ESD培訓(xùn)之二靜電危害

1、XOCECO/PRIMA1Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA1Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害 ESDESD危害是靜電源產(chǎn)生的電能作用到或過于接近危害是靜電源產(chǎn)生的電能作用到或過于接近ESDSESDS（靜（靜電敏感元器件）元件（或整機設(shè)備）所導(dǎo)致的結(jié)果。使電電敏感元器件）元件（或整機設(shè)備）所導(dǎo)致的結(jié)果。使電子器件性能退化或功能失效。子器件性能退化或功能失效。 1.1 吸附塵埃吸附塵埃 靜電放電靜電放電 靜電感應(yīng)靜電感應(yīng) 吸附塵埃吸附塵埃 靜電吸附塵埃對微電子生產(chǎn)業(yè)影響很大，在現(xiàn)代大規(guī)靜電吸附塵埃對微電子生產(chǎn)業(yè)影響很大，在現(xiàn)代大規(guī)模集成電路模集成電路(

2、LSI)生產(chǎn)中，芯片的線寬已達到生產(chǎn)中，芯片的線寬已達到0.1m，如果其產(chǎn)生靜電則對幾幾十微米的塵埃吸附作用明如果其產(chǎn)生靜電則對幾幾十微米的塵埃吸附作用明顯。顯。XOCECO/PRIMA2Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA2Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害纖維屑與灰塵纖維屑與灰塵指痕指痕磁頭磁頭磁盤磁盤煙塵微粒煙塵微粒2.5m實際懸浮高度實際懸浮高度0.21m磁層厚度磁層厚度0.71.2mIC特征尺寸特征尺寸 1m微粒微粒56 m塵埃粒度與塵埃粒度與ICIC芯片芯片間距比較示意圖間距比較示意圖一顆直徑幾微米塵埃吸附在芯片上，即可造成十幾根芯一顆直徑幾

3、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度降低，造成短路使芯片損壞。線之間的絕緣強度降低，造成短路使芯片損壞。XOCECO/PRIMA3Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA3Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害當(dāng)帶電的物體與一些導(dǎo)體等接觸時或靠得很近時當(dāng)帶電的物體與一些導(dǎo)體等接觸時或靠得很近時, ,電電荷會找到一條途徑突然釋放掉荷會找到一條途徑突然釋放掉 - -高壓、瞬間高壓、瞬間1.2 1.2 靜電放電靜電放電 大約2000V人體靜電放電最小放電量可達人體靜電放電最小放電量可達 3.12 X 103.12 X 10-4-4焦耳焦耳瞬間的放電電

4、流峰值可達瞬間的放電電流峰值可達 幾安培以上幾安培以上干燥6001000V靜電泄放途徑靜電泄放途徑導(dǎo)體導(dǎo)體（接地）（接地）我們在經(jīng)受約3000伏的靜電電壓!如果這條如果這條“途徑途徑”是半導(dǎo)體電路，就會產(chǎn)生靜電傷害是半導(dǎo)體電路，就會產(chǎn)生靜電傷害XOCECO/PRIMA4Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA4Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害1.3 靜電感應(yīng)靜電感應(yīng) 當(dāng)導(dǎo)體和電介質(zhì)置于靜電場中，在其上感應(yīng)出當(dāng)導(dǎo)體和電介質(zhì)置于靜電場中，在其上感應(yīng)出+或或-的的靜電荷。靜電感應(yīng)電位可達靜電荷。靜電感應(yīng)電位可達數(shù)千伏以上。數(shù)千伏以上。其危害不僅有靜電放電的危害性

5、，而其感應(yīng)放電產(chǎn)生的寬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計算機和低電平數(shù)字電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應(yīng)頻帶脈沖干擾可對計算機和低電平數(shù)字電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應(yīng)或?qū)е聝x器（儀表）運行失常。或?qū)е聝x器（儀表）運行失常。目前目前，半導(dǎo)體內(nèi)有，半導(dǎo)體內(nèi)有PN結(jié)，它的介電層結(jié)，它的介電層 SiO2，膜厚度，膜厚度0.0070.0070.15m0.15m，再考慮工藝偏差，能承受的耐壓值很低。，再考慮工藝偏差，能承受的耐壓值很低。目前目前，半導(dǎo)體器件安全閥門限電壓，半導(dǎo)體器件安全閥門限電壓100100V。XOCECO/PRIMA5Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA5D

