ESD培训之二静电危害.ppt

二 静电危害 1 静电的三种危害方式 ESD危害是静电源产生的电能作用到或过于接近ESDS 静电敏感元器件 元件 或整机设备 所导致的结果 使电子器件性能退化或功能失效 1 1吸附尘埃 静电放电 静电感应 吸附尘埃 静电吸附尘埃对微电子生产业影响很大 在现代大规模集成电路 LSI 生产中 芯片的线宽已达到0 1 m 如果其产生静电则对几 几十微米的尘埃吸附作用明显 纤维屑与灰尘 指痕 磁头 磁盘 IC特征尺寸1 m 微粒5 6 m 尘埃粒度与IC芯片间距比较示意图 一颗直径几微米尘埃吸附在芯片上 即可造成十几根芯线之间的绝缘强度降低 造成短路使芯片损坏 当帶电的物体与一些导体等接触时或靠得很近时 电荷会找到一条途径突然释放掉 高压 瞬间 1 2静电放电 大约2000V 人体静电放电最小放电量可达3 12X10 4焦耳 瞬间的放电电流峰值可达几安培以上 干燥600 1000V 我們在經受约3000伏的靜電電壓 如果这条 途径 是半导体电路 就会产生静电伤害 1 3静电感应 当导体和电介质置于静电场中 在其上感应出 或 的静电荷 静电感应电位可达数千伏以上 其危害不仅有静电放电的危害性 而其感应放电产生的宽频带脉冲干扰可对计算机和低电平数字电路发生翻转效应或导致仪器 仪表 运行失常 目前 半导体内有PN结 它的介电层SiO2 膜厚度0 007 0 15 m 再考虑工艺偏差 能承受的耐压值很低 目前 半导体器件安全阀门限电压 100V 2 ESD造成电子元器件失效的主要机理 其中 1 3 5 项因静电电压引起 2 4 由静电电压和电流共同引起 3 介质击穿 1 热二次击穿 2 金属镀层融熔 4 表面击穿 5 体击穿 静电敏感器件包括ESDS组件或整机被ESD损坏 与它们的电气和接地连接无关 ESDS组件和整机通常与它们包含的最敏感的ESDS元器件一样敏感 虽然在组件或整机设计另加有不同程度的保护电路 起到一定程度的保护 但仍然易受到强静电电场或带有静电物体直接接触引起的感应ESD损害 3 静电放电对电子产品危害的特点 3 1隐蔽性 在ESD对电子产品损害中 活动的人体带电是一个重要的原因 在一般情况下 人体所带静电电压都在1 2KV 详见典型的静电压产生强度表 范围 而在此电压电平上的静电放电时 人体一般无直观察觉 而接触到电子产品的元器件时 却在人们不知不觉中受到损伤 下表列出人体受静电电击感应程度的关系 从而进一步认识静电存在的隐蔽性 无处不在 无直观感 隐蔽性 潜在性 损伤的随机性 失效分析复杂性 人体带电和电击感应程度的关系 人体带电和电击感应程度的关系 人体带电和电击感应程度的关系 3 2潜在性 有些电子器件受静电放电损伤后 仅表现出某些性能参数的下降 但未达到安全失效程度 若没有进行全面地检测往往无法发现 如有的IC在静电放电损伤后 仅表现出输入电流增加 一般在功能检测时不会被发现 或者静电放电使产品出现可自愈的击穿 或者其他非致命的损害 但随工作时间延长 这种效应在累加继续使用下 最终发生致命失效 人体带电和电击感应程度的关系 3 3损伤的随机性 只要静电敏感器件接触或靠近超过其静电放电敏感阀值的情况存在 就有可能发生静电放电损害 而由于静电可以在任何两种物体 包括操作者的人体 接触 分离条件下产生 故静电敏感器件的静电放电损伤有可能在产品从进料 加工 制造到使用维护的任何环节 任何一个操作步骤 与任何有关带电人体 或物体 接触时发生 所以静电放电损伤具有很大的随机性 3 4失效分析复杂性 静电放电造成器件损伤 失效的分析工作非常困难 目前电子器件均为精细微小的组装结构 分析失效原因需要有一套高精密的仪器 其次为静电损伤难与其它原因造成的损伤加于区别 