ESD培训手册（课件）

1安盛科技

质量部TowardsZeroDefectcausedby

ESDTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

培

训

手

册2Rev.

1.0ConfidentialPart

I BasicESD

Knowledge第1部分

ESD

基础知识TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

介绍3Rev.

1.0ConfidentialWhatisElectrostaticDischarge

(ESD)?Asuddentransferofchargebetweenbodiesatdifferentelectrostatic

potentials.SomeexamplesofESD

are:LightningThe“shock”yousometimesfeelduringwinterwhenyouwalkacrossthecarpetandtouchthedoor

knobThecrackingandsparkswhenyouremoveclothesfromyourdryerESDseemsharmless,butitcandamageelectroniccomponentsandassembliesTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

介绍4Rev.

1.0Confidential什么是静电放电

Electrostatic

Discharge

(ESD)?不同电势物体之间静电荷的瞬间快速转移。ESD

实例：闪电在冬天当你走过地毯，接触门把手时可以感觉到“电击”当脱毛衣时可以看到的电火花。ESD

看上去是无害的，但它可以损坏电子器件和部件。TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

介绍5Rev.

1.0ConfidentialTwomainwaysinwhichchargescanbebuilt

up:产生电荷的两种主要途径：ByContact&SeparationofMaterials(Triboelectriccharging)接触和分离材料（摩擦产生电荷）By

Induction感应TowardsZeroDefectCausedby

ESD摩擦产生电荷Remaining

charge剩余电荷6Rev.

1.0ConfidentialStepover

ofelectrons电子的转移步骤TowardsZeroDefectCausedby

ESD摩擦产生电荷7Rev.

1.0Confidential

TriboeletricChargingmeanschargegenerationbycontactandseparationoftwoobjectsduetoadifferenceinwork

function摩擦产生电荷指由接触和分离两个不同物体而得到的电荷。Factorsinfluencingthemagnitudeandpolarityof

charging:影响电势大小和极性的因素：-surfaceenergy

statesroughnessof

surfacecontact

pressurespeedof

separation表面能量状态表面粗糙度接触压力分离速度-surfaceconductivity

(resistance)表面导电性（阻抗）-relativehumidity 相对湿度TowardsZeroDefectCausedby

ESD典型静电电压/V8Rev.

1.0ConfidentialEvent

实例Relative

Hunidity10-20%65-95%Walkingacrossa

carpet350001500在地毯上行走Walkingacrossavinyl

floor12000250在塑料地板上行走Motionsofbench

employee6000100在椅子上工作Pickingupplasticpaper

file7000600拿塑料文件夹Pickingupplasticbag200001000拿塑料袋Workingchair

friction180001500拖动椅子TowardsZeroDefectCausedby

ESD感应产生电荷ChargingbyInduction 感应产生电荷ChargingSeparationinaneutralobject正负电荷在一个中性物体中分离Chargeflowduringcontacttoground当接触地时产生放电Remainingchargeafter

separation离开地后留存电荷RemainingchargeafterremovingtheChargedjamming

object在移开带电干扰物体后留存电荷9Rev.

1.0Confidential典型的ESD损伤TowardsZeroDefectCausedby

ESDCatastrophic 破坏性的-PartsarecompletelydestroyedasaresultofanESDincident.Thefailureismostoftendiscoveredandrequiredbeforetheinstrumentsis

shippedoutto

customer.器件在一次ESD事件中被完全破坏。这种失效大多可以在送达客户前的检验中发现。Latent

(Degradation) 潜在的（性能衰退）-ThistypeofdamageoccurswhenanESDonlyweakensthecomponents.ItmaypassinitialtestingbutfailinthefieldORfail

prematurely.这种ESD损坏的发生仅仅削弱了性能。它可以通过最初的电性能测试但会过早的在使用中失效。10Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

损伤Analysisofnon-conformingordefectivedevicesshowedthat60-75%weredamagedbyEOS(electricaloverstress)orESD.Thisrisesto90%fornewertechnologies.About70%ofthesefailureswereattributedtodamagefromIncorrectlygrounded

people.在对不良或有缺陷器件的分析显示，

其中60-75%的损坏来自于ESD和EOS。在技术不断发展的今天已上升至90%。其中70%的失效源自没有正确接地的操作者。ToshikazuNamaguchi,HidekaUchida.EOS/ESDSymposiumEOS-201998pp

245-25111Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

失效实例GateOxidedamageunderPolysilicon多晶硅层下的栅氧化层损伤12Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

失效实例GateOxidedamageunderPolysilicon多晶硅层下的栅氧化层损伤13Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

模式14Rev.