6、ec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害2. ESD造成電子元器件失效的主要機理造成電子元器件失效的主要機理 其中（其中（1）（）（3）（）（5）項因靜電電壓引起，（）項因靜電電壓引起，（2）（）（4）由）由靜電電壓和電流共同引起。靜電電壓和電流共同引起。(3) 介質(zhì)擊穿介質(zhì)擊穿(1) 熱二次擊穿熱二次擊穿(2) 金屬鍍層融熔金屬鍍層融熔(4) 表面擊穿表面擊穿(5) 體擊穿體擊穿靜電敏感器件包括靜電敏感器件包括ESDSESDS組件或整機被組件或整機被ESDESD損壞，與它們的電氣損壞，與它們的電氣和接地連接無關(guān)，和接地連接無關(guān)，ESDSESDS組件和整機通常與它們包含的最敏感組件和整

7、機通常與它們包含的最敏感的的ESDSESDS元器件一樣敏感，雖然在組件或整機設(shè)計另加有不同元器件一樣敏感，雖然在組件或整機設(shè)計另加有不同程度的保護電路，起到一定程度的保護，但仍然易受到強靜程度的保護電路，起到一定程度的保護，但仍然易受到強靜電電場或帶有靜電物體直接接觸引起的感應(yīng)電電場或帶有靜電物體直接接觸引起的感應(yīng)ESDESD損害。損害。 XOCECO/PRIMA6Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA6Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害 3.1 3.1 在在ESD對電子產(chǎn)品損害中，活動的人體帶電對電子產(chǎn)品損害中，活動的人體帶電是一個重要的原因。在一般情況

8、下，人體所帶靜電電壓都是一個重要的原因。在一般情況下，人體所帶靜電電壓都在在1-2KV（詳見典型的靜電壓產(chǎn)生強度表）范圍，而在此（詳見典型的靜電壓產(chǎn)生強度表）范圍，而在此電壓電平上的靜電放電時，人體一般無直觀察覺，而接觸電壓電平上的靜電放電時，人體一般無直觀察覺，而接觸到電子產(chǎn)品的元器件時，卻在人們不知不覺中受到損傷。到電子產(chǎn)品的元器件時，卻在人們不知不覺中受到損傷。下表列出人體受靜電電擊感應(yīng)程度的關(guān)系，從而進一步認(rèn)下表列出人體受靜電電擊感應(yīng)程度的關(guān)系，從而進一步認(rèn)識靜電存在的隱蔽性。識靜電存在的隱蔽性。 隱蔽性隱蔽性潛在性潛在性損傷的隨機性損傷的隨機性失效分析復(fù)雜性失效分析復(fù)雜性XOCECO

9、/PRIMA7Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA7Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害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 人體帶電電位人體帶電電位電擊感應(yīng)強度電擊感應(yīng)強度1.0 （KV）無任何感應(yīng)無任何感應(yīng)2.0 （KV）手指外側(cè)有感覺但不痛，發(fā)生微弱放電聲手指外側(cè)有感覺但不痛，發(fā)生微弱放電聲2.5 （KV）放電部分有針刺感，放電部分有針刺感， 有微顫抖感但不痛有微顫抖感但不痛3.0 （KV）有象針刺樣痛感，可看見放電發(fā)光有象針刺樣痛感，可看見放電發(fā)光4.0 （KV）手指有微痛感，好象用針深深地刺一下手指有微痛感，好象用針深深地刺一

10、下5.0 （KV）手掌在前腕有電擊的痛感，由指尖迅速放電手掌在前腕有電擊的痛感，由指尖迅速放電6.0 （KV）感到手指強烈疼痛，電擊后手腕有沉重感感到手指強烈疼痛，電擊后手腕有沉重感7.0 （KV）手指手掌感到強烈疼痛，麻木感手指手掌感到強烈疼痛，麻木感8.0 （KV）手掌至前腕有麻木感手掌至前腕有麻木感9.0 （KV）手腕感到強烈疼痛，手麻木而沉重手腕感到強烈疼痛，手麻木而沉重10.0 （KV）全手感到疼痛和電流流過感全手感到疼痛和電流流過感11.0 （KV）手指感到強烈麻木，全手強烈觸電感手指感到強烈麻木，全手強烈觸電感12.0 （KV）在較強的觸電下，全手指有被打的感覺在較強的觸電下，全

