1、Geoff Liu,Monolithic Power Systems,ESD Check,什么是静电？静电有哪些危害？什么是静电损伤？静电有哪些特点？静电放电（ESD）的分类器件敏感度EM Eye的介绍及使用SRM监测数据,什么是静电？,什么是静电？ 静电就是物体表面过剩或不足的相对静止电荷，它是电能的一种表现形式。静电是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果，是通过电子转移而形成的。这些不平衡的电荷，就产生了一个可以衡量其大小的电场，称为静电场，它能影响一定距离内的其它物体，使之感应带电，影响距离之远近与其电量的多少有关。,静电有哪些危害？,静电有哪些危害？ 就电子工业而言，静电放电能够改变半导
2、体器件的电气特性，使之退化或者完全毁掉。静电放电还可能干扰电子系统的正常运行，导致器件故障或瘫痪。 1、第一艘阿波罗载人宇宙飞船，由于静电放电(ESD)导致火灾和爆炸，三名宇航名全部丧生。 2、日本IC生产中的不合格器件有45%是由静电造成的。 3、88年美国因ESD影响损失50亿美元。 4、90年代初北京某公司试生产的高档数字万用表，由于IC没注意防静电，使其产品大部分不合格。,静电有哪些危害？,5、工业领域的有关专家曾作过估计，由于静电所造成的平均产品损失大约在833%之间，见下表：静电平均损失报告,数据来源： Stephen HalperinGuidelines for Static C
3、ontrol Management，Eurostat，1990,什么是静电损伤？,静电损伤静电损伤的两种失效形式 1. 硬损伤：又称“突发性完全失效”、“一次性损坏”，约占10% .表现为器件电参数突然劣化，失去原有功能。主要原因是静电放电造成过压使得介质被击穿，或过流使得内部电路金属导线熔断、硅片局部融化等。 硬损伤可通过常规的性能测试手段及时发现，相对软失效而言危害要小得多。 2. 软损伤：又称“潜在性缓慢失效”、“多次损伤累积后失效”，约占90% .受到软损伤的器件，虽然当时各类电参数仍合格，然而其使用寿命却大大缩短了。含有这些器件的产品或系统，可靠性变差，可能会在后续过程中（直至最终用
4、户）继续遭受ESD软损伤或其它过应力损伤积累而过早地失效。 由于软损伤是潜在的，运用目前的技术还很难证明或检测出来，特别是器件被装入整机产品之后，因此具有更大的危害性。这些产品流入市场后的维护成本和造成的其它损失，将比在生产中发生的直接损失要放大几十甚至上百倍！,静电有哪些特点？,静电有哪些特点？高电位：可达数万至数十万伏，操作时常达数百和数千伏（人通常对3.5KV以下静电不易感觉到） 低电量：静电流多为微安级（尖端放电例外） 作用时间短：微秒级 受环境影响大：特别是湿度，湿度上升则静电积累减少，静电压下降，如下表：,静电放电(ESD)现象,静电放电(ESD)现象 静电放电（ESD- Elec
5、tro Static Discharge ），就是具有不同静电势的实体之间发生电荷转移。因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，经过统计，ESD放电模型分下列四类:(1) 人体放电模式 (Human-Body Model, HBM)(2) 机器放电模式 (Machine Model, MM)(3) 组件充电模式 (Charged-Device Model, CDM)(4) 电场感应模式 (Field-Induced Model, FIM),人体放电模式(HBM)的ESD是指因人体在地上走动磨擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去碰触到IC时，人体上的静电便会经由IC的脚(pin)而
6、进入IC内，再经由IC放电到地去，如图 (a)所示。此放电的过程会在短到几百毫微秒(ns)的时 间内产生数安培的瞬间放电电流，此电流会把IC内的组件 给烧毁。 不同HBM静电电压相对产生的瞬间放电电流与时间的关系 显示于图 (b)。对一般商用IC的2-KV ESD放电电压而言，其瞬间放电电流的尖峰值大约是1.33 安培。 图（a） 图（b）,人体放电模式 (Human-Body Model, HBM),关于HBM的ESD已有工业测试的标准：图（c）显示工业标准 (MIL-STD-883C method 3015.7)的等效电路图，其中人体的 等效电容定为100pF，人体的等效放电电阻定为1.5
7、K。表（1）是国际电子工业标准(EIA/JEDEC STANDARD) 对人体放电模式订定测试规范(EIA/JESD22-A114-A)。 图（c） 表（1）,机器放电模式 (Machine Model, MM),机器放电模式的ESD是指机器(例如机械手臂)本身累积了静电，当此机器去碰触到IC时，该静电便经由IC的pin放电。因为机器是金属，其等效电阻为0，其等效电容为200pF。由于机器放电模式的等效电阻为0，故其放电的过程更短，在几毫微秒到几十毫微秒之内会有数安培的瞬间放电电流产生。此机器放电模式工业测试标准为 EIAJ-IC-121 method20，其等效电路图和等级如下：,机器放电模
