全面ESD培训资料.ppt

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1、ESD培训课程,编制：KevinChen日期：2013-6-21,ESD培训课程,课程目的 ESD(Electrostatic Discharge)是电子可靠性工程的重要组成部分,本教材全面系统介绍了ESD基本知识、ESD控制标准、ESD防护技术等ESD知识 通过学习可以理解ESD对电子产品的危害，明白ESD控制的重要性.,一、ESD基本知识二、ESD标准和测试三、ESD控制,ESD培训课程,接地线 接地线也称为地线母线。接地主干线的截面积应不小于100mm2，支干线的截面积应不小于6 mm2，设备和工作台的接地线采用截面积应不小于1.25mm2 的导线，并以黄绿色为宜。接地线又分为硬接地和软

2、接地。硬接地-（hard ground）直接与大地电极作导电性连接的一种接地方式。软接地-（soft ground）通过一足以限制流过人体的电流达到安全值的电阻连接到大地电极的一种接地方式（软接地的漏电流不超过5MA，静电手腕带的泄漏电阻值应为1Mohm100Mohm,静电泄放至100伏以下的时间小于0.1S)。,ESD基本知识,静电及静电放电 静电：就是物体的表面一种处于相对稳定状态的电荷。静电放电（ESD）带有不同静电电位差,在物体或表面之间的静电电荷转移。分接触放电和电场击穿介质放电。静电过栽（EOS）导致电子元件损坏的结果。,ESD基本知识,静电标识,静电敏感区域警示标志,静电敏感标识

3、,静电防护标识,喷防静电液标识,ESD基本知识,静电的产生:a)摩擦带电：物质相互摩擦时，由于摩擦发生接触位置的移 动和电荷分离而放出静电。b)流动带电：用管路输送液体产生的静电。c)喷出带电：由粉体、液体和气体从截面小的开口部位喷出,发生摩擦而产生静电；液体和粉体本身相互之 间的撞击,以及小的飞沫摩擦产生大量的静电。d)剥离带电：互相密切结合的物体被剥离时引起电荷分离而 产生静电,ESD基本知识,静电的特性 在3000伏时，你能通过皮肤感知 在5000伏时，你能听见 在10000伏里，你能看见高电位：可达数万至数十万伏，人员操作时常达数百和数千伏（人通常对3.5KV以下静电不易感觉到）低电量

4、：静电流多为微安级（尖端放电例外）作用时间短：微秒级 受环境影响大：特别是湿度，湿度上升则静电积累减少，静电压下降.,ESD基本知识,作业与静电 人体活动产生典型的静电电压(V),ESD基本知识,ESD的危害 1、吸附灰尘缩短产品寿命在旦夕 3、放电损伤产品失效 4、电磁干扰过程中断（不良数据、软件错误、校准失误、处理器停止运作）硬损伤（致命损害）：表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能。软损伤（隐性损害）：受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使用寿命却大大缩短了 ESD失效：热熔化、介质击穿、ESD引发EOS,ESD基本知识,静电放电三要素 QM D=ESD“Q”：一定积累的静

5、电荷“M”：放电途径，如金属接触、对地或低阻的泄放路径“”：静电第三器件“”就是放电（）放电途径,静电荷,ESD敏感器件,ESD基本知识,电子产品失效情况 根据RAC的统计,在所有硬件故障中,ESD失效率占15%,而高静电敏感的器件EOS/ESD失效率高达60%左右.ESD引起半导体器件操作，使器件立即失效的机率约10%(短路、开路、无功能、参数不符合要求），而90%的器件则是引入潜在性损伤,损伤后电参数仍符合规定要求，但减弱了器件抗过电应力的能力，在使用现场容易出现早期失效,ESD基本知识,器件的ESD失效特征静电损伤是一种偶然事件，一般讲是与时间无关的，所以不能通过老化筛选方法加以剔除，相

6、反，在老化过程中，由于器件接地不良，老化设备不适当的连接等，反而会提高失效的百分比。,ESD基本知识,ESD静电培训课程,一、ESD基本知识二、ESD标准和测试三、ESD控制,ESD标准和测试,器件ESD敏感因素 ESD对半导体器件和电子产品都存在严重危害,ESD对电子产品和器件的可靠性影响的主要因素有:电场强度、放电电流、电磁干扰。影响器件ESD敏感程度的因素包括：器件设计（结构和工艺）、ESD电流、能量包裹、电场强度、放电的上升时间、制造工艺和器件的封闭类型等。能量型敏感器件的损伤是由于流过双极型结构电阻、保护电阻、薄膜电阻、金属连线等的过电流引起。即电流过大烧坏 电压敏感性器件的损伤是由

