ESD的產(chǎn)生原理及防護

會計學1ESD的產(chǎn)生原理及防護主要內(nèi)容ESD的產(chǎn)生原理幾種常見的ESD模型ESD的防護ESD防護器件的擺放第1頁/共35頁ESD的產(chǎn)生原理ESD：ElectrostaticDischarge，即是靜電放電通過摩擦使得A物體的電荷移動，從而A帶有靜電；A周邊的電磁場發(fā)生改變，導致A帶有靜電；當A接觸B時，A的靜電流入B。ESD的放電過程很短，一般是ns級別，但是放電瞬間會產(chǎn)生很高的電流第2頁/共35頁幾種常見的ESD模型人體放電模型(Human-BodyModel,HBM)機器放電模型(MachineModel,MM)元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)電場感應(yīng)模型(Field-InducedModel,FIM)第3頁/共35頁幾種常見的ESD模型

人體放電模型(Human-BodyModel,HBM)人體放電模型(HBM)的ESD是指人體在地上走動摩擦或其他因素在人體上累積了靜電，當此人去觸碰IC時，人體上的靜電便經(jīng)由IC的pin腳進入IC內(nèi)部，再經(jīng)由IC內(nèi)部放電到地。放電過程會在幾百ns的時間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培的瞬間放電電流，此電流可能會把IC內(nèi)的元件給燒毀。第4頁/共35頁幾種常見的ESD模型

人體放電模型(Human-BodyModel,HBM)第5頁/共35頁幾種常見的ESD模型

人體放電模型(Human-BodyModel,HBM)工業(yè)標準MIL-STD-883Cmethod3015.7中HBM的等效線路圖，其中人體的等效電容定義為100pF,人體的等效放電電阻定義為1.5kohm第6頁/共35頁幾種常見的ESD模型

機器放電模型(MachineModel,MM)機器放電模型的ESD是指機器本身也積累了靜電，當此機器去觸碰IC時，靜電便經(jīng)由IC的pin腳放電。機器放電的放電過程時間更短，在幾十ns的時間內(nèi)會有數(shù)安培的瞬間放電電流產(chǎn)生。工業(yè)標準EIAJ-IC-121method20中MM的等效電路圖，其中機器的等效電容定義為200pF，機器的等效放電電阻為0ohm第7頁/共35頁幾種常見的ESD模型

機器放電模型(MachineModel,MM)人體放電模型2kV和機器放電模型200V的放電電流比較圖第8頁/共35頁幾種常見的ESD模型

機器放電模型(MachineModel,MM)第9頁/共35頁幾種常見的ESD模型

元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)元件充電模型是指IC本身先因摩擦或其它因素而在IC內(nèi)部累積了靜電，但在靜電累積的過程中IC并未損傷。在處理此IC的過程中，IC的pin腳觸碰到了地，IC內(nèi)部的靜電便經(jīng)由IC內(nèi)部的pin腳流出來，而造成了放電現(xiàn)象。此種模式的放電時間更短，僅約為幾ns，而且放電現(xiàn)象更難以被真實的模擬。因為IC內(nèi)部積累的靜電會因IC內(nèi)部的等效電容的不同而改變。第10頁/共35頁幾種常見的ESD模型

元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)兩種常見的CDM的放電情況第11頁/共35頁幾種常見的ESD模型

元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)CDM測試標準第12頁/共35頁幾種常見的ESD模型

元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)HBM2kV,MM200V,CDM1kV三種模型的放電電流比較圖CDM更容易造成IC的損傷第13頁/共35頁幾種常見的ESD模型