11、手指有被打的感覺XOCECO/PRIMA8Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA8Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害3.2 3.2 有些電子器件受靜電放電損傷后，僅表現(xiàn)出某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，但未達到安全失效程度，若沒有進行全些性能參數(shù)的下降，但未達到安全失效程度，若沒有進行全面地檢測往往無法發(fā)現(xiàn)。如有的面地檢測往往無法發(fā)現(xiàn)。如有的ICIC在靜電放電損傷后，僅表在靜電放電損傷后，僅表現(xiàn)出輸入電流增加，一般在功能檢測時不會被發(fā)現(xiàn)，或者靜現(xiàn)出輸入電流增加，一般在功能檢測時不會被發(fā)現(xiàn)，或者靜電放電使產(chǎn)品出現(xiàn)可自愈的擊穿，或者

12、其他非致命的損害。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。但隨工作時間延長，這種效應(yīng)在累加繼續(xù)使用下，最終發(fā)生但隨工作時間延長，這種效應(yīng)在累加繼續(xù)使用下，最終發(fā)生致命失效。致命失效。 XOCECO/PRIMA9Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA9Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害3.3 3.3 只要靜電敏感器件接觸或靠近超過其靜只要靜電敏感器件接觸或靠近超過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。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，而由于靜電可以在任何兩種

13、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)品從進料、加工、制造到使用維護的任何環(huán)節(jié)。任何一個產(chǎn)品從進料、加工、制造到使用維護的任何環(huán)節(jié)。任何一個操作步驟，與任何有關(guān)帶電人體（或物體）接觸時發(fā)生。所操作步驟，與任何有關(guān)帶電人體（或物體）接觸時發(fā)生。所以靜電放電損傷具有很大的隨機性。以靜電放電損傷具有很大的隨機性。 3.4 3.4 靜電放電造成器件損傷，失效的分析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微小的組裝結(jié)構(gòu)，分工作非常困難。目前電子器件均為精細微小的組裝結(jié)構(gòu)，分析失效原

14、因需要有一套高精密的儀器，其次為靜電損傷難與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。其它原因造成的損傷加于區(qū)別。 XOCECO/PRIMA10Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA10Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害4.4.靜電對靜電對ESDSESDS器件的損害，可歸納為器件的損害，可歸納為軟失效軟失效和和硬失效硬失效 軟失效軟失效 a.a.間歇失效間歇失效：某些：某些ESDSESDS器件（如器件（如CPUCPU或或EPROMEPROM）受到靜電放電）受到靜電放電后，產(chǎn)生存儲信息的丟失或功能暫時變壞。且在后，產(chǎn)生存

15、儲信息的丟失或功能暫時變壞。且在ESDESD發(fā)生后重發(fā)生后重新輸入信息后再開啟通電能自動恢復(fù)正常運行。新輸入信息后再開啟通電能自動恢復(fù)正常運行。b.b.翻轉(zhuǎn)失效翻轉(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：由于靜電放電，產(chǎn)生電氣噪聲經(jīng)傳導(dǎo)或輻射到含有含有ESDSESDS器件的電路上，當(dāng)器件的電路上，當(dāng)ESDESD感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓/ /或電流超過的信號或電流超過的信號電平。其工作狀態(tài)將發(fā)生翻轉(zhuǎn)電平。其工作狀態(tài)將發(fā)生翻轉(zhuǎn) 硬失效硬失效 靜電源（如人體或物體放電、靜電場或靜電高壓尖峰放電）靜電源（如人體或物體放電、靜電場或靜電高壓尖峰放電）放電，超過放電，超過ESDSESDS器件允許工作電壓或

16、電流值。造成擊穿或燒器件允許工作電壓或電流值。造成擊穿或燒毀，使毀，使ESDSESDS器件內(nèi)部開路或短路產(chǎn)生完全失效。器件內(nèi)部開路或短路產(chǎn)生完全失效。XOCECO/PRIMA11Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA11Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害電壓擊穿開始時往往先在電壓擊穿開始時往往先在某一電壓下在介質(zhì)個別點某一電壓下在介質(zhì)個別點上出現(xiàn)所謂網(wǎng)點擊穿，以上出現(xiàn)所謂網(wǎng)點擊穿，以后只要在較低的電壓下即后只要在較低的電壓下即可出現(xiàn)大片區(qū)域的雪崩式可出現(xiàn)大片區(qū)域的雪崩式擊穿，造成器件永久性損擊穿，造成器件永久性損毀。毀。XOCECO/PRIMA12Dec-

