Программа ESD-контроля и современные стандарты ESD-защиты Начальный курс обучения для руководителей и специалистов НИЦ НовГУ Автор: Исаев Владимир Александрович, зам.директора НИЦ НовГУ по качеству Великий Новгород, 2014 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Научно-исследовательский центр НовГУ

Занятие 2 Программа ESD-контроля и современные стандарты ESD-защиты (программа ESD-контроля является неотъемлемой частью системы менеджмента качества организации)

Участок защищенный от электростатического электричества (УЗЭ)

3 модели ESD (ESD - Electro Static Discharge - Электро Статический Разряд) Модель Человеческого Тела: Human Body Model - HBM Модель Заряженного Устройства: Charge Device Model- CDM Механическая Модель: Machine Model – MM

Структура системы стандартов по электростатической защите электронных устройств

Общетехнические стандарты по защите от ESD повреждений IEC/TR :2012 (МЭК /ТО :2012) Electrostatics - Part 1: Electrostatic phenomena - Principles and measurements. Стандарты на методы моделирования электростатических явлений ГОСТ Р (МЭК :2006) Электростатика. Методы моделирования электростатических явлений. Электростатический разряд. Модель человеческого тела. ГОСТ Р (МЭК :2006) Электростатика. Методы моделирования электростатических явлений. Электростатический разряд. Модель механического устройства.

Модели электростатических разрядов - модель человеческого тела (МЧТ); - механическая модель (ММ); - модель заряженного устройства (МЗУ)

ГОСТ Р

Модель человеческого тела (МЧТ) (Human Body Model, HBM) В результате контакта человеческого тела с устройством может произойти ESD. Тело может обладать отличным от земли потенциалом, например, в результате трения. В этой схеме конденсатор (С = 100 пФ) заряжается через высокоомный резистор (R = 100 МОм) напряжением ±2 кВ, затем разряжается через 1,5-к Ом резистор в тестируемое устройство. Конденсатор моделирует емкость человеческого тела, которая на самом деле может варьироваться до 500 пФ. Сопротивление человеческого тела также может изменяться в достаточно широких пределах - от нескольких десятков Ом до сотен к Ом, в зависимости от условий.

ГОСТ Р

Модели электростатических разрядов - модель человеческого тела (МЧТ); - механическая модель (ММ); - модель заряженного устройства (МЗУ)

ГОСТ Р

Механическая модель (ММ) (Machine Model, MM) ESD в данной модели возникает в результате различных механических воздействий, всегда имеющих место в оборудовании для производства интегральных схем. При движении частей оборудования может создаваться электростатический заряд и происходить его разряд. Сопротивление металлических частей устройства мало, что приводит к значительно большему пиковому току в тестируемом устройстве. В результате большой индуктивности, имеющей место в данном случае, перегрузки защитной схемы не происходит, амплитуда и время роста тока ограничены.

ГОСТ Р

Модели электростатических разрядов - модель человеческого тела (МЧТ); - механическая модель (ММ); - модель заряженного устройства (МЗУ)

Модель заряженного устройства (МЗУ) (Charged-Device Model, CDM) Ещё один вариант возникновения ESD, который необходимо учитывать, может происходить во время работы интегральных схем (ИС). Нельзя точно для этого случая воспроизвести профиль неправильной работы ИС при ESD с помощью тестового оборудования. При возникновении электростатического разряда в самом устройстве пиковый ток ESD больше, чем в любом из рассмотренных случаев, и поступает в тестируемое устройство почти без задержки (время роста меньше 200 пс), что делает разработку защитных схем для этой модели наиболее сложной.

Повреждение интегральных схем ESD Выяснение достоверных обстоятельств подобных частых сбоев требует проведения точного и скрупулезного анализа, результаты которого дадут организации возможность рассмотреть вопрос о жестком соблюдении ESD-контроля и об оснащении производства необходимыми средствами защиты

Повреждение интегральных схем ESD ESD в первую очередь повреждает наиболее слабо защищенные компоненты, что приводит к следующим повреждениям: тепловой пробой p-n-перехода; возникновение в окисле пустот, нитевидных образований, испарение окисла, что приводит к замыканиям и неправильной работе ИС; металлическая разводка и контакты могут плавиться и испаряться, в результате происходят замыкания и отказ ИС. Тенденции к снижению глубин залегания переходов, уменьшению толщины подзатворного окисла и толщины разводки увеличивают вероятность повреждения устройства электростатическим разрядом. В первую очередь повреждаться будет тонкий подзатворный окисел входных и выходных КМОП-структур и связанная с ними металлическая разводка.

Напряжения повреждения

Потери от ESD Потери из-за воздействия ESD на электронное оборудование и его компоненты: Уровень Мин. Макс. Средние Пр-во компонентов 4% 97% 16-22% Субподрядчики 3% 70% 9-15% Изготовители РЭА 2% 35% 8-14% Потребители 5% 70% 27-33%

Методы разработки защитных цепей (специальные схемотехнические и технологические решения) Структура n-МОП транзистора с заземленным затвором: а) с применением блокировки силицида в стоковой области; б) c применением технологии LDD; в) блокировка LDD для транзистора из схемы защиты от ESD Примечание: слабое под легирование областей стока и истока (Lightly- Doped Drain, LDD)

Приложение 1 Статическое электричество

Статическое электричество – это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов, изделий или на изолированных проводниках. Допустимые уровни напряженности электростатических полей установлены ГОСТ –84 «ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля». Средства защиты от статического электричества установлены ГОСТ «ССБТ. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования».