1.0Confidential♦HumanBodyModel

(HBM)人体模式MachineModel

(MM)机器模式ChargedDevice

Model充电器件模式TowardsZeroDefectCausedby

ESDHBM

模式15Rev.

1.0ConfidentialHumanBodyModel

(HBM)人体模式Whenachargedindividualtouchesadevice,someofthestoredenergyistransferredordischargedeithertothedeviceorthroughthedeviceto

ground.当一个带有电荷的个体接触器件时，其储存的强大的能量就会转移或放电至这个器件，或经过这个器件放电至地。Itispossibletodevelophumanbodypotentialsthatfar

exceeddamageratingsofthe

device人体产生的静电电压远超过器件的承受力是完全有可能的.TowardsZeroDefectCausedby

ESDHBM

模式个体放电（未接地）攻击在工作台表面上的器件

（放电从手指-引脚-器件-模块）16Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDHBM

模式人体模式（HBM）测试回路17Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESD HBM

模式HumanBodyModelWaveform

800V18Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDMM

模式机器模式（HBM）测试回路19Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDMM

模式20Rev.

1.0ConfidentialCDM 模式21Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDChargedDeviceModel

(CDM)充电器件模式（CDM）Electrostaticchargesgetstoreduponareasofplastic

devices,e.g.leadframeandmetalpartsofdie静电电荷存储在塑封器件内。如引线框架和芯片的金属部件ChargesquicklydischargetoaneffectivegroundthroughalowimpedancepathandcauseESDdamage静电电荷通过一个低阻抗到地迅速放电,造成ESD损伤Theelectrostaticenergystoredinthechargeddevicedependsonitscapacitancewhichisfoundtobeafunctionofitsorientationwithrespecttoground.Adeviceclosetogroundplanewillhavelargecapacitancethanthatfarfromthegroundplane充电器件存储的静电能量取决于其电容。而其电容大小和充电器件与地面方向性相关.与地面接近的器件会有比远离地面的器件更大的静电电容TowardsZeroDefectCausedby

ESDCDM 模式典型的CDM放电事件金属表面22Rev.

1.0ConfidentialCDM=充电+快速放电CDM 模式TowardsZeroDefectCausedby

ESDCDM测试设置有效的接地23Rev.

1.0Confidential接地平面24TowardsZeroDefectCausedby

ESDCDM 模式Thelowohmicdischargeofachargeddevice(CDevice)–e.g.chargedbyslidinginaproductionlineisdescribedbytheChargedDeviceModel(CDM).TheCDMfailureisoneofthemainfailuremechanismsinautomaticproductionlines.带电器件的低阻值放电-如在生产线上的滑动充电可以认为是CDM。充电器件模式失效是一种在自动生产线上主要的失效机制。Rev.

1.0 ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDCDM 模式TypicalCurrentWaveform

CDM25Rev.

1.0ConfidentialCurrent/

ATime/

ns使用中的ESD模式和ESD引力实时ESD图谱TowardsZeroDefectCausedby

ESD脉冲宽度CDMMMHBM26Rev.

1.0Confidential10

1110

1010

910

8RiseTime

[s]上升时间PulseWidth

[s]10

7RealESDSpectrum–ESD

Models10

9 10

8TowardsZeroDefectCausedby

ESDHBM

–标准27Rev.

1.0ConfidentialMILSTD883D,method3015.7,

1989ANSIEOD/ESD–

S5.1–1993(ESDAssociation)（ESD协会）JESD22-A114-B–

2000 (JEDEC)Further

Standards:更多的标准EIAJ–JapanCECC–EuropeCompany

Standardsproductstandards(chipcards:

ISO/IEC10373)MM

–

标准28Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDJESD22-A115-A–

1997

under

revision (JEDEC)ANSIEOD/ESD–

S5.2-1999AutomotiveElectronics

Council-

AEC-Q100-003-REV-ECDM

–

标准29Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDANSIEOS/ESD–S5.3

–

1993 (ESDAssociation)JESD22-C101

–

1996 (JEDEC,onlyforfieldinduced

CDM)AutomotiveElectronics

Council-AEC-Q100-011-REV-A(OnlyforfieldInduced

CDM)TowardsZeroDefectCausedby

ESD静电沾污的随想30Rev.

