ESD培训手册

TowardsZeroDefectCausedbyESDPartIBasicESDKnowledge第1部分ESD基础知识2Rev.1.0ConfidentialESD培训手册TowardsZeroDefectCausedbyESDWhatisElectrostaticDischarge(ESD)?Asuddentransferofchargebetweenbodiesatdifferentelectrostaticpotentials.SomeexamplesofESDare:1.Lightning2.The“shock”yousometimesfeelduringwinterwhenyouwalkacrossthecarpetandtouchthedoorknob3.ThecrackingandsparkswhenyouremoveclothesfromyourdryerESDseemsharmless,butitcandamageelectroniccomponentsandassemblies3Rev.1.0ConfidentialESD介绍TowardsZeroDefectCausedbyESD什么是静电放电ElectrostaticDischarge(ESD)?不同电势物体之间静电荷的瞬间快速转移。ESD实例：1.闪电2.在冬天当你走过地毯，接触门把手时可以感觉到“电击”3.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。4Rev.1.0ConfidentialESD介绍TowardsZeroDefectCausedbyESDTwomainwaysinwhichchargescanbebuiltup:产生电荷的两种主要途径：1)ByContact&SeparationofMaterials(Triboelectriccharging)接触和分离材料（摩擦产生电荷）2)ByInduction感应5Rev.1.0ConfidentialESD介绍TowardsZeroDefectCausedbyESDStepoverofelectrons电子的转移步骤Remainingcharge剩余电荷6Rev.1.0Confidential摩擦产生电荷TowardsZeroDefectCausedbyESD*TriboeletricChargingmeanschargegenerationbycontactandseparationoftwoobjectsduetoadifferenceinworkfunction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。*Factorsinfluencingthemagnitudeandpolarityofcharging:影响电势大小和极性的因素：-surfaceenergystates表面能量状态-roughnessofsurface表面粗糙度-contactpressure接触压力-speedofseparation分离速度-surfaceconductivity(resistance)表面导电性（阻抗）-relativehumidity相对湿度7Rev.1.0Confidential摩擦产生电荷TowardsZeroDefectCausedbyESDEvent实例RelativeHunidity10-20%65-95%Walkingacrossacarpet350001500在地毯上行走Walkingacrossavinylfloor12000250在塑料地板上行走Motionsofbenchemployee6000100在椅子上工作Pickingupplasticpaperfile7000600拿塑料文件夹Pickingupplasticbag200001000拿塑料袋Workingchairfriction180001500拖动椅子8Rev.1.0Confidential典型静电电压/VTowardsZeroDefectCausedbyESD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Remainingchargeafterseparation离开地后留存电荷RemainingchargeafterremovingtheChargedjammingobject在移开带电干扰物体后留存电荷9Rev.1.0Confidential感应产生电荷TowardsZeroDefectCausedbyESD*Catastrophic破坏性的-PartsarecompletelydestroyedasaresultofanESDincident.Thefailureismostoftendiscoveredandrequiredbeforetheinstrumentsisshippedouttocustomer.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）-ThistypeofdamageoccurswhenanESDonlyweakensthecomponents.ItmaypassinitialtestingbutfailinthefieldORfailprematurely.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.1.0Confidential典型的ESD损伤TowardsZeroDefectCausedbyESDAnalysisofnon-conformingordefectivedevicesshowedthat60-75%weredamagedbyEOS(electricaloverstress)orESD.Thisrisesto90%fornewertechnologies.About70%ofthesefailureswereattributedtodamagefromIncorrectlygroundedpeople.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-201998pp245-25111Rev.1.0ConfidentialESD损伤TowardsZeroDefectCausedbyESDGateOxidedamageunderPolysilicon多晶硅层下的栅氧化层损伤12Rev.1.0ConfidentialESD失效实例TowardsZeroDefectCausedbyESDHumanBodyModel(HBM)人体模式MachineModel(MM)机器模式ChargedDeviceModel充电器件模式14Rev.1.0ConfidentialESD模式TowardsZeroDefectCausedbyESDHumanBodyModel(HBM)人体模式*Whenachargedindividualtouchesadevice,someofthestoredenergyistransferredordischargedeithertothedeviceorthroughthedevicetoground.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。*Itispossibletodevelophumanbodypotentialsthatfarexceeddamageratingsofthedevice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.15Rev.1.0ConfidentialHBM模式TowardsZeroDefectCausedbyESD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.1.0ConfidentialHBM模式TowardsZeroDefectCausedbyESD人体模式（HBM）测试回路17Rev.1.0ConfidentialHBM模式TowardsZeroDefectCausedbyESD机器模式（HBM）测试回路19Rev.1.0ConfidentialMM模式TowardsZeroDefectCausedbyESDChargedDeviceModel(CDM)充电器件模式（CDM）*Electrostaticchargesgetstoreduponareasofplasticdevices,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*ChargesquicklydischargetoaneffectivegroundthroughalowimpedancepathandcauseESDdamage静电电荷通过一个低阻抗到地迅速放电,造成ESD损伤*Theelectrostaticenergystoredinthechargeddevicedependsonitscapacitancewhichisfoundtobeafunctionofitsorientationwithrespecttoground.Adeviceclosetogroundplanewillhavelargecapacitancethanthatfarfromthegroundplane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21Rev.1.0ConfidentialCDM模式TowardsZeroDefectCausedbyESD典型的CDM放电事件金属表面CDM=充电+快速放电22Rev.1.0ConfidentialCDM模式CDM测试设置有效的接地接地平面23Rev.1.0ConfidentialCDM模式TowardsZeroDefectCausedbyESDTowardsZeroDefectCausedbyESDThelowohmicdischargeofachargeddevice(CDevice)–e.g.chargedbyslidinginaproductionlineisdescribedbytheChargedDeviceModel(CDM).TheCDMfailureisoneofthemainfailuremechanismsinautomaticproductionlines.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。24Rev.1.0ConfidentialCDM模式TowardsZeroDefectCausedbyESD实时ESD图谱脉冲宽度RealESDSpectrum–ESDModelsPulseWidth[s]10-910-810-7CDMMMHBM10-1110-1010-910-8RiseTime[s]上升时间26Rev.1.0Confidential使用中的ESD模式和ESD引力TowardsZeroDefect