ГОСТ «ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля»

ГОСТ «ССБТ. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования»

Приложение 2 ANSI/ESD S20.20 Electrostatic Discharge Control Program Standard

Electrostatic discharge (ESD) and static electricity can cause numerous problems for organizations across several industries, particularly the electronics industry. Product quality and reliability, manufacturing costs and production can all be affected by ESD. ANSI/ESD S , Electrostatic Discharge Control Program Standard, was created to help organizations design, develop, implement and maintain an Electrostatic Discharge (ESD) Control Program to protect ESD-sensitive electrical or electronic parts, assemblies and equipment from being damaged by Human Body Model (HBM) discharges greater than or equal to 100 volts.

About S20.20 Until recently the military has been the driving force behind the development of ESD standards in the United States. MIL-STD-1686 was the ESD Program Standard for the Department of Defense until 1992 when, as part of the Military Standardization Reform Act, it was targeted for replacement with a commercial standard. S20.20 was created by the ESD Association (ESDA) and approved by the American National Standards Institute (ANSI) in The U.S. government accepts both S20.20 and MIL-STD Industry giants such as IBM, Lucent and Lockheed Martin have all adopted or require their subcontractors to implement S20.20.

Fundamental control principles There are three fundamental control principles included in this standard: All conductors in the environment, including personnel, must be bonded or electrically grounded. Ionization systems must be used to neutralize charges on necessary nonconductors in the environment. ESDS items being transported outside an Electrostatic Protected Area must be enclosed in static protective materials. The ANSI/ESD S20.20 Electrostatic Discharge Control Program Standard is divided into two main parts: Administrative Requirements and Technical Requirements.

Administrative Requirements and Technical Requirements Administrative Requirements include: ESD Control Program Plan Training Plan Requirement Compliance Verification Plan Technical Requirements include: Grounding / Bonding Systems Personnel Grounding Protected Areas Packaging Marking Equipment Handling

Приложение 3 Стандарты Международной электротехнической комиссии (МЭК)

Стандарты Международной электротехнической комиссии (МЭК) (IEC – International Electrotechnical Commission) IEC Electrostatics, Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena. General requirements (1998) IEC Electrostatics, Part 5-2: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena. User guide (1999) IEC Electrostatics, Part 4-1: Standard test methods for specific applications. Electrostatic behavior of floor coverings and installed floors (1995) IEC Electrostatics, Part 4-3: Standard test methods for specific applications. Footwear (2001) IEC Electrostatics, Part 2-1: Measurement methods - ability of materials and products to dissipate static electric charge (2002) IEC Electrostatics, Part 2-3: Methods of test for determining resistance and resistivity of solid planar materials used to avoid electrostatic charge accumulation (2000)

ЭСР-координаторы –утверждение поставщиков с точки зрения ESD-защиты –оценка ESD-свойств материалов и оборудования –создание и обновление списка ESD-защитных продуктов и устройств –ESD-обучение персонала –выявление проблем качества из-за влияния ESD –ESD-Измерения и документирование результатов при внутренних ESD-аудитах

Список литературы 1. Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. - М.: ИД Технологии, с. 2. Кузнецов С.И. Электростатика. Постоянный ток: Учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, с. 3. Назаренко О.Б. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, – 144 с. 4. ГОСТ –84 ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. 5. ГОСТ ССБТ. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования. 6. ГОСТ –81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

Список литературы (продолжение) 7. Трегубов Д.В.Новые российские стандарты в области ECD- защиты // Компоненты и технологии. – – С ГОСТ Р (МЭК :2007) Электростатика. Защита электронных устройств от электростатических явлений. Общие требования. 9. ГОСТ Р (МЭК :2007) Электростатика. Защита электронных устройств от электростатических явлений. Руководство по применению 10. ГОСТ Р (МЭК :2010) Электростатика. Защита электронных устройств от электростатики. Требования к упаковке изделий, чувствительных к электростатическим разрядам 11. Зайцев В.В. Электростатическое моделирование полосковых линий: Учебное пособие / В.В. Зайцев, В.И. Занин, В.М. Трещев - Самара: Изд-во "Универс-групп", с.

Список литературы (продолжение) 12. ГОСТ Р Электростатика. Методы моделирования электростатических явлений. Электростатический разряд. Модель человеческого тела. 13. ГОСТ Р Электростатика. Методы моделирования электростатических явлений. Электростатический разряд. Модель механического устройства. 14. Кривов А.С. Система национальных стандартов ГОСТ Р основа антистатической защиты электронного производства // Технологии в электронной промышленности. – Вотинцев А. Электростатическая защита на предприятиях. Теория и практика // Печатный монтаж. –

Список литературы (продолжение) 16. Чуйкова Л. ESD-контроль: методы обеспечения защиты изделий от электростатического воздействия на предприятиях радиоэлектронной промышленности // Технологии в электронной промышленности. – – С Кривов А.С., Трегубов Д.В. Современные требования к защите электронных устройств от электростатических разрядов // Технологии ЭМС. – – С

Спасибо за внимание!