1.0ConfidentialDamagecausedbyinvisibleandundetectableeventscanbebycomparingESDdamagetomedicalcontaminationofhumanbodybyvirusorbacteria.Althoughvirusesandbacteriaareinvisible,theycancauseseveredamageevenbeforeyoucandetecttheirpresence.Adefenseagainstthisinvisiblethreatissterilization.ESD损伤是无形的和无法发觉的事件，类似于人体来自于病毒和细菌的医学污染。尽管病毒和细菌是无形的，他们也能在你察觉它们的到来前造成多种损伤。杀菌是一种抵制无形威胁的防护。TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD基本知识31Rev.

1.0ConfidentialSummaryforPart1

第一部分的小结Chargesaregeneratedby2ways:

电荷积累产生于2种途径：TriboeletricCharging

摩擦产生电荷Induction 感应2.Type

of

Damages

caused

by

ESD:

ESD损伤类型：Catastrophic 完全的损坏Latent(Degradation) 潜在的损坏（性能下降）The3ESD

Models

are: 3种ESD模式HBM 人体模式MM 机器模式CDM 充电器件模式Staticcanbeconsideredasacontamination

problem静电可以认为是一种沾污问题。TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

控制32Rev.

1.0ConfidentialPart

IIConceptofESD

Control第二部分ESD控制的概念TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

控制的基本概念33Rev.

1.0ConfidentialMajorityofproductsaredesignedtoserve3

functions大多数ESD控制产品被设计成可提供以下3种功能Grounding

接地Isolation 隔离Neutralization

中和TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制34Rev.

1.0ConfidentialHowcanweprotectESDsensitivitydevice

(ESDS)?我们该如何保护ESD敏感器件（ESDS）？Minimizingcharge

generation最小化电荷的产生Keepingtheareaatequal

potential使区域处于等电势Neutralizing

charge中和电荷ESD

的控制35Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDHowtoachieve

this?如何实现？Minimizingchargegeneration

最小化电荷的产生Choosematerialsthatgeneratelittleorno

charge选择低产生或不产生静电荷的材料Avoidsliding&rubbingactions避免滑行和摩擦Keepingtheareaat

equalpotential使区域处于等电势Usematerialswhichwilldissipateelectrostaticchargewhenconnectedto

earth使用当接地后可以消散静电的材料Directlyorindirectly,connectallsurfaces,peopleandobjectstogether直接或间接连接所有表面，包括人和物品。TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制36Rev.

1.0ConfidentialMinimize

Field

Effects

最小化场效应Allownounmodifiedplasticsinthe

area在区域中没有未被更改的塑料Keepnon-conductors&insulatorsawayfromworking

area保持在工作区域内没有不导电物和绝缘物Neutralizing

charges中和电荷UseAir

Ionisers

使用离子风机TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制37Rev.

1.0ConfidentialGroundingDevices 接地部件Wrist-strip 腕带Footstrap&Shoes

脚部接地带和鞋Worksurfaces 桌垫Chairs 椅子Floors 地板Neutralization中和BenchTop

IoniserOverhead

IoniserIonisingAir

Gun 离子枪CompleteRoom

IonizationIsolation 隔离Shieldingbags 屏蔽袋Conductivecontainers

w/covers

有盖的导电容器Restrictedentryto

EPA控制进入EPAGarments 防静电工作服TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制38Rev.

1.0ConfidentialWhatisanESDProtectedArea

(EPA)?什么是ESD防护区域（EPA）？AnEPAisanareainwhichelectrostaticsensitivedevicescanbehandledoutsidetheirprotectivepackagingwithminimumriskofdamagefromElectro-StaticDischargeorElectricFields.Itisconstructedtocreateanenvironmentinwhicheverythingisatthesameelectrical

potential.ESD防护区域(EPA)是静电敏感器件可以离开他们的保护包装被操作的区域，在ESD防护区域中静电放电或电场损坏风险被减到最小。EPA创建了一个环境使每一样物品等电势。TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制EPAGroundSystem

Design39Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制Conductive

导电区40Rev.

1.0ConfidentialSurface

Resistivity

表面阻抗StaticDissipative静态消散区Insulative

绝缘区105

1081012

10200Note:Materialswith

surface

resistivity to andbelow

aresuitableforESD

Shielding表面阻抗在101至109

和以下的材料适合于ESD防护Materialswith

surface

resistivity andbelowaresuitable

forEMI/RFI

Shielding表面阻抗在101和以下的材料适合于EMI/RFI防护TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制41Rev.

