《ESD基础知识》课件.ppt

ESD基础知识讲解,讲师：Lvjiang 时间：2012/12/19,1/19,目 录,引言,静电的产生及特点,静电的危害,静电测量,电子产品制造中防静电技术指标要求,静电的相关标准,静电相关常识,静电防护,附加,2/19,在干燥的冬季，你是否有过被电击的感觉？人体感觉电击时，身上静电电压已超过2000V；看到放电火花时，身上静电电压已高达5000V；听到放电声音时，身上静电电压已高达8000V。但现代许多高速超大规模集成电路碰到仅几十伏或更低的静电就会遭到损坏。也就是说当你接触这些电路时，你既没有感觉到又没有看到更没有听到静电放电时，这块电路就已部分损伤或完全损坏，但是你可能还在找其硬件或软件的原因。静电已成为现代高科技的危险因素之一。,ESD解释 ESD即英文：Electro-Static Discharge 的缩写，即“静电放电”的意思。ESD是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热（火花）效应和电磁效应（如电磁干扰）等的学科。近年来随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境的日趋复杂，对静电放电引起的电磁场效应如电磁干扰（EMI）及电磁兼容性（EMC）问题越来越重视。,一,引言,3/19,静电是一种客观的自然现象,产生的方式很多,如接触磨擦冲流等。其产生的基本过程可归纳为：接触电荷转移偶电层形成电荷分离。静电放电现象是电荷的产生和消失过程中产生的电现象的总称。 原子之间很容易转移电子（或电荷）的物质称之为导体，那些不能转移电子（或电荷）的物质称之为绝缘体。不论导体还是绝缘体在静电作用下都可能带电荷。,摩擦起电 与电子转移,以摩擦起电为例，详解：,在正常状况下，原子的质子（正电）数与电子（负电）数相同，正负电平衡，对外表现出不带电现象。但由于外界作用如摩擦或以各种能量（动能、势能、热能、化学能等）的形式作用，会使原子的正负电不平衡。日常生活中说的摩擦实质上是一种不断接触与分离的过程。有些情况下，如感应静电起电，热电和压电起电，亥姆霍兹层、喷射起电等也能产生静电效应。,二,静电的产生及特点,4/19,感应静电起电：,感应: 带有静电的物体在电场的作用下使另一個物体也带有静电,示意图如下:,注：静电感应只对导体和半导体才有作用。,带电体对不带电体的感应起电，实例图：,5/19,静电的基本物理特性：,高电位、低电量、小电流 、作用时间短、复现性差、瞬间现象多、受湿度影响大、吸引或排斥、与大地有电位差、会产生放电电流。,例如：,6/19,静电按起电方式分类：,各类起电 详细解释,静电按电荷性质分类：,可分为单极性电荷、双极性电荷、正电荷、负电荷为压电极化。,7/19,静电学主要研究的是静电防护技术，如电子工业、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及航天与军事领域的静电危害。但也有静电应用技术，如静电除尘、静电复印、静电喷涂、静电生物效应、农业上的静电喷雾等。,静电基本物理特性决定其对电子元件的四种影响： 1静电吸附灰尘，降低元件绝缘电阻（缩短寿命）。 2静电放电破坏，使元件受损不能工作(完全破坏)。 3静电放电电场或电流产生的热，使元件受伤（潜在损伤）。 4静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百伏/米），频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子产品造成干扰甚至损坏（电磁干扰）。,静电对电子产品损害所具有的特點：,隐蔽性、潜在性、随机性、复杂性,详细解释,三,静电的危害,8/19,静电放电引起的组件击穿损害是电子工业中最普遍最严重的静电危害,它分硬击穿和软击穿.硬击穿是一次性造成元器件介质击穿烧毁或永久性失效；软击穿则是造成器件的性能劣化或参数指标下降.,磨擦起电和人体静电是电子微电子工业中的两大危害源，但产生静电并非危害所在，危害在于静电积累及由此产生的静电电荷放电；带电的物体，在其周围形成静电场，会产生力学效应，放电效应和静电感应效应。,一些详细信息：,正常状况下，人体内可蓄积超过20，000V的静电电压。当人体给电子流动提供一条导电路径时，蓄积在体内的电荷就会冲出体外，向离用户最近的金属物体流去，结果发生短促而刺痛的放电，但这一般对人体没有危害。然而，对于从事电子方面的专业技术人员来说，问题可就不一般了。电子方面的人员在处理或替换电路板、集成电路块，需频繁地接触各种元器件，而半导体设备对于来自静电的刺激极其敏感，元器件的损坏只是在一瞬间。,对于静电释放最为敏感的元件是以金属氧化物半导体(MOS)为主的集成电路。PC中的门阵CMOS芯片能够承受静电冲击电压为200V，DRAM、EPROM芯片为300V，TTL芯片为1000V。对静电敏感的产品，如半导体分立器件、集成电路、厚薄膜电路及电阻器、电容器、压电晶体管等，尤其是前三种电子敏感器件，它们可谓是电子设备的“心脏”。