人体带电和电击感应程度的关系 4 静电对ESDS器件的损害 可归纳为软失效和硬失效 软失效90 a 间歇失效 某些ESDS器件 如CPU或EPROM 受到静电放电后 产生存储信息的丢失或功能暂时变坏 且在ESD发生后重新输入信息后再开启通电能自动恢复正常运行 b 翻转失效 由于静电放电 产生电气噪声经传导或辐射到含有ESDS器件的电路上 当ESD感应电压 或电流超过的信号电平 其工作状态将发生翻转 硬失效10 静电源 如人体或物体放电 静电场或静电高压尖峰放电 放电 超过ESDS器件允许工作电压或电流值 造成击穿或烧毁 使ESDS器件内部开路或短路产生完全失效 人体带电和电击感应程度的关系 电压击穿开始时往往先在某一电压下在介质个别点上出现所谓网点击穿 以后只要在较低的电压下即可出现大片区域的雪崩式击穿 造成器件永久性损毁 雪崩效应 人体带电和电击感应程度的关系 静电放电可能一次或多次就可造成硬失效 或者ESDS器件受到静电放电产生 一定程度损害后再经过一段时间的工作 其功能进一步退化 最终遭受致命性的失效 生产过程中电子元器件可能受到潜在的ESD损坏 或来至我们所使用的工具 如电烙铁 电动起子 吸锡器或操作没有接地的仪器 仪表时产生的尖峰电脉冲时对静电敏感器件的损害 所以在操作前 需要仔细检查手腕带 工具和测试的 接地 状况 良好的接地是保证不产生破坏性的静电 对目前的产品而言 ESD比几年前严重的多 在将来还会更严重 目前 工具或测试仪器探头等产生小于0 5V的电压和脉冲是可以接受的 如果使用大量高敏感度的元器件 则要求电烙铁 吸锡器等工具和测试仪器 其他设备不能产生0 3V的电脉冲 人体带电和电击感应程度的关系 静电敏感电子器件是组装整机的 心脏 所以电子器件的可靠性在很大程度决定组件 整机的可靠性 这就是说 电子组件 整机仍至系统的抗静电能力 通常是由其内部IC芯片对静电放电最敏感 即敏感电压阀值最低 的电子器件所决定 因此受到静电放电损伤 失效不仅是元器件 还包括组件及整机 在产品的生产全过程均受到静电威胁 随着计算机等电子产品广泛运用到国民经济的各个领域 静电对电子产品的危害已波及到几乎所有的经济部门和领域 因此 静电的危害不仅表现在产品加工制造过程 而且更多地表现在产品的使用过程中 对电子产品的静电防护已越过电子生产工厂的界限 而成为各方面广泛关注的问题 人体带电和电击感应程度的关系 日本NEC公司一份统计 每年因静电损坏的IC比例 CMOS器件 79 线形IC 12 MOS存储器 12 人体带电和电击感应程度的关系 5 静电放电产生电磁场危害 5 1放电特征 快速 高压 高场强 当人带电5KV与金属接地体 6cm长8cm直径的金属棒 接触 放电时间0 7MS当电弧长度为0 8mm 距电弧0 1m处 电场强度为12KV m 磁场强度为30A m 在同样的放电电压下 放电电流的大小随电弧距离的缩短急剧上升 电流上升的速度从3A ms到600A ms放电瞬间足于将ESDS器件内部引线烧毁 人体带电和电击感应程度的关系 5 2静电放电的辐射特性 静电放电的物理过程非常复杂 在放电前是静电场 一旦放电 电场能量就主要转化为脉冲磁场能量 形成极强的电磁能量向外辐射 且距离相当远 因此非直接的ESD的损害 有时大于直接的ESD的损害 其频带宽度3GHz 电视机上有连接导线 就会感应出很大的瞬态电流 当防护不适当时 例如泄放电阻太小 就会造成瞬间放电电流大损坏元器件外 还会造成放电时间极短 并在放电点附近产生很强的宽带电磁场 对元器件同样会产生感应破坏 为防止静电感应破坏 对静电敏感的电子组件应考虑屏蔽 所以防静电 不仅在操作台工作时做好防静电 并在其周围也应防静电放电产生