静电防护(ESD)问题幻灯演示03课件

静电放电（ESD）及其防护内容安排0、引言1、静电的产生2、静电放电（ESD）效应物理机制3、洁净车间、机房的静电表现4、IC.MOS.FET.GaN－LED失效分析5、ESD危害与防患措施6、电子产品的静电防护7、ESD问题和思考0、引言0．1静电的基本概念静电是一种客观的自然现象，由于电荷和电场分布而产生的；静电现象：电荷的产生和消失过程的电现象；物体结构－分子－原子；空气中含有100至500个带电离子/cm3；地球是个巨大的电场E≥130V/m，带电云层经过后10000V/m；静电与日常用电的异同点。静电放电全称（ElectroStaticDischarge／ESD）；1、静电的产生1．1静电放电效应（ESD）内因分子－原子－原子核（核）－感应电子（外壳）荷电性质正电荷负电荷不同质材聚四氟乙烯聚乙烯聚丙烯树脂聚亚胺酯醋酸纤维硬橡胶木材棉花纸张铝丝绸铅羊毛尼龙头发云母石棉空气表一：物体摩擦带电电序表：1、静电的产生（续一）1．2静电放电效应（ESD）外因物体相对运动引起（摩擦、位移、接触、冲击）生产工艺:挤压、切割、搅拌、过滤、喷溅、流动生活中的行走、起立、穿脱衣服、推拉物体雷电放电（雷云间或雷云与地面物体）1、静电的产生（续二）静电来源湿度10-25%RH湿度65-90%RH行走在地毯上35000V15000V行走在胶地板上12000V250V在工作台上操作6000V100V捡起塑料胶袋20000V1200V推动发泡胶椅子18000V1500V表二：ESD的来源：2、静电放电效应物理机制（续一）01010310210111012101310141015带电倾向体电阻／Ω·cm图一：带电体电位VS体电阻2、静电放电效应物理机制（续二）2．2电子、半导体荷电起源半导体器件制程工艺都在表面上进行（切磨抛、清洗、氧化、光刻、蒸发、烧结、光刻、钝化、划片、测试）制备芯片；电子产品装配中：传送带、风冷热气流、毛刷刷灰尘、气枪、冲床、气压电动钻孔、锁镙丝、装包装袋、摩擦、剥商标纸等。2、静电放电效应物理机制（续三）表四：不同半导体材料物理性能差异半导体器件电阻率ρ(Ω·cm)导热系数W/cm·K散热性抗静电电压(V)硅二极、三极管IC电路10-2－102（掺杂）1.5较好600碳化硅红色LED105－106（不掺杂）4.9好1000蓝宝石绿蓝白LED衬底＞1060.49较差5003、洁净车间、机房的静电表现3．1电子、半导体车间用具、装置的要求电子、半导体车间环境地面、墙壁、工作台、传送带等电子、半导体车间用具的要求椅子、风扇、装料盒、各种工具等电子测量、计量设备装置的要求3、洁净车间、机房的静电表现（续）3．2电子计算机房组成：设备、磁盘、软盘、打印机、配电盘等特点：防尘、防湿、恒温、净化、防静电要求：环境清洁度越高，湿度小于50%，环境（地面、工作台、凳子、机台、外围设备等）尤其容易产生ESD4、IC.MOS.FET.GaNLED失效分析4．1失效主要起因CMOS“栅”层薄，VLIC集成化密度高、线宽窄、间距小、易静电放电；InGaN绿、蓝芯片结构是量子阱、厚度十几nm，尤其受静电放电击穿使pn结破坏，绿蓝LED失效；PCB、电子线路间距小至几十微米，尘埃大于10微米，被吸附后容易造成短路放电。<250VLEVEL1A250TO<500VLEVEL1B500TO<1000VLEVEL1C1000TO2000VLEVEL22000TO<4000VLEVEL3A4000TO<8000VLEVEL3B>=8000VLEVEL0JESD电子元器件静电敏感度分级

