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ESD課程
實際過程中,靜電一邊產生一邊衰減靜電的衰減符合指數規律 半導体的抗靜電能力 半導体的抗靜電能力 電子元器件靜電損傷的典型電壓閥值 380~7000 雙极型晶体 200~1000 E/D MOS 300~3000 肖特基二极 50~500 HMOS 380~7000 DTL 250~2000 CMOS 300~2500 STTL 100 PROM 680~1000 SCL 100~300 GUAS FET 140~1000 JFET 100~200 MOSFET 300~2500 ECL 30~1800 VMOS 耐ESD閥值 器件類型 耐ESD閥值 器件類型 半導体的抗靜電能力 大體而言只要100V以上的靜電壓就可以對半導体產生傷害,故 ESD 之防護工作,我們不可不慎。 電子元器件靜電損傷的典型電壓閥值 電子產品靜電損傷的特點 損傷具有隱蔽性: 人体帶電是電子產品靜電損傷主因,几KV的人体靜電,對人而言放電感受几乎沒有,對元器件卻是致命的. 失效分析的复雜性: 電子產品有精,細,小的特點,失效分析相當,靜電損易于同其它損傷混淆。 半導体的抗靜電能力 損傷具有潛在性: 有些元器件在損傷后并不馬上表現出來,只是性能下降,并不馬上失效。 損傷的隨机性: 只要電壓超過或接近靜電敏感電壓閥值,就可能發生靜電損,在生產的各個環節,包括成品運輸等都可能產生ESD損傷。 電子產品靜電損傷的特點 半導体的抗靜電能力 電子產品靜電損傷的形態 A.突發性完全失效 自身短路.幵路,功能喪失,參數變異. 電壓相關失效:介質擊穿,PN節反向漏電. 功率相關失效:金屬等燒斷,硅片局部區域 融化,PN節邊緣損傷等,這類失效占靜損傷 的10%. 半導体的抗靜電能力 電子產品靜電損傷的形態 B.潛在性緩慢失效 帶電体電位或能量較低,一次放電沒有完全損傷失效,使器件內部輕度損傷,但有累計效應,使器件性能變坏,可能突然失效,難以檢測和篩選,造成產品品質發生信賴性問題. 半導体的抗靜電能力 電子產品靜電損傷的形態 靜電的累積破壞 – 負傷而行 負傷而行(Walking Wounded)––– 許多實驗證實靜電能使半導體負傷,但不致立即完全破壞其功能,而且有多數這些『負傷而行』的元件都能通過測試直到這些元件送到客戶之後,隨時會從『負傷而行』變成完全失效。 半導体的抗靜電能力 電子產品靜電損傷的形態 ◆ 靜電的累積破壞 – 負傷而行 ?下面是一ESD累積破壞的試驗: (應用HBM方式) 試驗條件: 試驗結果: 材料:54s163 測試前 I=2.883μA PASS 人體電容:100pf 第一次 I=2.883μA PASS 每次放電:50V 第二次 I=2.890μA PASS 放電次數:5次 第三次 I=2.890μA PASS 測試點:Vin=Pin2 (A) 第四次 I=1.872mA FAIL GND=Pin8 (B) 第五次 I=2.147mA FAIL 半導体的抗靜電能力 ESD破壞分析 ◆ 找出PCB上之故障元件 ◆ 對故障元件進行基本電性量測 – 功能測試 – 參數測試 ◆ X-ray做表層分析 ◆ 去封膠(Decapsulate)檢視內部 ◆ 去除各層(玻璃層、鋁層)層層檢視 幾種遭ESD破壞案例參考 半導体的抗靜電能力 ESD破壞案例參考 橫 切 面 放 大 (2,000) 橫 切 面 放 大 (10,000) 靜電防護 晶片設計的靜電防護(治本方法) ◆ 對許多集成電路,厂家在器件的輸入/輸出口上多加了一些防靜電保護電路,使器件的防靜電能力大大提高 ◆ 為了減少保護電路占的面積,提高集成度,降低成本,各家有其獨有的技朮,對通用集成電路,有相應的國際或企業的防靜電標准. ◆ 防護電路是不能杜絕靜電損傷的 ◆ 錯誤的理念:因選用高損傷閥值器件,故ESD防護可以放松!! 靜電防護 晶片設計的靜電防護電路 輸入電路 靜電防護 晶片設計的靜電防護電路 輸出電路 靜電防護 全方位靜電放電防護電路的安排 靜電防護 靜電防護的基本原則(治標方法) ◆ 1. 避免靜電產生 a) 潮濕法 b) 抗靜電塗佈法 c) 內部靜電劑法 ◆ 2. 疏導或中和所產生之靜電 a) 疏導法(典型方法是配戴靜電環) b) 中和法 ◆ 3. 摒蔽靜電場 靜電防護 常用靜電防護材料及使用方法
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