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[原创]综述SMT电子工厂的主要ESD不良损坏解析 [复制链接]

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离线copper_hou
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2016-12-08
只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2018-10-19
关键词:ESD(Electro-Static Discharge,静电放电),IC(Integrated Circuit,集成电路,俗称芯片)  电子制造工业对ESD防护的需求,完全是随着IC微电子器件的诞生而产生,以及IC技术工艺的发展而不断加强。
  而IC之所以对ESD敏感,主要IC结构中大量的晶体管结构对ESD最为敏感,确切的说是晶体管中的每个绝缘层(以SiO2最为常用)。与SiO2为例,它可以承受的最大静电作用程度是静电场-5E8 V/m。以100nm厚的SiO2为例,对应的静电压达到50 V时,SiO2绝缘层即容易被静电击穿而损坏(由完好的绝缘性变为半导体或导体特征)。而当前业内的IC器件已经很多采用几个nm的制程技术,其内部绝缘层可以承受的静电压也就降至几V(当前IC成品可以承受上百V的静电是内部加入了相应的ESD保护电路而实现)。


图1. ESD导致IC内部晶体管结构绝缘层静电损坏的机理图示


图2.IC内部的一般晶体管结构图示
  以SMT工厂为例,在实际生产过程中主要的IC ESD损坏集中于贴片工序与SMT完成后的上电检测工序。
1) SMT贴片工序的ESD情形:IC与PCB静电带电的静电压存在差异时,即在贴装中IC pads/pins与PCB的pads通过锡膏接触导通时,即发生静电放电。


图3. SMT中的贴片工序实例
2) SMT后上电检测工序的ESD情形:PCBA由于前工序或上机操作中带上高静电时,在装载到电测机上PCBA的leads/pads与电测机测试针(以一定的电阻接地)接触时,即发生静电放电。


图4.SMT后上电检测工序的ESD情形图示
  而在SMT工厂中,针对这些ESD损坏风险进行防护的主要方法是:
1) SMT贴片工序的ESD防护:将IC与PCB的静电带电降至安全水平以下;
2) SMT后的上电检测工序的ESD防护:将PCBA的静电带电降至安全水平以下。

[ 此帖被copper_hou在2018-10-19 11:12重新编辑 ]
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离线望望天
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2009-04-22
只看该作者 沙发  发表于: 2018-10-19
还没写完吧?
离线copper_hou
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2016-12-08
只看该作者 藤椅  发表于: 2018-10-20
回 望望天 的帖子
望望天:还没写完吧? (2018-10-19 11:18)

这已经是SMT工厂中的电子器件ESD损坏失效机理与生产过程ESD风险分析的概要阐述了。
其他的就是结合每家SMT工厂所用到的电子料件的ESD敏感度等级与实际SMT生产线各工序的ESD风险水平,来综合评定ESD风险等级并相应确定有效的(生产ESD不良率与产品的可靠性保证)ESD防护方案与针对于每个生产工序的具体ESD防护措施。
补充一个ESD风险情形:
有些SMT工厂会在SMT前做IC来料检测或IC烧录,这个工序就是典型的CDM(Charged Device Model) ESD损坏情形。


图1. IC电测与烧录工序的CDM ESD风险图示
实际应用中,如果SMT工厂中此类的IC得知其CDM敏感度-最大耐受静电压值,就可以将其CDM最大耐压值与实际工序中IC的静电带电做比较,进而确定此类工序的ESD管控有效性。


图2. IC datasheet中关于ESD等级的表述实例
[ 此帖被copper_hou在2018-10-22 13:20重新编辑 ]
离线yintao
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2005-09-20
只看该作者 来自SMT之家移动触屏版 板凳  发表于: 2018-10-26
继续努力,你会成为专家的
离线copper_hou
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2016-12-08
只看该作者 报纸  发表于: 2018-10-26
回 copper_hou 的帖子
copper_hou:
这已经是SMT工厂中的电子器件ESD损坏失效机理与生产过程ESD风险分析的概要阐述了。
其他的就是结合每家SMT工厂所用到的电子料件的ESD敏感度等级与实际SMT生产线各工序的ESD风险水平,来综合评定ESD风险等级并相应确定有效的(生产ESD不良率与产品的可靠性保证)ESD防护方案与针对于每个生产工序的具体ESD防护措施。
补充一个ESD风险情形:
有些SMT工厂会在SMT前做IC来料检测或IC烧录,这个工序就是典型的CDM(Charged Device Model) ESD损坏情形。
.......

望望天:还没写完吧? (2018-10-19 11:18)

这已经是SMT工厂中的电子器件ESD损坏失效机理与生产过程ESD风险分析的概要阐述了。
其他的就是结合每家SMT工厂所用到的电子料件的ESD敏感度等级与实际SMT生产线各工序的ESD风险水平,来综合评定ESD风险等级并相应确定有效的(生产ESD不良率与产品的可靠性保证)ESD防护方案与针对于每个生产工序的具体ESD防护措施。
补充一个ESD风险情形:
有些SMT工厂会在SMT前做IC来料检测或IC烧录,这个工序就是典型的CDM(Charged Device Model) ESD损坏情形。
[attachment=207289]

图1. IC电测与烧录工序的CDM ESD风险图示
实际应用中,如果SMT工厂中此类的IC得知其CDM敏感度-最大耐受静电压值,就可以将其CDM最大耐压值与实际工序中IC的静电带电做比较,进而确定此类工序的ESD管控有效性。
[attachment=207290]

图2. IC datasheet中关于ESD等级的表述实例
  关于SMT工厂电路板(PCBA)情形的ESD情形,主要集中于CBM(Charged Board Model,板载带电放电模型),即PCBA带上静电后,在PCBA的lead或pad接触到接地的金属部件时,即发生静电放电的一类情形。
  这种CBM ESD在SMT(及后续组装)工厂中,主要存在于Selective Soldering(选择焊)、及所有PCBA上电的检测工序。
  业内(集中于各SMT工厂的从事人员)普遍有一种极具带变形的看法:
认为静电敏感的IC贴装到PCB上后,相对于单个IC的阶段,整个PCBA的耐受ESD能力会显著增强。
  但生产工厂越来越多的案例揭示,事实上有些PCBA的产品设计结合工厂的生产工序差异,静电敏感的IC贴装到PCB上后,在更低的静电带电情形时即被ESD损坏。
  以下为一家SMT工厂的ESD不良损失解决案例,表明CBM的静电耐压值远低于单个IC的CDM耐压值。
背景:DSP IC在SMT selective soldering后,电测工序检测出此IC损坏导致的几百DPPM不良品;
IC信息:208 lead MFQP DSP IC,HBM ESD-7000 V,CDM ESD-1500 V
ESD损坏排查与解决:PCBA在进入Selective soldering前检测到静电带电最高达300 V,之后在该selective soldering人口前加装离子化措施,该IC的ESD不良边再无出现。


图1. DSP IC电测不良品的FIB照片发现局部的电介质层被击穿


图2. DSP IC与SMT之后的PCBA产品
离线swar!
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2019-01-10
只看该作者 地板  发表于: 2019-01-10
继续努力,你会成为成功的