GJB548A静电放电灵敏度等级

一级0-1999V二级2000-3999V三级4000V以上4、IC.MOS.FET.GaNLED失效分析（续）4．2ESD放电模式自然界放电模式电子从一块云跑到另外一块云上，从天空到地面即放电人体放电模式（HBM）人体走动累积静电与器件、PCB接触在极短时间内放电机器放电模式（MM）自动化、机械化设备长期使用，积累电荷，便产生ESD元件充电模式（CDM）半导体元器件碰到接地表面，芯片上静电荷接触瞬间放电电场感应模式（FIM）器件触于外电场环境，感应电荷类类追认CDM模式放电5．1ESD放电危害表现静电库仑力作用静电放电毁坏损伤元器件、向周围发射电磁波、电击人体（带电体电压超过3KV时，有电击感觉；超过6KV时，人有强烈的痛感）ESD造成辐射电磁场、突波噪音感应带电若感应物体是导体时，会引起火花放电5、 ESD危害与防患措施5、 ESD危害与防患措施（续一）危害原因危害种类危害程度举例放电作用爆炸及火灾液体、粉尘、气体或蒸气爆炸或起火汽油、煤油、酒精、苯有机溶济金属粉末、药品粉末、树脂粉末易燃液体的蒸气或气体起火或爆炸人身伤害使人电击或因电击引起的二次伤害SMD实装机，橡胶厂压延机电击引起的坠落或摔伤妨碍生产敏感元件失灵或继电器误动作自动化设备瘫痪、计算机工作失常，胶片质量下降、电子产品劣化力学作用妨碍生产吸附尘埃，电器短路器件劣化IC破坏影响光刻、PCB加工、化工生产、胶片制造、电子元器件装配表六：静电危害一览表5、 ESD危害与防患措施（续二）类别影响人体阻抗的条件接触状态电压(V)电流(mA)Ⅰ干燥的皮肤或有汗潮湿的皮肤住宅、办公室、工厂、会议室、礼堂等场所，单手触及电器设备到双脚间5050Ⅱ被水浸湿的皮肤在涵洞、矿井、隧道，高潮湿场所，手抓电器，双脚立于潮湿地板时皮肤阻抗500Ω2550Ⅲ皮肤浸在水里游泳池、水槽或水池中身体浸水，仅人体内部阻抗500Ω510表七：人体阻抗和允许接触电压、电流5、 ESD危害与防患措施（续四）5．3车间ESD环境要求工作环境地面工作台、凳子工作服、工作鞋、防静电手环测试机台包装5、 ESD危害与防患措施（续五）5．4静电的消除增加空气湿度（加湿器）局部静电处理（使用交流磁场、喷涂ESD涂料）离子中和法：在静电电荷密集处引入带电离子离子流中和（离子风扇）放射性中和感应中和（高、低压）

5、 ESD危害与防患措施（续六）图二：感应中和器原理图（低压）高压电源图三：感应中和器原理图（高压）6、 电子产品的静电防护6．1静电放电的模式6．2静电放电的测试绝对漏电流法相对I-V漂移法功能观测法表面电阻测量法静电放电模拟器静电高压测量装置图6、 电子产品的静电防护（续一）6．3防静电的对策阻止静电放电现象阻止二次放电阻止直接传导阻止放电电流的电磁场造成的耦合阻止静电放电造成的辐射电磁场防止偶发的突波噪声所造成的干扰6、 电子产品的静电防护（续二）6．4防静电保护电路设计与分析保护电路对ESD作用时间应该很短，发生作用时，截止电压越低越好；当电压过载时电阻要大，漏电流要小，电容要小；电路保护分为一级保护和二级保护；保护电路参考：电路端口保护（注意电容效应）二级保护电路，输入保护电路，输出保护电路。6、 电子产品的静电防护（续三）第一级保护输入讯号绝缘电阻第二级保护保护端图四：二级ESD保护电路设计方块图6、 电