ESD專題報告

什么是靜電?原因:剝離、摩擦、感應….?機制:物質因失去或得到電子而帶電影響摩擦生電電量的因素

相對濕度物質材料摩擦頻率接觸面積材料的影響

正(Positive)

?空氣

?人手

?玻璃

?毛發

?石英

?尼龍

?羊毛

?絲綢

?鋁

?紙

?棉

?鋼

?木

?橡膠

?金

?多元脂

?聚胺脂

?聚乙烯

?聚丙烯

?乙烯基

?硅

?鐵弗龍

負(Negative)

溫度：21℃典型的

ESD電壓?原因:電位不同物體間的電荷移轉不一定伴隨有電弧或火花發生

?一般人體可以感受到的靜電電壓約為

3kv以上;當靜電電壓低于此值時,許多半導體組件依舊非常容易受到靜電放電而致損壞隱藏的危險=>靜電放電ESD對IC的威脅人體..直接充電或放電°*電壓范圍:數百伏特到30KV機器..裝配,測試,蓋印及機械手臂環境..運輸,儲存,制造及使用*電壓范圍:數千伏特°靜電放電的模型#人體帶電模型

(HumanBodyModel,HBM)------(2kv)#機器帶電模型(MachineModel,MM)

(測試機臺,自動插件機,SMT機臺)-------------(200V)#組件帶電模型(ChargedDeviceModel,CDM)------(1KV)組件帶電模型(CDM)●現代自動化組裝之制造環境中最重要的ESD模型。造成ESD故障的主要原因●

CDMEvent的來源測試機臺,自動插件,IC的包裝及運送過程產生)

1.在1ns(毫微秒)內電流可上升到15A(1KV)，放電時間在10ns

以下。

2.在高頻時、電容幾乎可以視為短路，因此CDM電流會由GateOxide放電。

電子組件ESD故障之構因功率相關：熱崩潰、金屬熔融……電壓相關：介電質崩潰……潛在性故障：功能劣化……(閘極退化、保護電路損害、放電抑制、PN接面退化、間歇性的失效)Power=IESD*VOperatingESDS組件敏感等級---HBM

ESDSTM5.1-1998EIA/JESD22-A114-B:2000

ClassVoltageRangeClass0<250VClass1A250V~<500VClass1B500V~<1000VClass1C1000V~<2000VClass22000V~<4000VClass3A4000V~<8000VClass3B≧8000VESDS組件敏感等級---MM

ESDSTM5.2-1999EIA/JESD22-A115-A:1997

ClassVoltageRangeClassM1(A)<200VClassM2(B)200V~<400VClassM3(C)≧400V

ESDS組件敏感等級---CDM

ESDSTM5.3.1-1999

ClassVoltageRangeClassC1<125VClassC2125V~<250VClassC3250V~<500VClassC4500V~<1000VClassC51000V~<1500VClassC61500V~<2000VClassC7≧2000V

EIA/JESD22-C101-A:2000ClassVoltageRangeClassI<200VClassII200V~<500VClassIII500V~<1000VClassIV≧1000V

IC的ESD規格HBMMMCDM

〝Okay〞

±2KV

±200V

±1KV

〝Safe〞

±4KV

±400V

±1.5KV〝Super〞

±10KV

±1KV

±2KV靜電防制專有名詞

*SurfaceResistance[表面電阻]

以二個電極放置于一材料表面上，加以一直流電壓(V)，量測其通過之電流值(I)，在計算出其電阻值(R)，其單位為奧姆(Ω)。*SurfaceResistively[表面電阻率]

均一材料的單位面積表面電阻，其單位為Ω/square，其表面電阻率與表面電阻間通常存在一比例，該比例與量測電極之幾何形狀有關。*VolumeResistively[體積電阻率]

即電阻率或稱電阻系數其單位為Ω-cm。靜電防制材料特性定義*ConductiveMaterials[導電材料]

表面電阻率小于1×105

Ω/square

，或其體積電阻率小于1×104Ω-cm的材料。[△<1×104or1×105]*StaticDissipativeMaterial靜電消散材料

表面電阻率至少為1×105Ω/square<△<1×1012Ω/square

。

或體積電阻率至少為1×104Ω-cm<△<1×1011Ω-cm。*Anti-StaticMaterial抗靜電材料

-能抑制摩擦生電的材料。(ESDAADV.1.0)-能抑制摩擦生電至200V以下的材料。(EIA-625)-抗靜電材料并不需要量測其表面電阻率或體積電阻率來決定其特性。靜電防制材料特性定義*

InsulatingMaterials[絕緣材料]

表面電阻率大于1×1012

Ω/square

，或其體積電阻率大于1×1011Ω-cm的材料。

(EIA-625-1994;ESDAADV1.0-1994)*

StaticShieldingMaterial靜電屏蔽材料

可防止組件遭受外界的靜電場破壞的一種防護屏障。

(EIA-625)

