[物理]电子元件之静电测试与工厂静电防制 910726.ppt

91/07 ESD簡介-陳勁卓 電子元件之靜電測試與工廠靜電防制 陳勁卓 講師小檔案 學歷 中央大學電機系 交通大學電子所 政治大學企管所科技班 工作經歷 工研院電子所經理 英誌企業伺服器事業處處長 鴻亞光電協理 其他資歷 中華民國靜電放電防護工程學會理事 IEC 47A第二工作小組（制訂Semi-Custom IC標準）台灣代表 IEC 47A第六工作小組（制訂半導體產業品質管理認證標準）台灣代表 工研院電子所ISO9001認證計畫計畫主持人 工業局電子人才培訓練計畫計畫主持人 內容 1.靜電的原理與影響 2.ESD故障現象與分析 3.ESD故障模型 4.ESD測試要點與注意事項 5.PCB Level ESD防制設計準則 6.ESD破壞防制 1.靜電的原理與影響 靜電的產生 物質表面經由某種過程（如摩擦）而失去電子或得到電子，使帶「不流動」的電荷謂之靜電 靜電源 接觸摩擦（Triboelectric） 感應(Induction) 光電效應(Photoelectric effect) 粒子波(Particle Beam) 結冰(Freezing) ．．． 摩擦生電級數 正電 空氣(Air) 人手(Hand) 玻璃(Glass) 頭髮(Hair) 石英(Quartz) 尼龍(Nylon) 羊毛(Wool) 絲絹(Silk) 鋁(Aluminum) 紙(Paper) 棉(Cotton) 鋼(Steel) 木(Wood) 橡膠(Rubber) 金(Gold) 聚脂(Polyester) 聚脂胺(Polyurethane) 聚乙烯(Polyethylene) 聚丙烯(Polypropylene) 乙烯基(Vinyl) 矽(Silicon) 鐵弗龍(Teflon) 矽膠(Silicon Rubber) 負電 影響摩擦生電電量的因素 相對濕度 物質材料 接觸面積 摩擦頻率 典型的ESD電壓 靜電的能量 能量=1/2CV2 Q=CV 電荷總量不變 若C減少 則V增加 ESD的影響 ESD事件會產生高溫或電位差→造成半導體材質的損壞 在沒有保護的情形下，破壞電壓的臨界值比想像中小很多 Yield的損失—可能發生在任何階段，如wafer processing, dicing, packing, testing, board assembly, transportation, in the field 不定時炸彈—潛在故障（Latent failure） 客戶抱怨、商譽 成本問題 成本問題 假設是可以馬上發現的故障成本損失約估如下： Package:1 Board:10-100 System:100-1000 如果是潛在故障成本損失為以上的數倍到幾次方倍 客戶不滿意的成本則無法衡量 2.ESD故障現象與分析 典型的ESD故障現象(Ⅰ) 典型的ESD故障現象(Ⅱ) 圖解ESD對介電層之破壞 ESD的故障構因 溫度效應 P-N介面熱破壞 電阻破壞模式 金屬條破壞模式 鋁矽互鎔破壞模式 各種電壓相關崩潰 ESD故障分析的方法與技術 故障品來源的瞭解 確認故障模式-對故障元件進行電性量測、功能量測 瞭解保護線路的佈局 Soft X-Ray觀察 去封膠初步觀察 尋找故障點（EMMI,LC） 層次去除 掃瞄式電子顯微鏡(SEM)與光學顯微鏡(OM)觀察 模擬測試加以驗證 3.ESD故障模式 科技進步—各種ESD故障模式漸被發現 ESD模型 HMB(Human Body Model) CDM(Charged-Device Model) MM(Machine Model) FIM(Field-Induced Model) HBM模型概念 摩擦→帶電→接觸→放電→損壞 Human-Body ESD線路模型，一串連的LCR線路（電感常被忽略） 網路效應—組裝廠→能量增加，電流峰值增加 完整HBM事件難以複製 工業標準：MIL-STD 883D METHOD 3015.7 ESD Association S5.1 CDM模型基本概念 元件本身會帶電荷（來自於摩擦）→元件腳接觸導電表面→高能量快速放電→元件損毀 自動化裝置→CDM成為主流 忍受能力與封裝有關 工業標準：ESD Association DS5.3 JEDEC CDM破壞示意圖 MM模型基本概念 於1970年代源於日本 模擬物件對IC的放電行為 可模擬HBM最糟之情況 汽車工業非常流行 工業標準：EIAJ IC 121 METHOD 20 ESD Association S5.2 FIM模型的基本概念 感應電荷→電場→超過oxide的介電強度→崩潰 感應電荷→接觸