靜電防治知識(shí)講座

1、靜電防治訓(xùn)練課程經(jīng)驗(yàn)分享靜電防治訓(xùn)練課程經(jīng)驗(yàn)分享業(yè)務(wù)部業(yè)務(wù)部 Roger Shen內(nèi)容大綱內(nèi)容大綱 靜電放電簡介靜電放電簡介 靜電放電的模型靜電放電的模型 ESD的影響的影響 靜電防治專有名詞介紹靜電防治專有名詞介紹 靜電防治材料定義靜電防治材料定義 靜電防治基本法則靜電防治基本法則ESDA測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及介紹測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及介紹Rogher.Shen靜電放電簡介靜電放電簡介靜電是甚麼靜電是甚麼?原因原因剝剝離離,摩擦摩擦,感感應(yīng)應(yīng)機(jī)制機(jī)制-物質(zhì)因失或得到電物質(zhì)因失或得到電子而帶電子而帶電Rogher.Shen影響摩擦生電電量的因素影響摩擦生電電量的因素Rogher.Shen常用的數(shù)量級(jí)符號(hào)常用的數(shù)量級(jí)符

2、號(hào)數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí) 全名全名 符號(hào)符號(hào)1012 Tera T109 Giga G106 Mega M103 Kilo K10-3 Milli M10-6 Micro 10-9 Nano N10-12 Pico PRogher.Shen典型的典型的ESD電壓電壓靜電之產(chǎn)生靜電之產(chǎn)生境電壓境電壓(KV)相對(duì)溼度相對(duì)溼度20%相對(duì)溼度相對(duì)溼度80%走動(dòng)於乙烯材質(zhì)的地板走動(dòng)於乙烯材質(zhì)的地板120.25走動(dòng)於人造地毯走動(dòng)於人造地毯351.5坐離發(fā)泡椅墊坐離發(fā)泡椅墊181.5拿起聚乙烯塑膠袋拿起聚乙烯塑膠袋200.6在地上滑動(dòng)苯乙烯材質(zhì)箱子在地上滑動(dòng)苯乙烯材質(zhì)箱子181.5移除移除PC板上的板上的MYLAR膠

3、帶膠帶121.5PC板上的收縮膜板上的收縮膜163動(dòng)作真空吸錫器動(dòng)作真空吸錫器81噴電路冷凝噴霧劑噴電路冷凝噴霧劑155Rogher.Shen靜電放電的模型靜電放電的模型人體帶電模型人體帶電模型(Human Body Medel,HBM)Discharge to the Device機(jī)器帶電模型機(jī)器帶電模型(Machine Model,MM) Discharge to the Device元件帶電模型元件帶電模型(Charaged Device Model,CDM)Discharge from the DeviceRogher.Shen(Human Body Medel,HBM)模擬由站立人體

4、之手指尖端放電至元件模擬由站立人體之手指尖端放電至元件的現(xiàn)象的現(xiàn)象Rogher.Shen(Machine Model,MM) 70年代年代,日本人認(rèn)為日本人認(rèn)為HBM不足以代表不足以代表worst-case而提出而提出,適用於自動(dòng)組裝之製造適用於自動(dòng)組裝之製造環(huán)境環(huán)境MM的電容值較的電容值較HBM大大,因此因此MM儲(chǔ)存的電儲(chǔ)存的電荷較多荷較多R很小因此電流較大很小因此電流較大,速度較快速度較快Rogher.Shen(Charaged Device Model,CDM)現(xiàn)代自動(dòng)化組裝製造環(huán)境中最重要的現(xiàn)代自動(dòng)化組裝製造環(huán)境中最重要的ESD模型模型-觀念簡單觀念簡單,再生困難再生困難-速度快速度快

