ESD培訓之二靜電危害PPT幻燈片

1、二. 靜電危害,1.靜電的三種危害方式,ESD危害是靜電源產(chǎn)生的電能作用到或過于接近ESDS（靜電敏感元器件）元件（或整機設備）所導致的結果。使電子器件性能退化或功能失效。,1.1 吸附塵埃,靜電放電,靜電感應,吸附塵埃,靜電吸附塵埃對微電子生產(chǎn)業(yè)影響很大，在現(xiàn)代大規(guī)模集成電路(LSI)生產(chǎn)中，芯片的線寬已達到0.1m，如果其產(chǎn)生靜電則對幾幾十微米的塵埃吸附作用明顯。,纖維屑與灰塵,指痕,磁頭,磁盤,IC特征尺寸 1m,微粒 56 m,塵埃粒度與IC芯片間距比較示意圖,一顆直徑幾微米塵埃吸附在芯片上，即可造成十幾根芯線之間的絕緣強度降低，造成短路使芯片損壞。,當帶電的物體與一些導體等接觸時或靠

2、得很近時,電荷會找到一條途徑突然釋放掉 -高壓、瞬間,1.2 靜電放電,大約2000V,人體靜電放電最小放電量可達 3.12 X 10-4焦耳,瞬間的放電電流峰值可達 幾安培以上,干燥6001000V,我們在經(jīng)受約3000伏的靜電電壓!,如果這條“途徑”是半導體電路，就會產(chǎn)生靜電傷害,1.3 靜電感應,當導體和電介質(zhì)置于靜電場中，在其上感應出+或-的靜電荷。靜電感應電位可達數(shù)千伏以上。,其危害不僅有靜電放電的危害性，而其感應放電產(chǎn)生的寬頻帶脈沖干擾可對計算機和低電平數(shù)字電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應或?qū)е聝x器（儀表）運行失常。,目前，半導體內(nèi)有PN結，它的介電層 SiO2，膜厚度0.0070.15m，再考慮

3、工藝偏差，能承受的耐壓值很低。,目前，半導體器件安全閥門限電壓100V。,2. ESD造成電子元器件失效的主要機理,其中（1）（3）（5）項因靜電電壓引起，（2）（4）由靜電電壓和電流共同引起。,(3) 介質(zhì)擊穿,(1) 熱二次擊穿,(2) 金屬鍍層融熔,(4) 表面擊穿,(5) 體擊穿,靜電敏感器件包括ESDS組件或整機被ESD損壞，與它們的電氣和接地連接無關，ESDS組件和整機通常與它們包含的最敏感的ESDS元器件一樣敏感，雖然在組件或整機設計另加有不同程度的保護電路，起到一定程度的保護，但仍然易受到強靜電電場或帶有靜電物體直接接觸引起的感應ESD損害。,3.靜電放電對電子產(chǎn)品危害的特點,

4、3.1 隱蔽性：在ESD對電子產(chǎn)品損害中，活動的人體帶電是一個重要的原因。在一般情況下，人體所帶靜電電壓都在1-2KV（詳見典型的靜電壓產(chǎn)生強度表）范圍，而在此電壓電平上的靜電放電時，人體一般無直觀察覺，而接觸到電子產(chǎn)品的元器件時，卻在人們不知不覺中受到損傷。下表列出人體受靜電電擊感應程度的關系，從而進一步認識靜電存在的隱蔽性。,無處不在，無直觀感,隱蔽性,潛在性,損傷的隨機性,失效分析復雜性,人體帶電和電擊感應程度的關系：,人體帶電和電擊感應程度的關系,人體帶電和電擊感應程度的關系：,3.2 潛在性：有些電子器件受靜電放電損傷后，僅表現(xiàn)出某些性能參數(shù)的下降，但未達到安全失效程度，若沒有進行全

5、面地檢測往往無法發(fā)現(xiàn)。如有的IC在靜電放電損傷后，僅表現(xiàn)出輸入電流增加，一般在功能檢測時不會被發(fā)現(xiàn)，或者靜電放電使產(chǎn)品出現(xiàn)可自愈的擊穿，或者其他非致命的損害。但隨工作時間延長，這種效應在累加繼續(xù)使用下，最終發(fā)生致命失效。,人體帶電和電擊感應程度的關系：,3.3 損傷的隨機性：只要靜電敏感器件接觸或靠近超過其靜電放電敏感閥值的情況存在，就有可能發(fā)生靜電放電損害。而由于靜電可以在任何兩種物體（包括操作者的人體）接觸，分離條件下產(chǎn)生。故靜電敏感器件的靜電放電損傷有可能在產(chǎn)品從進料、加工、制造到使用維護的任何環(huán)節(jié)。任何一個操作步驟，與任何有關帶電人體（或物體）接觸時發(fā)生。所以靜電放電損傷具有很大的隨機