8、式 (Machine Model, MM),2-KV HBM与200-V MM的放电比较如图，虽然HBM的电压2 KV比MM的电压200V来得大，但是200-V MM的放电电流却比2-KV HBM的放电电流来得大很多，放电电流波形有上下振动(Ring)的情形，是因为测试机台导线的杂散等效电感与电容互相耦合而引起的。因此机器放电模式对IC的破坏力更大。,组件充电模式 (Charged-Device Model, CDM),此放电模式是指IC先因磨擦或其它因素而在IC内部累积了静电，但在静电累积的过程中IC并未被损伤。此带有静电的IC在处理过程中，当其pin去碰触到接地面时，IC内部的静电便会经由
9、pin自IC内部流出来，而造成了放电的现象。 此种模式的放电时间更短，仅约几毫微秒之内，而且放电现象更难以真实的被模拟。,组件充电模式 (Charged-Device Model, CDM),CDM模式ESD可能发生的情形显示： (1) IC自IC管中滑出后，带电的IC脚接触接到地面而形成放电现象。 (2) IC自IC管中滑出后，IC脚朝上，但经由接地的金属工具而放电。 (1) (2),电场感应模式 (Field-Induced Model, FIM),FIM模式的静电放电发生是因电场感应而起的。当IC因输送带或其它因素而经过一电场时，其相对极性的电荷可能会自一些IC脚而排放掉，等IC通过电场
10、之后，IC本身便累积了静电荷，此静电荷会以类似CDM的模式放电出来。有关FIM的放电模式早在双载子(bipolar)晶体管时代就已被发现，现今已有工业测试标准。国际电子工业标准(EIA/JEDEC STANDARD) 中亦有此电场感应模式订定测试规范 (JESD22-C101) 。,器件敏感度,器件敏感度的分级 ESD事件导致的敏感器件受损程度，主要取决于器件耗散放电能量或承受电压的能力，即静电敏感度。 任一种测试方法均包括一个分级体系，定义器件对应指定模型的敏感度。这些分级体系有很大的利用价值，它使得我们可以根据器件的ESD敏感度来进行方便的分组和比较，并确定器件所需的ESD防护级别。,器件
11、敏感度,ESDS器件敏感度分级人体模型HBM（ ESD STM5.1-1998） 等级 电压范围0级 250V1A级 250V500V（不含500V）1B级 500V1000V（不含1000V）1C级 1000V2000V（不含2000V）2级 2000V4000V（不含4000V）3A级 4000V8000V（不含8000V）3B级 8000VESDS器件敏感度分级机器模型MM（ANSI/ESD-S5.2-1994） 等级 电压范围 M0级 25V M1级 25V100V（不含100V） M2级 100V200V（不含200V） M3级 200V400V（不含400V） M4级 400V80
12、0V （不含800V） M5级 800V,器件敏感度,ESDS器件敏感度分级组件充电模型CDM（EOS/ESD-DS5.3-1993） 等级 电压范围 C0级 125V C1级 125V250V（不含250V） C2级 250V500V （不含500V） C3级 500V1000V（不含1000V） C4级 1000V2000V（不含2000V） C5级 2000V严格来讲，一个特征描述完整的器件应当同时采用人体模型、机器模型和带电器件模型这三种模型来分级。例如，特征描述完整的某器件可能含有下列内容：1B级（500V1000V HBM），M1级（25V100V MM）和C3级（500V1000
13、V CDM）。这在警示该器件的潜在用户它需要一个受控的环境，无论是通过人还是机器来完成装配和制造操作。 我们通常依据人体模型按下列标准来划分器件的静电敏感度： I 级 01999V II 级 20003999V III 级 400015999V 非静电敏感 16000V,器件敏感度,一些电子器件的静电敏感度,EM Eye的介绍及使用,ESD check的结构,EM Eye的介绍及使用,ESD Events的显示及控制,EM Eye的介绍及使用,EM Eye的介绍及使用,电源开关以及清除数据 用手指长按屏幕上的任一点三秒钟即可开启EM Eye的电源。,EM Eye的介绍及使用,显示暂停和显示最大
14、值,EM Eye的介绍及使用,时间的设定,EM Eye的介绍及使用,功能目录,EM Eye的介绍及使用,ESD 模式的设定 通过大量的实验，我们证明了在测ESD时的最佳距离为2.0”，根据发生ESD Events的最大可能性来选择合适的测试模式。,EM Eye的介绍及使用,ESD 警报触发值的设定 一般来说，将ESD的警报触发值设置为可允许的ESD上限值的一半。例如：IC的ESD允许的上限值为100V，则将EM Eye的警报值设为50V。,EM Eye的介绍及使用,全信号与过滤ESD的设定 在测ESD Events时，我们通常会选择过滤ESD (True-CDM-Filter)模式。,EM E
15、ye的介绍及使用,数据存储与读取,EM Eye的介绍及使用,应用实例 1.侦测CDM的时机和范例（1）IC在Tube中滑过时，可能会产生静电，当其碰触到金属轨道，则会发生ESD Events。,（2）IC在Bowl里振动时，可能会产生静电，当IC的pin接触到Bowl或者其他IC的pin时，则会发生ESD Events。,（3）在pin脚上累积了电荷的IC的pin 接触到IC座的接点时，可能会发生ESD Events。,2.侦测MM的范例 （1）在测试IC的过程中，没有接地的机械手臂可能放电 至IC上。,EM Eye的介绍及使用,（2）IC在轨道上移动时，IC接触金属轨道，可能会有 ESD Events的发生。,EM Eye的介绍及使用,3.侦测HBM的范例 在测试IC的过程中，操作者可能在拿取IC时没有正确的佩戴静电手腕造成静电放电。,Thank you！,