基本法則*將工作區的所有導電物體接地，使其帶電不超過50V。*用靜電電壓表確認工作區內的所有非導電物體帶電壓不超過300V(or200V)。*如果靜電無法避免，應確保靜電敏感零組件與帶電之表面保持足夠的距離。ESD問題的對策-1搬運工具--若臺車為絕緣輪,移動時易與地面摩擦而累積靜電。對策:更換為導電輪、拖鐵鏈

(推高機不應行經鋪有導電地板的區域)紙張、紙制標簽--在常溫長濕下可視為抗靜電材料。抗靜電衣--不易控管、成本高。PCB臺車拖鐵鏈ESD問題的對策-2手套的使用--靜電消散時間<2sec,還要帶靜電環。離子風扇--解決工作區內絕緣體的帶電問題。無線靜電環--只對2KV以上的靜電有效。導電地墊：可用于無導電地板的工作區，并搭配導電鞋。靜電環測試*功能:主要為防止HBM對于ESDS組件的破壞*型式:金屬、紡織品:表帶式、松緊帶式、黏帶式*安全性:必須要有限流電阻(通常約為1MΩ,250V,1/4W)來保護人體安全，接地線與靜電環分離的拉力為1-5lb。

若無限流電阻則必須以紅色標示*接地導線阻抗:必須小于1.25MΩ<30V*環帶阻抗:1MΩ±20%

靜電環*接地導線阻抗:必須小于1.25MΩ@<30V1MΩ靜電帶導電絲*環帶阻抗:1MΩ±20%靜電環測試實例靜電鞋套and拖鞋靜電鞋靜電鞋測試器規格靜電環測試器規格ESD問題的對策-3*靜電接地(工作臺面及作業人員)-目的：使工作人員在同一電位上

/地椿

/建筑物的金屬結構

/金屬水管

-建議：與市電地線間的電位差不要超過

5V，或阻抗不超過

25Ω

。

-人員防護：考慮人員碰觸電源時，通過人體電流，故必須要有1M限流電阻。接地系統-1?ESDS6.1*主要目的

:將靜電防護設施接地，提供一個路徑使靜電消散材料、導電材料及個人接地設備在同一個電位上，減少ESDS組件受到破壞。*人員安全防護

:考慮人員碰觸電源時，通過人體的電流。故接觸人體的接地系統必須要有限流電阻。

接地系統-2*靜電放電接地:能夠使靜電產生源(人或物)有放電的路徑*實接地:電子線路或設備和大地連接的導電接點(零電位差)。一般工作臺接地系統?ESD接地點的量測*DC毆姆計:量測范圍0.1Ω~1MΩ±10%

，開路電壓必須大于1.5V。*ESD共地點到ESD防護材料或設備必須小于

1Ω(如果有保護電阻則必須加上其值)。

*ESD共地點到EquipmentGround必須小于1Ω。

共地點ESD保護墊導電扣接地線靜電手環插孔工作臺接地系統工作臺表面的量測?ESDS4.1-1997*主要目的:使用標準的量測設備，量測靜電放電防護工作表面之表面電阻質以評估其特性。*其他標準:ASTMF150andNFPA99*測試設備:1.可提供100V和10V測試電壓，誤差在

10%以內的高電阻計，量測范圍由

10KΩ~100GΩ。

2.2只5lb.直徑2.5”的測試電極。

工作臺表面的量測高電阻計ResistancePoint-to-Point(≧1MΩ)高電阻計Resistancetoground(1×106Ωto1×109Ω)距離10”固定式工作臺接地扣活動式工作臺地面材料電阻特性測試?ANSIESDS7.1-1994*測試目的:量測地面材料的電阻特性(其量測結果為非電阻率)。*靜電防護地板須配合靜電防護鞋、鞋環、輪子及裝載器具使用。*其他標準:ASTMF150,NFPA99andDIN51953*測試設備:1.可提供100V和10V誤差在10%以內的高電阻計，量測范圍由10KΩ~100GΩ。

2.2只5lb.直徑2.5”的電極。地面材料的量測高電阻計ResistancePoint-to-Point(≧1MΩ)高電阻計Resistancetoground(1×106Ωto1×109Ω)1.ResistancetoGround每5000Sq.ft(464.5m2)必須測試五點。2.ResistancePoint-to-Point每5000Sq.ft必須測試五區，每區測

試點間的距離應至少為36”。

表面電阻(率)測試*測試目的:量測一個ESDS包裝材料的表面電阻率,來評估其靜電防護的特性。*標準:ASTMD-257,ANSIESDS11.11-1993*測試設備:1.可提供100V和10V誤差在10%以內的高電阻計，量測范圍由1KΩ~10TΩ之電極。

2.測試時間為10TΩ檢查5次之穩定時間平均值加5秒。表面電阻(率)測試高電阻計1KΩ~10TΩ