6、性。,3.4 失效分析復雜性：靜電放電造成器件損傷，失效的分析工作非常困難。目前電子器件均為精細微小的組裝結構，分析失效原因需要有一套高精密的儀器，其次為靜電損傷難與其它原因造成的損傷加于區(qū)別。,人體帶電和電擊感應程度的關系：,4.靜電對ESDS器件的損害，可歸納為軟失效和硬失效,軟失效 90% a.間歇失效：某些ESDS器件（如CPU或EPROM）受到靜電放電后，產(chǎn)生存儲信息的丟失或功能暫時變壞。且在ESD發(fā)生后重新輸入信息后再開啟通電能自動恢復正常運行。 b.翻轉(zhuǎn)失效：由于靜電放電，產(chǎn)生電氣噪聲經(jīng)傳導或輻射到含有ESDS器件的電路上，當ESD感應電壓/或電流超過的信號電平。其工作狀態(tài)將發(fā)生

7、翻轉(zhuǎn),硬失效 10% 靜電源（如人體或物體放電、靜電場或靜電高壓尖峰放電）放電，超過ESDS器件允許工作電壓或電流值。造成擊穿或燒毀，使ESDS器件內(nèi)部開路或短路產(chǎn)生完全失效。,人體帶電和電擊感應程度的關系：,電壓擊穿開始時往往先在某一電壓下在介質(zhì)個別點上出現(xiàn)所謂網(wǎng)點擊穿，以后只要在較低的電壓下即可出現(xiàn)大片區(qū)域的雪崩式擊穿，造成器件永久性損毀。,雪崩效應,人體帶電和電擊感應程度的關系：,靜電放電可能一次或多次就可造成硬失效?；蛘逧SDS器件受到靜電放電產(chǎn)生，一定程度損害后再經(jīng)過一段時間的工作，其功能進一步退化。最終遭受致命性的失效。,生產(chǎn)過程中電子元器件可能受到潛在的ESD損壞，或來至我們所使

8、用的工具，如電烙鐵、電動起子、吸錫器或操作沒有接地的儀器、儀表時產(chǎn)生的尖峰電脈沖時對靜電敏感器件的損害，所以在操作前，需要仔細檢查手腕帶，工具和測試的“接地”狀況，良好的接地是保證不產(chǎn)生破壞性的靜電。對目前的產(chǎn)品而言，ESD比幾年前嚴重的多。在將來還會更嚴重。目前，工具或測試儀器探頭等產(chǎn)生小于0.5V的電壓和脈沖是可以接受的。如果使用大量高敏感度的元器件。則要求電烙鐵、吸錫器等工具和測試儀器，其他設備不能產(chǎn)生0.3V的電脈沖。,人體帶電和電擊感應程度的關系：,靜電敏感電子器件是組裝整機的“心臟”，所以電子器件的可靠性在很大程度決定組件、整機的可靠性。這就是說，電子組件、整機仍至系統(tǒng)的抗靜電能力

9、，通常是由其內(nèi)部IC芯片對靜電放電最敏感（即敏感電壓閥值最低）的電子器件所決定。因此受到靜電放電損傷，失效不僅是元器件，還包括組件及整機。在產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程均受到靜電威脅。,隨著計算機等電子產(chǎn)品廣泛運用到國民經(jīng)濟的各個領域，靜電對電子產(chǎn)品的危害已波及到幾乎所有的經(jīng)濟部門和領域。因此，靜電的危害不僅表現(xiàn)在產(chǎn)品加工制造過程，而且更多地表現(xiàn)在產(chǎn)品的使用過程中。對電子產(chǎn)品的靜電防護已越過電子生產(chǎn)工廠的界限，而成為各方面廣泛關注的問題。,人體帶電和電擊感應程度的關系：,日本NEC公司一份統(tǒng)計，每年因靜電損壞的IC比例：,CMOS器件：79,線形IC: 12%,MOS存儲器：12,人體帶電和電擊感應程度的

10、關系：,5.靜電放電產(chǎn)生電磁場危害,5.1 放電特征,快速，高壓，高場強：當人帶電5KV與金屬接地體（6cm長8cm直徑的金屬棒）接觸，放電時間0。7MS當電弧長度為0。8mm，距電弧0。1m處，電場強度為12KV/m，磁場強度為30A/m，在同樣的放電電壓下，放電電流的大小隨電弧距離的縮短急劇上升，電流上升的速度從3A/ms到600A/ms放電瞬間足于將ESDS器件內(nèi)部引線燒毀,人體帶電和電擊感應程度的關系：,5.2 靜電放電的輻射特性,靜電放電的物理過程非常復雜，在放電前是靜電場，一旦放電，電場能量就主要轉(zhuǎn)化為脈沖磁場能量，形成極強的電磁能量向外輻射，且距離相當遠。因此非直接的ESD的損害，有時大于直接的ESD的損害，其頻帶寬度3GHz，電視機上有