1.0ConfidentialStaticSafeWorkStations静电安全工作配置Staticsafeworkstationisanareathathasbeenestablished

toeffectivelycontrolESD.Astaticsafeworkstationwillincludeequipmenttoperformthethreecriticalfunctions–Grounding,Isolationand

Neutralization.静电安全工作配置是一个被定义为有效控制ESD的区域。它包括的设备须提供3种重要功能—接地，隔离，和中和。TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制42Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制43Rev.

1.0ConfidentialProtective

Measures

防护措施Handling 操作Protective

Garments

防护工作服Footwear

Testing 工作鞋测试WristStrap

Testing 腕带测试Packing 包装TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制Protective

Garments

防护工作服Normalgarments

cangeneratedangeroushigh

voltages常规的服装可以产生危险的高压常规的鞋不能消散人体的电荷Normalshoesarenotabletodrainoff

chargefromhuman

bodies!44Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制Specialgarmentsalsocompensatethefieldgeneratedbythe

normalclothesiftheyareproperly

fastened!Dissipativefootweardrainsoffchargeonhuman

bodiesinacontrolled

waySpecialgarments

donotshowdangerousvoltageDissipative

footwearavoidschargingbywalking!导静电的工作鞋可以消除走动时的电荷积累45Rev.

1.0Confidential特制的工作服不会产生危险的高压Protective

Garments防护工作服特制的工作服在适当扣紧的前提下同时补偿了常规服装产生的电场导静电的工作鞋可控的导走人体积累的电荷TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制Footwear

Testing工作鞋测试Testyour

footwearevery

day!Testyourfootwear

onebyonebystandingonametal

plate请每天测试工作鞋！46Rev.

1.0Confidential测试工作鞋时请站立于金属板上，并逐脚测试TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制Wrist

Strap

Testing腕带测试Useawriststrapforgroundinginorder

nottobe

charged47Rev.

1.0ConfidentialTestyourpersonal

wriststrapevery

day!请每天测试个人的腕带使用腕带是为了接地，没有电荷积累TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制Packing

包装RemoveallouterpackingoutsidetheEPAuntilyouseeanESDwarning

label!Somesealsmadeofinsulatedmaterialthereforesealsshallbecutandnot

stripped!48Rev.

1.0ConfidentialInsidetheEPA,onlyreleasedand

labelledpackingis

allowed!只有在ESD防护区域打开和标识包装是被允许的除去绝缘封条必须是割开而不是撕扯开在ESD防护区域外除去所有外部包装直至看到ESD警告标志TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制Usedissipativematerialonlyasfilling

material!(Donotusestyrofoam

chips!)49Rev.

1.0Confidential使用导静电材料填充（禁止使用聚苯乙烯泡沫塑料）Packing

包装TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制ESDSshallonlybehandledbytrained(andequipped)personnelatspecial

workingplaces!Wrist

StripDissipativework

surfacePacking

包装50Rev.

1.0ConfidentialESDS必须在特定的工作区域内被培训过（已装备）的人员操作导静电的桌面TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制Avoida“hard”

discharge避免“硬”放电51Rev.

1.0ConfidentialMetallic

surface金属表面Packing

包装TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制Unpackthedevicesandplacethemondissipativematerial

todrainoffpossiblechargeonthedevices

“softly”52Rev.

1.0ConfidentialPacking

包装倒出器件时须将它们放置于导静电材料上来“温柔地”散尽器件上可能存在的电荷TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制53Rev.

1.0ConfidentialPrinciples

of

Protection

防护原则ESDisessentiallya“Quality”

problemESD本质上是一种“质量”问题TotalCompanyCommitmentis

required需要全公司的承诺Anintegratedapproachismoreeffectivethanahaphazard

approach一套完整的ESD防护方案比随便的方案更有效.TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制54Rev.

1.0ConfidentialASystemApproachtoCorporateESD

Protection全公司范围ESD防护的系统方案Requires:

必要项目：Co-ordinator 总协调负责人Standards 标准Procedures 程序Audit 审查Training 培训Materials 材料TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD

的控制55Rev.