7、于ESD电压超过了器件内部氧化层、MOS管的栅极抢救无效的击穿电压引起。即击穿,器件ESD敏感度测试分析标准,ESD标准和测试,人体模式(HBM:Human Body Model)该模型表征人体带电接触器件放电,ESD STM5.1和JEDEC EIA/JESD22-A114-B的器件ESD电压阈值水平 Class 0:250V Class 1A:250V to 500V Class 1B:500V to 1000V Class 1C:1000V to 2000V Class 2:2000V to 4000V Class 3A:4000V to 8000V Class 3B:8000V,ESD

8、标准和测试,人体模型（HBM）静电损伤最普遍的原因之一是通过人体或带电材料，到静电放电敏感器件（ESSD）发生静电电荷的直接转移。当人走过楼面时，静电电荷就在人体上积累。手指与ESSD器件或组件表面的简单接触就可使人体放电，可能造成器件损坏。用以模拟这类事件的模型就叫人体模型（HBM），其等效电路如图所示。E 高压直流电源（05kV）Rb 人体等效电阻（1.5k1%)Cb 人体等效电容(100PF10%)Rs 充电限流电阻(110M)DUT 被试器件 K1 高压继电器,ESD标准和测试,机器模式(MM:Machine Model)机器模型的等效电路与人体模型相似,但等效电容(Cb)是200pF

9、,等效电阻为0,机器模型与人体模型的差异较大,实际上机器的储电电容变化较大,但为了描述的统一,取200pF,由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。,ESD标准和测试,机器模式（）ESD STM5.2 器件ESD电压阈值 Class M1:100V Class M2:100 to 200V Class M3:200 to 400V Class M4:400V,ESD标准和测试,机器模式(MM)EIA/JESD22-A115A器件ESD电压阈值 Class A:200V Class B:200 to 400V Class C:400V,E

10、SD标准和测试,充电器件模型（CDM:Charged Device Model)半导体器件主要采用三种封装形式金属陶瓷塑料).它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料（如用的塑料袋、传递用的塑料窗口等）相互摩擦，就会使管壳带电。器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。CDM模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的.JEDEC JESD22-C101-B器件ESD电压阈值如下：Class:200V Class:200 to 500V Class:500 to 1000V Class:above 1000V,ESD标准和测试,充电器

11、件模式（CDM）ESD STM 5.3.1器件ESD电压阈值 Class C1:125V Class C2:125 to 250V Class C3:250 to 500V Class C4:500 to 1000V Class C5:1000 to 1500V Class C6:1500 to 2000V Class C7:2000V,ESD标准和测试,ESD的一般要求 HBM：2KV MM：200V CDM：700 to 1000V,ESD标准和测试,生产现场ESD控制标准 ANSI S20.20 主要的ESD测试标准-IEC 61000-4-2（规定 150pF/330ohms)为产品级

12、测试标准，是最基本的静电EMC标准 1、被欧盟立法强制要求所有进入欧盟的产品必须符合该标准。2、它制定的等级、测试方法和测试程序都比较合理。-ANSI C63.16 美国家电行业、消费类产品、通信产品-完整的测试标准包括测试等级和判据-由美国国家标准学会发布-与IEC 61000-4-2相似，但是仍然由一些不同,ESD标准和测试,ESD静电培训课程,一、ESD基本知识二、ESD标准和测试三、ESD控制,ESD控制,器件在生产、测试试验、运输、保管和使用现场必须采取有效措施以消除静电的产生和积累。控制标准按照美国国家标准ANSI/ESD S20.20.国际企业和面向海外市场的中国企业可以申请S2

13、0.20的要求因素：建立静电控制组织结构和防静电文件体系 覆盖所有的区域和个人 全流程稽查和全员培训 随着产品的发展，不断提高ESD防护水平以及再培训,ESD（控制水平HBM为100V）控制要解决的问题 Why Who Where What How,ESD控制,ESD控制WHY？内部的影响：时间、成本 外部的影响；服务、品牌、客户满意度 减少损失 提高产品质量和可靠性 提高生产效率 提高产品生命周期和运行稳定性 指示静电防护回报达：以上,ESD控制,ESD控制WHO?所有接触ESD的人员,从器件制造商到电子产品最终用户静电控制要求全员参与,对所有接触静电敏感器件的人员进行培训,提高人员的防静电

