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1、ESD产生原理与预防,主要内容,ESD的产生原理 几种常见的ESD模型 ESD的防护 ESD防护器件的摆放,ESD的产生原理,ESD：Electrostatic Discharge，即是静电放电 通过摩擦使得A物体的电荷移动，从而A带有静电； A周边的电磁场发生改变，导致A带有静电； 当A接触B时，A的静电流入B。 ESD的放电过程很短，一般是ns级别，但是放电瞬间会产生很高的电流,几种常见的ESD模型,人体放电模型(Human-Body Model, HBM) 机器放电模型(Machine Model, MM) 元件充电模型(Charged-Device Model, CDM) 电场感应模型
2、(Field-Induced Model, FIM),几种常见的ESD模型 人体放电模型(Human-Body Model, HBM),人体放电模型(HBM)的ESD是指人体在地上走动摩擦或其他因素在人体上累积了静电，当此人去触碰IC时，人体上的静电便经由IC的pin脚进入IC内部，再经由IC内部放电到地。 放电过程会在几百ns的时间内产生数安培的瞬间放电电流，此电流可能会把IC内的元件给烧毁。,几种常见的ESD模型 人体放电模型(Human-Body Model, HBM),几种常见的ESD模型 人体放电模型(Human-Body Model, HBM),工业标准 MIL-STD-883C
3、method 3015.7 中HBM的等效线路图，其中人体的等效电容定义为100pF,人体的等效放电电阻定义为1.5kohm,几种常见的ESD模型 机器放电模型(Machine Model, MM),机器放电模型的ESD是指机器本身也积累了静电，当此机器去触碰IC时，静电便经由IC的pin脚放电。 机器放电的放电过程时间更短，在几十ns的时间内会有数安培的瞬间放电电流产生。,工业标准 EIAJ-IC-121 method 20 中MM的等效电路图，其中机器的等效电容定义为200pF，机器的等效放电电阻为0ohm,几种常见的ESD模型 机器放电模型(Machine Model, MM),人体放电
4、模型2kV和机器放电模型200V的放电电流比较图,几种常见的ESD模型 机器放电模型(Machine Model, MM),几种常见的ESD模型 元件充电模型(Charged-Device Model, CDM),元件充电模型是指IC本身先因摩擦或其它因素而在IC内部累积了静电，但在静电累积的过程中IC并未损伤。在处理此IC的过程中，IC的pin脚触碰到了地，IC内部的静电便经由IC内部的pin脚流出来，而造成了放电现象。 此种模式的放电时间更短，仅约为几ns，而且放电现象更难以被真实的模拟。因为IC内部积累的静电会因IC内部的等效电容的不同而改变。,几种常见的ESD模型 元件充电模型(Cha
5、rged-Device Model, CDM),两种常见的CDM的放电情况,几种常见的ESD模型 元件充电模型(Charged-Device Model, CDM),CDM测试标准,几种常见的ESD模型 元件充电模型(Charged-Device Model, CDM),HBM 2kV,MM 200V,CDM 1kV三种模型的放电电流比较图,CDM更容易造成IC的损伤,几种常见的ESD模型 电场感应模型(Field-Induced Model, FIM),FIM的静电放电是因电场感应而引起的。当IC因传输带或其它因素，经过一个电场时，其相对极性的电荷可能会从IC的pin脚排放掉，这样当IC通过
6、电场以后，IC便累积了静电。此静电再以类似CDM放电模型的情况放电出来。,ESD的防护,器件选型时必须认证ESD等级 IO接口线路上摆放ESD防护器件 做好EMI防护,ESD的防护,常用的ESD防护器件：二极管阵列,ESD的防护,ESD防护器件的一般连接方式,ESD的防护,ESD防护器件可以有效的抑制由ESD放电产生的直接电荷注入 PCB设计中更重要的是克服放电电流产生的电磁干扰效应-EMI 措施：通用的PCB板布线准则；ESD防护器件的摆放位置,ESD防护器件的摆放,ESD电流路径上寄生自感的影响,被保护IC所承受的电压 Vx,其中VF1为D1的正向导通电压,ESD防护器件的摆放,在PCB
7、布线时，遵循几个简单的规则就可以使这些寄生自感最小： 1、尽可能地，用Vcc 和地平面充当电源和地分散能量。 2、要确保印刷电路上的走线从ESD 保护二极管阵列的Vp 和Vn 到Vcc 和地平面间走线尽量地短、宽。理想情况是，将Vp 和Vn 直接通过多个口连到Vcc 和地平面。 3、在Vp 和地平面间连入一个高频旁路电容-用最短的走线使自感最小,ESD与EOS的区别,EOS: Electrical Over Stress 指所有的过度电性应力，超过其最大指定极限后，器件功能会减弱或损坏 ESD: Electrical static Discharge 静电放电， 电荷从一个物体转移到另一个物体
8、。 区别：EOS通常产生于 电源 测试装置 其过程持续时间可能是几微妙到几秒，很短的EOS脉冲导致的损坏与ESD损坏相似。 ESD属于EOS的特例，能量有限，由于静态电荷引起。其持续过程为几PS到NS。其可见性不强。通常导致晶体管级别的损坏。,导致EOS的原因： *由于测试程序切换（热切换）导致的瞬变电流/峰值/低频干扰 *电源(AC/DC) 干扰和过电压。 *测试设计欠佳，例如，在器件尚未加电或已超过其操作上限的情况下给器件发送测试信号。 *从其他装置发送的脉冲。 *工作流程不甚合理 *接地反弹（由于接地点不够，快速电流切换导致电压升高） 4、EOS的避免 *电源 确保交流电源配备了瞬态电流
9、抑制器（滤波器） 电源过压保护 交流电源稳压器（可选）。 电源时序控制器，可调整时序 不共用滤波器和稳压器 *工作流程 将正确流程存档。 确保针对以下内容进行培训并给出警示标志： %电源开/关顺序 %不可“热插拔” %正确的插入方向 定期检查以确保遵守相关规定,随着半导体行业的发展，微电路制造工艺不断提高（国外普遍采用0.8-1.0um，国内也达到2-3um的水平），以硅半导体为基础的微细工艺技术更加突显ESD对电子工业的危害，主要表现在：大规模集成电路IC的pin脚和I/O接口越来越多，pin间距越来越小，受到ESD时，其放电回路的阻抗非常小，无法限制放电电流的突变，使得IC的相关pin脚瞬
10、间达到几十安培的大电流，过流和过热会导致IC严重损坏。另外ESD会使IC工作不正常，高电压在CMOS器件内会形成大电流通道，引起IC逻辑电路锁死。,、问：1M 电阻在半导体装配过程中的作用是什么？ 答：假设1：我们正谈论ESD 控制问题；假设2：人体与半导体及带有半导体的器件接触，在防静电腕、防静电鞋、拉链、地线等地方均可发现1M 串联电阻，其作用是限制可通过人体的电流量，保护人体安全。1M 电阻的主要限定要求是：在250V 交流有效值时，电流被限制到250 微安，正好是大多数人的感知水平（神经系统发生反射的临界值）。电流在体表及体内物理感知的不同取决于人体大小、重量、水份、皮肤条件等。,谢谢！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,