電場感應(yīng)模型(Field-InducedModel,FIM)FIM的靜電放電是因電場感應(yīng)而引起的。當IC因傳輸帶或其它因素，經(jīng)過一個電場時，其相對極性的電荷可能會從IC的pin腳排放掉，這樣當IC通過電場以后，IC便累積了靜電。此靜電再以類似CDM放電模型的情況放電出來。第14頁/共35頁ESD的防護器件選型時必須認證ESD等級IO接口線路上擺放ESD防護器件做好EMI防護第15頁/共35頁ESD的防護常用的ESD防護器件：二極管陣列第16頁/共35頁ESD的防護ESD防護器件的一般連接方式第17頁/共35頁ESD的防護ESD防護器件可以有效的抑制由ESD放電產(chǎn)生的直接電荷注入PCB設(shè)計中更重要的是克服放電電流產(chǎn)生的電磁干擾效應(yīng)----EMI措施：通用的PCB板布線準則；ESD防護器件的擺放位置第18頁/共35頁ESD防護器件的擺放ESD電流路徑上寄生自感的影響被保護IC所承受的電壓Vx其中VF1為D1的正向?qū)妷旱?9頁/共35頁ESD防護器件的擺放在PCB布線時，遵循幾個簡單的規(guī)則就可以使這些寄生自感最小：1、盡可能地，用Vcc和地平面充當電源和地分散能量。2、要確保印刷電路上的走線—從ESD保護二極管陣列的Vp和Vn到Vcc和地平面間走線盡量地短、寬。理想情況是，將Vp和Vn直接通過多個口連到Vcc和地平面。3、在Vp和地平面間連入一個高頻旁路電容---用最短的走線使自感最小第20頁/共35頁ESD與EOS的區(qū)別EOS:ElectricalOverStress指所有的過度電性應(yīng)力，超過其最大指定極限后，器件功能會減弱或損壞ESD:ElectricalstaticDischarge靜電放電，電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。區(qū)別：EOS通常產(chǎn)生于電源測試裝置

其過程持續(xù)時間可能是幾微妙到幾秒，很短的EOS脈沖導致的損壞與ESD損壞相似。ESD屬于EOS的特例，能量有限，由于靜態(tài)電荷引起。其持續(xù)過程為幾PS到NS。其可見性不強。通常導致晶體管級別的損壞。第21頁/共35頁導致EOS的原因：

*由于測試程序切換（熱切換）導致的瞬變電流/峰值/低頻干擾

*電源(AC/DC)干擾和過電壓。

*測試設(shè)計欠佳，例如，在器件尚未加電或已超過其操作上限的情況下給器件發(fā)送測試信號。

*從其他裝置發(fā)送的脈沖。

*工作流程不甚合理

*接地反彈（由于接地點不夠，快速電流切換導致電壓升高）

4、EOS的避免

*電源

–確保交流電源配備了瞬態(tài)電流抑制器（濾波器）

–電源過壓保護

–交流電源穩(wěn)壓器（可選）。

–電源時序控制器，可調(diào)整時序

–不共用濾波器和穩(wěn)壓器

*工作流程

–將正確流程存檔。

–確保針對以下內(nèi)容進行培訓并給出警示標志：

%電源開/關(guān)順序

%不可“熱插拔”

%正確的插入方向

–定期檢查以確保遵守相關(guān)規(guī)定

第22頁/共35頁隨著半導體行業(yè)的發(fā)展，微電路制造工藝不斷提高（國外普遍采用0.8-1.0um，國內(nèi)也達到2-3um的水平），以硅半導體為基礎(chǔ)的微細工藝技術(shù)更加突顯ESD對電子工業(yè)的危害，主要表現(xiàn)在：大規(guī)模集成電路IC的pin腳和I/O接口越來越多，pin間距越來越小，受到ESD時，其放電回路的阻抗非常小，無法限制放電電流的突變，使得IC的相關(guān)pin腳瞬間達到幾十安培的大電流，過流和過熱會導致IC嚴重損壞。另外ESD會使IC工作不正常，高電壓在CMOS器件內(nèi)會形成大電流通道，引起IC邏輯電路鎖死。第23頁/共35頁、問：1M電阻在半導體裝配過程中的作用是什么？

答：假設(shè)1：我們正談?wù)揈SD控制問題；假設(shè)2：人體與半導體及帶有半導體的器件接觸，在防靜電腕、防靜電鞋、拉鏈、地線等地方均可發(fā)現(xiàn)1M串聯(lián)電阻，其作用是限制可通過人體的電流量，保護人體安全。1M電阻的主要限定要求是：在250V交流有效值時，電流被限制到250微安，正好是大多數(shù)人的感知水平（神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生反射的臨界值）