1.0ConfidentialFourBasicStepstowardssuccessful

implementation成功执行的4个基本步骤：ManagementCommitment 管理层的支持ControlofSupplies 供应商的控制Comprehensive

in-house

system 完善的内部系统Tell

your

customers 提示客户TowardsZeroDefectCausedby

ESD关于未来芯片内几何结构的不断减小Decreasinggeometricalstructuresof

microchips+Increasing

integration

density集成度的增加56Rev.

1.0ConfidentialChipsmoresensitiveto

ESD器件对ESD越来越敏感TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD的控制57Rev.

1.0ConfidentialSummaryforPart2

第二部分的小结1. The

3basic

conceptofESD

controlare:

ESD控制的3个基本概念b) Isolationa) Grounding

接地隔离c) Neutralisation 中和EPA的重要性ESD是一种质量问题Theimportanceofan

EPAESDisaquality

issueESDpreventionrequirestotalcompanycommitment,comprehensivein-housesystemandcontrolofsupplies,lastbutnotleastinformingyour

customersESD防护要求管理层的支持，完善的内部管理和供应商的控制，以及提示客户TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD防护系统58Rev.

1.0ConfidentialPart

III SystemforESD

Protection第三部分

ESD防护系统TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD防护系统59Rev.

1.0ConfidentialSystemforExternalESDProtection

(Corporation)外部的ESD防护系统（公司）Goal

of

Corporation 公司目标InternalandExternal

ProtectionOrganisationof

CorporationResponsibilityintheESD

team内部和外部防护公司组织公司ESD小组的职责•StandardfortheCRMA–

QUW82-014TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD防护系统60Rev.

1.0ConfidentialGoalof

CRMA安盛的目标PreventionofESDfailuresfromreceivingwafertodeliveryICto

customer从接收wafer到交付IC至客户全程防止ESD失效TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD防护系统内部和外部的防护InternalandExternalProtectionInternal

Protection

内部的防护MaketheDevicesrobustagainstESD(DesignMeasures)使器件能充分抵抗ESD（设计方面的措施）External

Protection外部的防护ReduceESDStressduringtheprocess(WaferFab&

CRMA)制造中减少ESD应力（Wafer

Fab

&

CRMA)61Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD防护系统Organisation

of

CRMA

组织62Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESDESD防护系统63Rev.

1.0ConfidentialResponsibilityintheESDTeamESD小组的职责ReleaseofESDProtectivematerials

发布ESD防护材料Approval

of

manufacturing

equipment

onESDaspects

批准制造机器的ESD防护状况SupportofthedepartmentsonESD

aspects

支持部门的ESD的防护SampleauditoftheESDprotectionmeasures 抽样审查ESD防护设施TrainingoftheESD

Responsible

persons 培训ESD负责人TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD防护系统64Rev.

1.0ConfidentialInternationalStandardforESD

Protection(1).IEC61340-5-1Protectionofelectronicdevicesfromelectrostaticphenomena–GeneralRequirementsTheIEC61340-5-1TechnicalReportProtectionofelectronicdevicesfromelectrostaticphenomena–GeneralRequirementswasdevelopedfromearlierStandardsincludingEN100015.ItisaccompaniedbyaUserGuideIEC61340-5-2,whichgivesalotofadditionalinformationtohelpthenon-specialistimplementIEC61340-5-1.AsaIECdocuments,theyhaveworld-wideapplicabilityandareplannedtobedevelopedintofullworld-wideIECstandardsinthefuture.TowardsZeroDefectCausedby

ESDESD防护系统65Rev.

1.0ConfidentialESD防护的国际标准(1).

IEC61340-5-1 电子器件静电防护的综合需求The

IEC

61340-5-1

技术报告

Protection

of

electronicdevicesfromelectrostaticphenomena–

GeneralRequirements发展了早期的标准包括EN100015.

伴随它的还有一个

用户手册

IEC61340-5-2,

它给予了很多附加信息来支持未包含专业实现的IEC61340-5-1.

作为IEC文献，它有全球适用性，并且已计划在未来发展成全球的IEC标准。ESD防护系统66Rev.

1.0ConfidentialTowardsZeroDefectCausedby

ESD(2).

JESD625-A RequirementsforHandlingElectrostatic-Discharge-Sensitive

(ESDS)

Devices

操作ESDS的必备需求ThisstandardestablishestheminimumrequirementsforElectrostaticDischarge(ESD)controlmethodsandmaterialsusedtoprotectelectron