17、21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA12Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害靜電放電可能一次或多次就可造成硬失效。或者靜電放電可能一次或多次就可造成硬失效。或者ESDSESDS器件器件受到靜電放電產(chǎn)生，一定程度損害后再經(jīng)過一段時間的工受到靜電放電產(chǎn)生，一定程度損害后再經(jīng)過一段時間的工作，其功能進一步退化。最終遭受致命性的失效。作，其功能進一步退化。最終遭受致命性的失效。 生產(chǎn)過程中電子元器件可能受到潛在的生產(chǎn)過程中電子元器件可能受到潛在的ESDESD損壞，或來至損壞，或來至我們所使用的工具，如電烙鐵、電動起子、吸錫器或操作我們所使用的工具，如電烙鐵、電動起子、吸錫

18、器或操作沒有接地的儀器、儀表時產(chǎn)生的尖峰電脈沖時對靜電敏感沒有接地的儀器、儀表時產(chǎn)生的尖峰電脈沖時對靜電敏感器件的損害，所以在操作前，需要仔細檢查手腕帶，工具器件的損害，所以在操作前，需要仔細檢查手腕帶，工具和測試的和測試的“接地接地”狀況，良好的接地是保證不產(chǎn)生破壞性狀況，良好的接地是保證不產(chǎn)生破壞性的靜電。對目前的產(chǎn)品而言，的靜電。對目前的產(chǎn)品而言，ESDESD比幾年前嚴(yán)重的多。在將比幾年前嚴(yán)重的多。在將來還會更嚴(yán)重。目前，工具或測試儀器探頭等產(chǎn)生的電壓來還會更嚴(yán)重。目前，工具或測試儀器探頭等產(chǎn)生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。和脈沖是可以接受的。如果使用大量高敏感

19、度的元器件。則要求電烙鐵、吸錫器等工具和測試儀器，其他設(shè)備不能則要求電烙鐵、吸錫器等工具和測試儀器，其他設(shè)備不能產(chǎn)生產(chǎn)生0.3V0.3V的電脈沖。的電脈沖。 XOCECO/PRIMA13Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA13Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害 靜電敏感電子器件是組裝整機的靜電敏感電子器件是組裝整機的“心臟心臟”，所以電子器，所以電子器件的可靠性在很大程度決定組件、整機的可靠性。這就是件的可靠性在很大程度決定組件、整機的可靠性。這就是說，電子組件、整機仍至系統(tǒng)的抗靜電能力，通常是由其說，電子組件、整機仍至系統(tǒng)的抗靜電能力，通常是由其內(nèi)部內(nèi)

20、部ICIC芯片對靜電放電最敏感（即敏感電壓閥值最低）的芯片對靜電放電最敏感（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。在產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程均受到靜器件，還包括組件及整機。在產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程均受到靜電威脅。電威脅。 隨著計算機等電子產(chǎn)品廣泛運用到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，隨著計算機等電子產(chǎn)品廣泛運用到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，靜電對電子產(chǎn)品的危害已波及到幾乎所有的經(jīng)濟部門和領(lǐng)靜電對電子產(chǎn)品的危害已波及到幾乎所有的經(jīng)濟部門和領(lǐng)域。因此，靜電的危害不僅表現(xiàn)在產(chǎn)品加工制造過程，而域。因此，靜電的危害不僅表現(xiàn)在產(chǎn)品

21、加工制造過程，而且更多地表現(xiàn)在產(chǎn)品的使用過程中。對電子產(chǎn)品的靜電防且更多地表現(xiàn)在產(chǎn)品的使用過程中。對電子產(chǎn)品的靜電防護已越過電子生產(chǎn)工廠的界限，而成為各方面廣泛關(guān)注的護已越過電子生產(chǎn)工廠的界限，而成為各方面廣泛關(guān)注的問題。問題。XOCECO/PRIMA14Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA14Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害日本日本NECNEC公司一份統(tǒng)計，每年因靜電損壞的公司一份統(tǒng)計，每年因靜電損壞的ICIC比例：比例：XOCECO/PRIMA15Dec-21ESD培訓(xùn) 之 靜電危害XOCECO/PRIMA15Dec-21ESD培訓(xùn)培訓(xùn) 之之 靜電危害靜電危害5.5.靜電放電產(chǎn)生電磁場危害靜電放電產(chǎn)生電磁場危害 5.1 放電特征放電特征快速，高壓，高場強：當(dāng)人帶電快速，高壓，高場強：當(dāng)人帶電5KV與金屬接地體（與金屬接地體（6cm長長8cm直徑的金屬棒）接觸，放電時間直徑的金屬棒）接觸，放電時間0。7MS當(dāng)電弧長當(dāng)電弧長度為度為0。8mm，距電弧，距電弧0。1m處，電場強度為處，電場強度為12KV/m，磁，磁場強度為場強度為30A/m，在同樣的放電電壓下，放電電流的大小