ESD培训之二静电危害课件.ppt

二二二二. . . . 静电危害静电危害静电危害静电危害1.1.静电的三种危害方式静电的三种危害方式静电的三种危害方式静电的三种危害方式 ESDESD危害是静电源产生的电能作用到或过于接近危害是静电源产生的电能作用到或过于接近ESDSESDS（静（静电敏感元器件）元件（或整机设备）所导致的结果使电电敏感元器件）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子器件性能退化或功能失效 1.1 1.1 吸附尘埃吸附尘埃吸附尘埃吸附尘埃 静电放电静电放电 静电感应静电感应 吸附尘埃吸附尘埃 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模集成电路(LSI)生产中，芯片的线宽已达到生产中，芯片的线宽已达到0.1μm，，如果其产生静电则对几～几十微米的尘埃吸附作用明如果其产生静电则对几～几十微米的尘埃吸附作用明显ESD培训之二静电危害纤维屑与灰尘纤维屑与灰尘指痕指痕磁头磁头磁盘磁盘烟尘微粒烟尘微粒2.5μm实际悬浮高度实际悬浮高度0.2～～1μm磁层厚度磁层厚度0.7～～1.2μmIC特征尺寸特征尺寸 1μm微粒微粒5～～6 μm尘埃粒度与尘埃粒度与ICIC芯片芯片间距比较示意图间距比较示意图一颗直径几微米尘埃吸附在芯片上，即可造成十几根芯一颗直径几微米尘埃吸附在芯片上，即可造成十几根芯一颗直径几微米尘埃吸附在芯片上，即可造成十几根芯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。

线之间的绝缘强度降低，造成短路使芯片损坏线之间的绝缘强度降低，造成短路使芯片损坏线之间的绝缘强度降低，造成短路使芯片损坏ESD培训之二静电危害当当帶电的物体与一些导体等接触时或靠得很近时帶电的物体与一些导体等接触时或靠得很近时, ,电电荷会找到一条途径突然释放掉荷会找到一条途径突然释放掉 - -〉〉高压、瞬间高压、瞬间1.2 1.2 1.2 1.2 静电放电静电放电静电放电静电放电 大约大约2000V2000V人体静电放电最小放电量可达人体静电放电最小放电量可达 3.12 X 103.12 X 10-4-4焦耳焦耳瞬间的放电电流峰值可达瞬间的放电电流峰值可达 几安培以上几安培以上干燥干燥600600～～1000V1000V静静电电泄放途径泄放途径导导体体（接地）（接地）我們在經受约3000伏的靜電電壓!!如果这条如果这条““途径途径””是半导体电路，就会产生静电伤害是半导体电路，就会产生静电伤害ESD培训之二静电危害1.3 1.3 静电感应静电感应静电感应静电感应 当导体和电介质置于静电场中，在其上感应出当导体和电介质置于静电场中，在其上感应出‘+’或或‘-’的静电荷。

静电感应电位可达的静电荷静电感应电位可达数千伏以上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）运行失常或导致仪器（仪表）运行失常目前目前，半导体内有，半导体内有PN结，它的介电层结，它的介电层 SiO2，膜厚度，膜厚度0.0070.007～～0.15μm0.15μm，再考虑工艺偏差，能承受的耐压值很低再考虑工艺偏差，能承受的耐压值很低目前目前，半导体器件安全阀门限电压，半导体器件安全阀门限电压≤100≤100VESD培训之二静电危害2. ESD2. ESD造成电子元器件失效的主要机理造成电子元器件失效的主要机理造成电子元器件失效的主要机理造成电子元器件失效的主要机理 其其其其中中中中（（（（1 1））））（（（（3 3））））（（（（5 5））））项项项项因因因因静静静静电电电电电电电电压压压压引引引引起起起起，，，，（（（（2 2））））（（（（4 4））））由由由由静电电压和电流共同引起静电电压和电流共同引起。