,9/19,静电损害的实例图：,芯片内部被静电击穿,静电高压击穿芯片,静电对人体的伤害,静电,ESD电流导致电路熔断,严重后果,静电击穿,在不经意间将昂贵电子器件击穿，造成电子工业年损失达上百亿美元,对P/N结造成软击穿,芯片内单晶硅金属镀模击穿,芯片内引线击穿,10/19,静电放电损害：,静电放电产生电磁脉冲， 可使智能电子设备产生误动作；当具有强能量脉冲时,可使静电敏感器件直接被破坏，下面就以此对计算机信号的影响做简单解释。,静电放电时产生的电磁脉冲信号：,计算机正常工作是电平信号：,受干扰后计算机产生反转信号：,尖脉冲,11/19,为了解电子相关产品生产或检验过程中静电起电情况，判别生产及检验过程中静电的影响程度以及检验静电防护用品装备质量就需要测量静电及有关参数。静电的测量，主要是对静电电压材料电阻接地电阻静电衰期静电电量静电消除器消电性能的测量。,四,静电测量,1、测试条件 应符合EPA所规定的条件：环境温度为2025，湿度4060%RH。对于产品有明确测试标准的，应优先考虑其相应测试条件。,SJ/T 10694-2006,2、测试仪器 测试仪器包括：非接触式和接触式静电电压表、接地电阻测试仪、兆欧表及标准电极、静电电量表、腕带测试仪、人体综合电阻测试仪、离子平衡分析仪、摩擦起电机、法拉第筒、静电屏蔽测试仪、直流电压（电流）表、直流电压源。所用仪器精度不低于5%，量程大于实际测试范围20%。,3、测试方法 详细的测试方法请参考附件（SJ/T 10694-2006 电子产品制造与应用系统防静电检测通用规范）。,12/19,消除静电的措施，可用物理或化学的方法：一般可归结为一靠“地”；二靠“器”（装消除器）；三靠“剂”（加抗静电剂）；四靠“屏蔽”。,各类防护方法详解,静电防护，基本做法是设法减小带电物的电压，达到设计要求的安全值以内。即要求下式中的电荷（Q）与电阻（R）要小，静电容量（C）要大。 U=IR 与 Q=CU 当然电阻值也不是越低越好，特别是在大面积场所的防静电区域内必须考虑漏电等安全措施之后再进行材料的选取。,五,静电防护,具体静电防护方法：,（1）使用防静电材料 （2）泄漏与接地 （3）导体带静电消除方法 （4）非导体带静电的消除方法 （5）工艺控制方法,13/19,1、生产过程中静电防护主要措施为静电泄露、耗散、中和、增湿、屏蔽与接地。,2、人体静电防护系统主要有防静电手腕带、脚腕带、工作服、鞋袜、帽、手套或指套等组成，具有静电泄露，中和与屏蔽等功能。,生产制造中主要的两种防护方法：,主要的防静电器材及设备仪器：,在生产制造车间里，主要运用到的防静电器材、设备仪器有：防静电地板、地垫复合胶板；防静电腕带、手套、衣服、鞋；防静电包装袋、海绵箱盒等。,基本性能与使用,GB12158-90规定，总泄漏电阻不应小于1M欧姆,14/19,(1)防静电地极接地电阻10。 (2)地面或地垫：点对点电阻值1041010；系统电阻104109;摩擦电压100V。 (3)墙壁：表面电阻值1051010。 (4)工作台面垫：点对点电阻值105109；系统电阻105109；摩擦电压100V。 (5)座椅和运转车表面：点对点电阻值1051010 ；系统电阻105109 。 (6)工作服：点对点电阻值1051010 ；电荷量0.6C。 (7) 帽、手套、指套：点对点电阻105 1010。 (8)工作鞋（鞋底）：静电耗散型（体积电阻105109）；导静电型（体积电阻105）,六,电子产品制造中防静电技术指标要求,15/19,(9)柔韧性包装类：衰减期2s；静电屏蔽性能30V。 (10)周转容器：静电耗散型（衰减期10s ）；导静电型（衰减期2s ）。 (11) 腕带穿戴下系统电阻7.5105107；腕带内表面对电缆扣的点对点电阻105；腕带连接电缆两端的点对点电阻7.5105107 。 （12）存放架：点对点电阻105109。 （13）防静电传送带：体积电阻105109 ；系统电阻105109 ；摩擦电压100V （14）集成电路防静电包装管：摩擦电压50V；电荷量0.05C。 （15）进入EPA人员的人体综合电阻105109。,16/19,近几年来，电子产品防静电标准工作已有一定的进展。航天系统、电子产品工艺标委会、全国无线电干扰标委会都相继组织人员制定标准。现已发布的标准有：GB12059-89电子工业用合成纤维防静电网性能及试验方法、GBT13926.292工业过程测量和控制装置的电磁兼容性 静电放电要求，SJ20154-92信息技术设备静电放电敏感度试验、QJ187590静电测试方法、QJ169389电子元器件防静电要求、QJ1950-90防静电操作系统技术要求、SJ10694Y2006 电子产品制造防静电系统测试方法、SJ-T 10533-94 电子设备制造防静电技术要求、GB/T 17626.2电磁兼容试验和测试技术静电放电抗扰度试验等。,七,静电的相关标准,17/19,人走过化纤的地毯静电大约是35000伏,脱衣静电 高达5000伏,梳头静电 高达2000伏,翻阅塑料说明 书大约7000伏,八,静电相关常识,静电相关的生活常识：,静电防护中的一些相关符号：,ESD敏感符号,ESD防护符号,军标MIL-STD-129H制定的符号,防静电工作区域符号,18/19,现以人体为例，计算人体的带电情况。当人们穿着化纤织物时，人体运动的充电电流约为106107A，总的充电电荷约（0.15）106库仑。人体的静电放电模型可用电阻和电容的串联来模拟。设人体电阻R=500，人体电容C=300pF，人体带静电电压U=10kV，则静电所含能量为：W=1/2（CU