静电防护措施.ppt

1、靜電防護措施 製造工程課 ESD TEAM 報告人/ 林忠民 Sanlin,內 容,什麼是ESD 為什麼要做ESD控制 ESD控制包括那些 如何達成,靜電,是一種靜止的電荷，電子不均勻分怖的結果 主要是摩擦產生，其他像電場誘發、直接充電 摩擦電荷的極性與強度是由摩擦電序列所決定,磨擦產生靜電 Triboeletric Charge,接觸,分離,石棉 兔毛 醋酸纖維 玻璃 雲母 頭髮 耐龍 羊毛 獸毛 鉛 蟬絲 鋁 紙 棉 鋼 木 琥珀 蠟 橡膠 密拉(聚酯膜) 鎳,銅 銀 抗紫外線材 黃銅 金/白金 硫 醋酸嫘瑩 賽路璐 奧龍 亞克力 賽侖 聚氨酯 聚酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 KELF 矽

2、 鐵弗龍 矽橡膠,磨擦靜電序列,越多正電,越多負電,常見的靜電產生事件 TYPICAL ELECTROSTATIC VOLTAGES* EVENT 相 對 濕 度 10% 40% 55% Walking across carpet 35,000 15,000 7,500 (地毯上行走) Walking across vinyl floor 12,000 5,000 3,000 (PVC地板上行走) Motions of bench worker 6,000 800 400 (工作台作業員的活動) Remove DIPs from plastic tubes 2,000 700 400 (從塑膠

3、管取出DIPs) Remove DIPs from vinyl trays 11,500 4,000 2,000 (從塑膠盤取出DIPs) Remove DIPs from Styrofoam 14,500 5,000 3,500 (從聚苯乙烯棉取出DIPs) Remove bubble pack from PCBs 26,000 20,000 7,000 (取下PCB的包裝) Pack PCBs in foam-lined box 21,000 11,000 5,500 (PCB裝箱) *Source: AT&T ESD Control Handbook-1989,ESD(ElectroSt

4、atic Discharge),靜電釋放的簡寫，是電荷在不同電位物體間轉移的現象 像閃電、手觸門把的觸電感等都是ESD 一般我們可感覺的ESD都在3,000volts以上 對元件而言，只要幾十伏特就足以造成破壞,為什麼要控制ESD ?,避免灰塵吸附 減低元件被破壞 減少產品失效或運作不穩定 避免人員受傷 預防火災或爆炸發生 每年因靜電不當釋放所造成損失高達數十億美金以上,靜電破壞的元件損失 Informal Summary of Static Losses by Level Static Losses Reported 最小值 最大值 平均值 Description Min. Loss Max

5、. Loss Est. Avg. Loss Component Manufacturers 4% 97% 16-22% (元件製造商) Subcontractors 3% 70% 9-15% (次合約商) Contractors 2% 35% 8-14% (合約商) User 5% 70% 27-33% (消費者) Source: Stephen Halperin, Guidelines for Static Control Management, Eurostat, 1990.,半導體不良的成因,Source :Semiconductor Reliability News， March 19

6、93,靜電對元件的破壞,程度上可分為:傷害性故障 -元件永久失效，出廠前可以發現，約佔10% 隱藏性破壞 -出廠正常，但運作不穩定，回廠機率增加，約佔90%,方式上可分為:對元件放電 -HBM、MM 從元件放電 -CDM 電場誘發放電,元件敏感度,元件消散能量的能力或承受電伏的程度 每一種元件在不同放電模式下會有不同的敏感度 借助不同的放電模式來測試元件的敏感度，是決定ESD控制等級的第一步,ESD CONTROL靜電釋放控制,Human Body Model 人體模式 帶電人員接觸元件放電 Machine Model 機器模式 帶電工具或設備接觸元件放電 Charged Device Mod

7、el 帶電元件模式 帶電元件接觸導體放電,Human Body Model 人體模式 帶電人員接觸元件放電,Typical Human Body Model Circuit,ESDS Component Sensitivity Classification -Human Body Model (per ESD STM5.1-1998),Machine Model 機器模式 帶電工具或設備接觸元件放電,Typical Machine Model Circuit,ESDS Component Sensitivity Classification -Machine Model (per ESD ST

8、M5.2-1998),Charged Device Model 帶電元件模式 帶電元件接觸導體放電,Typical Charged Device Model Circuit,ESDS Component Sensitivity Classification -Charged Device Model (per ESD STM5.3-1998),Susceptibility of Electronic Components to ESD 各種元件的靜電敏感度 元件類型 靜電敏感度(伏特) VMOS 30 - 1,200 Mosfet, GaAsfet, EPROM 100 - 300 JFET

9、150 - 7,000 OP-AMP 190 - 2,500 Schottky Diodes 300 - 2,500 Film Resistors 300 - 3,000 Schottky TTL 1,000 - 2,500,元件敏感度依美國國防部標準，MIL-STD-1686C，有明確分級，以人體模式為例 : 級數0-1C : 敏感度 0 到 1999 伏特 Microwave and high frequency devices (Schottky barrier diodes, probe contact diodes, other detector diodes) Discrete M

10、OSFET devices SAW JFETS CCDs Precision voltage regulator diodes OP AMP Thin film resistors Integrated circuits Hybrids utilizing class 1 parts VHSIC SCRs,DAMAGE YOU CANT FEEL 無法感覺損害,級數2 : 敏感度 2,000 到 3,999 伏特 Discrete MOSFET devices JFETs ICs VHSIC Precision resistor networks (type RZ) Hybrids utili

11、zing class 2 parts Low power bipolar transistors,DAMAGE YOU MIGHT FEEL 可能感覺損害,級數 3A-3B : 敏感度 4,000 到 8,000 伏特以上 Discrete MOSFET devices JFETs OP AMPS ICs VHSIC Small signal diodes Resistor chips General-purpose silicon rectifiers Opto-electronic devices (LEDs, photo transformers, opto couplers) All

12、other microcircuits not included in class 1 or class 2 Resistor chips Piezo electric crystals Hybrids using Class 3 parts,DAMAGE YOU CAN PROBABLY DETECT AS A SPARK WITH YOUR OWN BODY 身體可能產生 火花而查覺損害,製程技術提升相對提高了元件的敏感度,Technology Trends 1995 1998 2001 2004 2007 Feature size(mm) 0.35 0.25 0.18 0.12 0.10

13、 Voltage (V) 3.5 2 - 3.5 1.50 -1.9 1.0 -1.5 1.0 Source: Terry Welsher, Bell Labs, Lucent Technologies, 12/2/97,如何控制ESD,1.Design In Immunity 設計上加強元件的免疫力 2.Eliminate and Reduce Generation 消除或減少靜電的產生 3.Dissipate and Neutralize 安全的釋放與中和靜電 4.Protect Products 保護元件,Design In Immunity 設計上加強元件的免疫力,使用較不敏感的元件或裝置 提供適當的輸入保護 隨製程技術的提升，更微小與複雜 的幾何空間是無法避免的,Eliminate and Reduce Generation 消除或減少靜電的產生,減少靜電產生的製程與材料 保持不同製程與材料在相同的電位 提供接地途徑,Dissipate and Neutralize 安全的釋放與中和靜電,使用導電或防靜電材，提供靜電的宣洩途徑並正確接地 對絕緣性材料，以中和靜電方式,Protect Products 保護元件,提供零件與設備接地，防止靜電釋放至元件 使用防靜電的包裝材料，防止運送過程中的靜電事件,如