，靜電的危害不僅表現(xiàn)在產(chǎn)品加工制造過(guò)程，而且更多地表現(xiàn)在產(chǎn)品的使用過(guò)程中。對(duì)電子產(chǎn)品的靜電防護(hù)已越過(guò)電子生產(chǎn)工廠的界限，而成為各方面廣泛關(guān)注的問(wèn)題。,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系：,日本NEC公司一份統(tǒng)計(jì)，每年因靜電損壞的IC比例：,CMOS器件：79,線形IC: 12%,MOS存儲(chǔ)器：12,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的

10、關(guān)系：,5.靜電放電產(chǎn)生電磁場(chǎng)危害,5.1 放電特征,快速，高壓，高場(chǎng)強(qiáng)：當(dāng)人帶電5KV與金屬接地體（6cm長(zhǎng)8cm直徑的金屬棒）接觸，放電時(shí)間0。7MS當(dāng)電弧長(zhǎng)度為0。8mm，距電弧0。1m處，電場(chǎng)強(qiáng)度為12KV/m，磁場(chǎng)強(qiáng)度為30A/m，在同樣的放電電壓下，放電電流的大小隨電弧距離的縮短急劇上升，電流上升的速度從3A/ms到600A/ms放電瞬間足于將ESDS器件內(nèi)部引線燒毀,人體帶電和電擊感應(yīng)程度的關(guān)系：,5.2 靜電放電的輻射特性,靜電放電的物理過(guò)程非常復(fù)雜，在放電前是靜電場(chǎng)，一旦放電，電場(chǎng)能量就主要轉(zhuǎn)化為脈沖磁場(chǎng)能量，形成極強(qiáng)的電磁能量向外輻射，且距離相當(dāng)遠(yuǎn)。因此非直接的ESD的損害，有時(shí)大于直接的ESD的損害，其頻帶寬度3GHz，電視機(jī)上有