14、意识.全员培训 全员考核 稽查改进,ESD控制,ESD控制WHERE?静电控制要求在产品的整个生命周期内考虑,考虑控制器件，产品经过的所有环节，包括来料、库房、加工制造、测试、包装、运输、用户环境、使用、维护等都需要进行静电控制。EPA区域（ESD protection area)静电防护区域,静电敏感区域警示标志,ESD控制,控制什么WHAT？,ESD控制,如何进行ESD控制HOW？根据发生ESD的三个要素：即QM D=ESD 静电控制需要：1、尽量防止和减小静电荷的产生 2、加速静电荷的逸散泄漏，防止静电荷积累 控制静电方法:隔离、中和、屏蔽、消散环境湿度、接地、静电材料的应用和离子化处理

15、是其主要手段。,ESD控制,现场如何进行ESD控制HOW？建立ESD防护体系文件和管理组织 建立EPA并宣言EPA的防护水平 明确防静电标识 EPA温湿度控制、地板及接地系统 对区域内的所有导体包括人员可靠接地 在EPA控制区域操作所有静电敏感器件 存储、运输所有静电敏感器件要用防静电包装 消除一切不必要的静电产生源 离子风机的使用 运用12英寸原则 测试和监控整个静电控制流,ESD控制,设立静电防护区（EPA）为什么设立EPA?在通常的电子设备生产、组装和维护现场，各种原因产生的高静电压是很普遍的现象，可能导致静电敏感器件的损伤。因此，有必要提供一个安全的工作区域。静电防护区（EPA）正是为

16、此目的而设计。在进行EPA环境设计时，为达到静电防护的要求应遵循以下原则：1、抑制静电荷的积累和静电压的产生。2、安全、迅速、有效的消除已产生的静电荷EPA必须达到以下的基本要求：1、明确的区域界限和防静电警示标志。2、对区域内的所有导体包括人员可靠接地。3、消除一切不必要的静电产生源。4、用12英寸原则，即ESSD必须远离静电源至少30厘米处。,ESD控制,环境控制 温湿度控制：温度：15 28 湿度：45%60%物料分区：防静电区、非防静电区、坏件区、操作区、办公区、备用包材区、杂物区,ESD控制,EPA区内特殊情况处理1、原则上不允许高静电产生材料进入EPA区域，因实际需求必须进入EPA

17、的高静电产生材料需要进行适当的控制。2、EPA内存在高于100V的静电源必须采取正确的防静电处理措施，如显示器、键盘、工具和装备上的静电源、物别是必须进入EPA的高静电生产物料（如不防静电的包装材料，产品上的塑料制品等）。防静电处理的主要措施有离子化、防静电剂、屏蔽、接地等。3、对于无法避免的EPA区内的高静电情况，还可以采取隔离的方法，保证EPA内任何可能静电压超过100V的物体应该保持距离静电敏感器件30厘米以上。4、在EPA区内可以设立专门的静电控制区，如办公区、包装和手拆包区、周转工具区等。必须划分明显的区域，且用黄底黑字的地板胶带将该区围起，并设立明显的批示牌标志，告诫高静电产生材料

18、工具、设备等不得在该区域使用，高静电产生材料、工具、设备和ESSD生产区至少保持1米以上的距离，ESD不得在无包装的情况下带入该区。,ESD控制,非接触式静电测量仪：测表面静电压，可检查静电是否存在及其泻放效果 表面电阻测量仪（兆欧表）：测表面电阻，可判断是否为防静电材料 防静电腕带测试仪：检测腕带的有效性 人体综合电阻测试仪：检测人体系统电阻,ESD控制,防静电工作台,ESD控制,电子组件和元器件的操作规则1、保持工作台清洁、整齐，工作区内禁止放有食品、饮料等。2、尽可能减少用手接触电子组件和元器件 的机会，避免损坏，在需要戴手套进行操作的场合，要经常换洗防静电手套，避免脏手套的污染。3、作

19、为通用规则，不能直接用手或手指去碰要焊接的地方，手上的油污会使可焊性变差。4、不可使用防肤膏或含硅树脂的洗涤剂，它们会引起可焊性和敷形涂覆牢度方面的问题，有专为清洁焊接表面而配制的洗涤剂可供使用。5、绝不可将电子组件堆叠起来，这样会造成机械性的损坏。工作场地应配置专用的各类料架。6、EOS/ESD敏感器件和组件都应该有相应的标记，所有操作、装配、测试必须在防静电工作台上进行。7、在工作前检查自己的防静电衣、工帽、手套、工鞋进否完好，穿戴是否满足要求。8、自行配戴与测试腕带，进行人体电阻测试并做好记录。9、确认工作区域所有防静电工具都有ESD标识。10、确保做好ESD防护过后，才可搬运与周转ESSD器件。,ESD控制,ESD静电培训课程,结束！谢谢！,