静电电压和电流共同引起静电电压和电流共同引起3) 介质击穿介质击穿(1) 热二次击穿热二次击穿(2) 金属镀层融熔金属镀层融熔(4) 表面击穿表面击穿(5) 体击穿体击穿静电敏感器件包括静电敏感器件包括ESDSESDS组件或整机被组件或整机被ESDESD损坏，与它们的电气损坏，与它们的电气和接地连接无关，和接地连接无关，ESDSESDS组件和整机通常与它们包含的最敏感组件和整机通常与它们包含的最敏感的的ESDSESDS元器件一样敏感，虽然在组件或整机设计另加有不同元器件一样敏感，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电电场或带有静电物体直接接触引起的感应ESDESD损害 ESD培训之二静电危害3.3.3.3.静电放电对电子产品危害的特点静电放电对电子产品危害的特点静电放电对电子产品危害的特点静电放电对电子产品危害的特点 3.1 3.1 隐蔽性：隐蔽性：隐蔽性：隐蔽性：在在ESD对电子产品损害中，活动的人体带电对电子产品损害中，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是一个重要的原因在一般情况下，人体所带静电电压都在在1-2KV（详见典型的静电压产生强度表）范围，而在此（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识静电存在的隐蔽性 无处不在，无直观感隐蔽性隐蔽性潜在性潜在性损伤的随机性损伤的随机性失效分析复杂性失效分析复杂性ESD培训之二静电危害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 人体带电电位人体带电电位人体带电电位人体带电电位电击感应强度电击感应强度电击感应强度电击感应强度1.0 1.0 （（（（KVKV））））无任何感应无任何感应无任何感应无任何感应2.0 2.0 （（（（KVKV））））手指外侧有感觉但不痛，发生微弱放电声手指外侧有感觉但不痛，发生微弱放电声手指外侧有感觉但不痛，发生微弱放电声手指外侧有感觉但不痛，发生微弱放电声2.5 2.5 （（（（KVKV））））放电部分有针刺感，放电部分有针刺感，放电部分有针刺感，放电部分有针刺感， 有微颤抖感但不痛有微颤抖感但不痛有微颤抖感但不痛有微颤抖感但不痛3.0 3.0 （（（（KVKV））））有象针刺样痛感，可看见放电发光有象针刺样痛感，可看见放电发光有象针刺样痛感，可看见放电发光有象针刺样痛感，可看见放电发光4.0 4.0 （（（（KVKV））））手指有微痛感，好象用针深深地刺一下手指有微痛感，好象用针深深地刺一下手指有微痛感，好象用针深深地刺一下手指有微痛感，好象用针深深地刺一下5.0 5.0 （（（（KVKV））））手掌在前腕有电击的痛感，由指尖迅速放电手掌在前腕有电击的痛感，由指尖迅速放电手掌在前腕有电击的痛感，由指尖迅速放电手掌在前腕有电击的痛感，由指尖迅速放电6.0 6.0 （（（（KVKV））））感到手指强烈疼痛，电击后手腕有沉重感感到手指强烈疼痛，电击后手腕有沉重感感到手指强烈疼痛，电击后手腕有沉重感感到手指强烈疼痛，电击后手腕有沉重感7.0 7.0 （（（（KVKV））））手指手掌感到强烈疼痛，麻木感手指手掌感到强烈疼痛，麻木感手指手掌感到强烈疼痛，麻木感手指手掌感到强烈疼痛，麻木感8.0 8.0 （（（（KVKV））））手掌至前腕有麻木感手掌至前腕有麻木感手掌至前腕有麻木感手掌至前腕有麻木感9.0 9.0 （（（（KVKV））））手腕感到强烈疼痛，手麻木而沉重手腕感到强烈疼痛，手麻木而沉重手腕感到强烈疼痛，手麻木而沉重手腕感到强烈疼痛，手麻木而沉重10.0 10.0 （（（（KVKV））））全手感到疼痛和电流流过感全手感到疼痛和电流流过感全手感到疼痛和电流流过感全手感到疼痛和电流流过感11.0 11.0 （（（（KVKV））））手指感到强烈麻木，全手强烈触电感手指感到强烈麻木，全手强烈触电感手指感到强烈麻木，全手强烈触电感手指感到强烈麻木，全手强烈触电感12.0 12.0 （（（（KVKV））））在较强的触电下，全手指有被打的感觉在较强的触电下，全手指有被打的感觉在较强的触电下，全手指有被打的感觉在较强的触电下，全手指有被打的感觉ESD培训之二静电危害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 3.2 潜在性：潜在性：潜在性：潜在性：有些电子器件受静电放电损伤后，仅表现出某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。

如有的面地检测往往无法发现如有的ICIC在静电放电损伤后，仅表在静电放电损伤后，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，最终发生致命失效致命失效 ESD培训之二静电危害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：：3.3 3.3 损伤的随机性：损伤的随机性：损伤的随机性：损伤的随机性：只要静电敏感器件接触或靠近超过其静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，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以静电放电损伤具有很大的随机性 3.4 3.4 失效分析复杂性：失效分析复杂性：失效分析复杂性：失效分析复杂性：静电放电造成器件损伤，失效的分析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其它原因造成的损伤加于区别 ESD培训之二静电危害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：：4.4.4.4.静电对静电对静电对静电对ESDSESDSESDSESDS器件的损害，可归纳为器件的损害，可归纳为器件的损害，可归纳为器件的损害，可归纳为软失效软失效软失效软失效和和和和硬失效硬失效硬失效硬失效 软失效软失效 90%90%90%90%a.a.间歇失效间歇失效：某些：某些ESDSESDS器件（如器件（如CPUCPU或或EPROMEPROM）受到静电放电）受到静电放电后，产生存储信息的丢失或功能暂时变坏。

