静电放电ESD与防护基础知识.ppt
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1、静电放电(ESD)防护基础知识,静电概论 静电危害 静电控制原理 静电防护系统,静电概论,1、静电 的定义 2、静电的产生 3、静电的特点,静电的定义,静电是物体表面过剩或不足的静止电荷。 静电是一种电能,它留存物体表面: 静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果; 静电是通过电子或离子转移而形成的。,静电的产生,静电产生的方式很多,主要有接触、摩擦、感应、剥离、电解、温差、冲流、冷冻、压电等。,在电子车间主要的静电产生形式为接触、摩擦、感应三种,接触产生静电是静电荷的转移过程,摩擦产生静电,摩擦产生带电现象,其带电量多寡与二物体之接触面积、分开速度、相对湿度等因素有关。,表一 静电电位
2、表,表二 摩擦生电序列表,静电感应,静电感应的原理为电磁感应,当一物体置于静电场中,在其上可感应出正或负的静电荷,其静电电压的幅值取决于静电电场强度。,静电的特点,静电具有高电位、低电量、小电流和作用时间 短。 静电受湿度的影响较大; 静电测量时复现性差,瞬间现象多。 物体产生静电后,在其周围形成静电场。位于 静电场中的任何其它带电体都会受到电场力排斥或 吸引。 静电放电可以出现在两个静电位不同的物体之间,也可发生在物体表面静电荷直接向空气放电。,静电危害,静电放电 ESD(Electro-Static Discharge) 功率型损伤 电流敏感器件 静电过压 EOS( Electro-Sta
3、tic Overstress) 电压型损伤 电压敏感器件 静电吸附 ESA( Electro-Static Attraction) 微尘造成的短路和损伤 电磁干扰 EMI( Electro-Magnetic Interference) 静电放电引起的电磁干扰,即时失效10%,延时失效90%,静电放电,在放电过程中,这些能量约以十分之一微秒的时间通过人体和器件电阻释放,并耗散在人体和器件电阻上。 在这样短的时间内,平均脉冲功率可达几千瓦。如此大功率的短脉冲,足以烧毁硅片上的一个微区并在芯片表面炸裂出一陷坑,或者引起SiO2膜击穿或开裂,甚至烧毁金属互连线。,静电过压,当带静电荷者用手触摸器件时,
4、人体就会将电荷传递给器件,若器件对地无放电回路,器件上就会出现高压,由于过电压的作用,会导致MOS器件的栅氧化层被击穿或引起极间空气击穿致使器件发生失效。 通常栅氧化层无保护时,在大约100V以下便可引起击穿。若氧化层有针孔或空洞,发生击穿的电压还会更低。所以MOS器件的静电防护非常重要。MOS器件的ESD损伤必须在设计、制造和使用过程中予以保护。,电子器件所能承受静电破坏的静电电压,静电吸附,在芯片的生产中,如芯片所带静电电位非常高,由于静电的力学效应就会使车间的浮游尘埃被吸附于半导体芯片上; 在芯片的组装过程中,尘埃会使芯片短路; 为防止静电吸附,制造半导体过程中,必须使用超洁净室,同时,
5、洁净室的墙壁、天花和地板等均应采用防静电的不发尘材料;对操作人员及工件、器具也应采取一系列静电防护措施。,电磁干扰,静电放电可产生频带几百千赫兹几十兆赫兹,电平高达几十毫伏的电磁脉冲干扰,当脉冲干扰耦合到计算机和低电平数字电路时,致使电路发生翻转效应,出现误动作。强能量脉冲干扰,可使静电敏感器件破坏。,静电损伤的失效模式,1、突发性完全失效。 器件的一个或多个电参数突然劣化,完全失去规定功能的一种失效。通常表现为开路、 短路以及电参数严重漂移。 2、潜在性缓慢失效。 如果带电体的静电位或存贮的静电能量较低,或ESD回路有限流电阻存在,在这种情况下,一次ESD脉冲不足以引起器件发生突发性完全失效
6、。但它会在器件内部造成轻微损伤,这种损伤又是积累性的,随着ESD脉冲次数增加,器件的损伤阈值电压会逐渐下降,使器件的电参数逐渐劣化,它降低了器件抗静电的能力,降低了器件的使用可靠性.,静电控制原理,静电控制的基本原则 静电泄漏和耗散 静电中和 静电屏蔽 增湿,静电控制的基本原则,基本原则:一个中心、两个方面 一个中心以“等电位”为中心所有接触表面等电位 两个方面控制静电的产生设备、工装、材料 控制静电的消散安全泄放、中和 两者共同作用的结果就是有可能使静电电平不超过安全限度, 达到静电防护的目的。,静电泄漏和耗散,将各种操作过程中产生的静电荷迅速泄漏和耗散是防止静电危害行之有效的方法。 静电泄
7、漏是通过防静电材料并使之接地来完成的。,静电放电的辐射状电流,流向地的静电放电电流,防静电材料,导静电材料:表面电阻率小于105.m的为导静电材料。不适用静电包装。 静电耗散材料:表面电阻率1051012.m为静电耗散材料。可用作静电包装。 电磁屏蔽耗散复合材料:由电磁屏蔽材料(表面电阻率小于104.m)和静电耗散材料复合而成。通常静电耗散材料复合在屏蔽材料内层。 绝缘材料:表面电阻率大于1012.m,静电防护材料的制备,1、外用抗静电剂法。 2、外用持久性抗静电剂法。 3、内加抗静电剂法。 4、材料表面改性法。 5、与导电材料混用法。,静电接地,软接地:是指接地线串接阻值为1M的电阻后再与大
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