且在后，产生存储信息的丢失或功能暂时变坏且在ESDESD发生后重发生后重新输入信息后再开启通电能自动恢复正常运行新输入信息后再开启通电能自动恢复正常运行b.b.翻转失效翻转失效：由于静电放电，产生电气噪声经传导或辐射到：由于静电放电，产生电气噪声经传导或辐射到含有含有ESDSESDS器件的电路上，当器件的电路上，当ESDESD感应电压感应电压/ /或电流超过的信号或电流超过的信号电平其工作状态将发生翻转电平其工作状态将发生翻转 硬失效硬失效 10%10%10%10%静电源（如人体或物体放电、静电场或静电高压尖峰放电）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，超过放电，超过ESDSESDS器件允许工作电压或电流值造成击穿或烧器件允许工作电压或电流值造成击穿或烧毁，使毁，使ESDSESDS器件内部开路或短路产生完全失效器件内部开路或短路产生完全失效ESD培训之二静电危害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：：电压击穿开始时往往先在电压击穿开始时往往先在某一电压下在介质个别点某一电压下在介质个别点上出现所谓网点击穿，以上出现所谓网点击穿，以后只要在较低的电压下即后只要在较低的电压下即可出现大片区域的雪崩式可出现大片区域的雪崩式击穿，造成器件永久性损击穿，造成器件永久性损毁。

毁雪崩效应ESD培训之二静电危害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：：静电放电可能一次或多次就可造成硬失效或者静电放电可能一次或多次就可造成硬失效或者ESDSESDS器件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生产过程中电子元器件可能受到潜在的ESDESD损坏，或来至损坏，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，工具和测试的和测试的““接地接地””状况，良好的接地是保证不产生破坏性状况，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，的静电对目前的产品而言，ESDESD比几年前严重的多在将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来还会更严重目前，工具或测试仪器探头等产生小于小于0.5V0.5V的电压和脉冲是可以接受的如果使用大量高敏感度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，其他设备不能产生他设备不能产生0.3V0.3V的电脉冲的电脉冲 ESD培训之二静电危害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：： 静电敏感电子器件是组装整机的静电敏感电子器件是组装整机的““心脏心脏””，所以电子器，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，通常是由其说，电子组件、整机仍至系统的抗静电能力，通常是由其内部内部ICIC芯片对静电放电最敏感（即敏感电压阀值最低）的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，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ESD培训之二静电危害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：：日本日本NECNEC公司一份统计，每年因静电损坏的公司一份统计，每年因静电损坏的ICIC比例：比例：CMOSCMOSCMOSCMOSCMOSCMOS器件：器件：器件：器件：器件：器件：797979797979％％％％％％线形线形线形线形线形线形ICICICICICIC: : : : : : 12%12%12%12%12%12%MOSMOSMOSMOSMOSMOS存储器：存储器：存储器：存储器：存储器：存储器：12 12 12 12 12 12％％％％％％ESD培训之二静电危害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：：5.5.5.5.静电放电产生电磁场危害静电放电产生电磁场危害静电放电产生电磁场危害静电放电产生电磁场危害 5.1 5.1 放电特征放电特征放电特征放电特征快速，高压，高场强：当人带电快速，高压，高场强：当人带电5KV与金属接地体（与金属接地体（6cm长长8cm直径的金属棒）接触，放电时间直径的金属棒）接触，放电时间0。

7MS当电弧长当电弧长度为度为08mm，距电弧，距电弧01m处，电场强度为处，电场强度为12KV/m，磁，磁场强度为场强度为30A/m，在同样的放电电压下，放电电流的大小，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，电流上升的速度从随电弧距离的缩短急剧上升，电流上升的速度从3A/ms到到600A/ms放电瞬间足于将放电瞬间足于将ESDS器件内部引线烧毁器件内部引线烧毁ESD培训之二静电危害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：：5.2 5.2 静电放电的辐射特性静电放电的辐射特性静电放电的辐射特性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电磁能量向外辐射，且距离相当远因此非直接的ESD的的损害，有时大于直接的损害，有时大于直接的ESD的损害，其频带宽度的损害，其频带宽度3GHz，电，电视机上有连接导线，就会感应出很大的瞬态电流，当防护视机上有连接导线，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，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，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。

围也应防静电放电产生ESD培训之二静电危害。