5、,難保護(hù)難保護(hù)CDM Event 的來源的來源-測(cè)試機(jī)臺(tái)測(cè)試機(jī)臺(tái)-SMT-IC的包裝的包裝Rogher.ShenESD的三種模型的三種模型HBM與與MM人體人體,機(jī)器或環(huán)境帶電機(jī)器或環(huán)境帶電-HBM是最古老且最常發(fā)生的模式是最古老且最常發(fā)生的模式,但並非最嚴(yán)但並非最嚴(yán)重的危害模式重的危害模式-MM造成的故障與造成的故障與HBM類似但電壓卻遠(yuǎn)低於類似但電壓卻遠(yuǎn)低於HBM,速度亦較速度亦較HBM快快CDM元件帶電元件帶電-模擬一帶電元件經(jīng)由一腳接地而放電的現(xiàn)象模擬一帶電元件經(jīng)由一腳接地而放電的現(xiàn)象造成造成ESD故障的主要原因故障的主要原因-電流上升時(shí)間最快速電流上升時(shí)間最快速Rogher.Shen

6、ESD的影響的影響ESD事件事件因因局部高溫或電位差造成半導(dǎo)局部高溫或電位差造成半導(dǎo)體元件的破壞體元件的破壞ESD基本上就是一種熱效應(yīng)基本上就是一種熱效應(yīng)可能發(fā)生在製程中或使用中的任何階段可能發(fā)生在製程中或使用中的任何階段成本問題成本問題,客戶抱怨客戶抱怨,商譽(yù)的損失商譽(yù)的損失Rogher.Shen電子元件電子元件ESD故障之構(gòu)因故障之構(gòu)因功率相關(guān)功率相關(guān):熱崩潰熱崩潰,金屬熔蝕金屬熔蝕-Power=IESD Voperating電壓相關(guān)電壓相關(guān):介電質(zhì)崩潰介電質(zhì)崩潰潛在性故障潛在性故障:功能劣化功能劣化Rogher.Shen靜電防治專有名詞介紹靜電防治專有名詞介紹ESDS(Electrost

7、atic Discharge Sensitive)Item靜電放電敏感零組件對(duì)於靜電放電敏感(易被ESD破壞)的元件.組件或模組SSZ(Static-Safe Zone)靜電安全區(qū)域內(nèi)部任一點(diǎn)均符合Basic Rule之要求的區(qū)域SSW (Static-Safe Workstation)靜電安全工作站Esd Protective Workstation (SSW)靜電放電防護(hù)工作站內(nèi)涵ESDS Item的特定工作區(qū)域.必須符合SSZ之要求.通常其 犯較小如SMT線.手插件區(qū).測(cè)試區(qū).重工區(qū)SSP (Static-Safe Package)靜電安全包裝 Esd Protective Packag

8、e (SSP)靜電放電防護(hù)包裝能夠限制摩擦生電.屏蔽靜電場或免除靜電放電對(duì)ESDS元件產(chǎn)破壞的包裝Rogher.Shen靜電防治專有名詞介紹靜電防治專有名詞介紹ESD Protective Area 靜電放電防護(hù)區(qū)域靜電放電防護(hù)區(qū)域(EPA)內(nèi)涵內(nèi)涵ESDS Item的大範(fàn)圍工作區(qū)域的大範(fàn)圍工作區(qū)域.所有人員進(jìn)入時(shí)所有人員進(jìn)入時(shí)皆應(yīng)穿戴適當(dāng)之接地設(shè)備皆應(yīng)穿戴適當(dāng)之接地設(shè)備.且所有行為亦須遵守其相且所有行為亦須遵守其相關(guān)規(guī)定關(guān)規(guī)定Triboelectric Charging 摩擦生電摩擦生電當(dāng)兩種材料接觸摩擦當(dāng)兩種材料接觸摩擦(Friction)或剝離或剝離(Separation)時(shí)時(shí)其表面產(chǎn)生

9、靜電荷的現(xiàn)象其表面產(chǎn)生靜電荷的現(xiàn)象Rogher.Shen靜電防治專有名詞介紹靜電防治專有名詞介紹Surface Resistance 表面電阻表面電阻以二個(gè)電極放罝於一材料表面上以二個(gè)電極放罝於一材料表面上,加以一直流電壓加以一直流電壓(V),量測(cè)其通量測(cè)其通過之電流值過之電流值(I),再計(jì)算出其電阻值再計(jì)算出其電阻值(R),其單位為歐姆其單位為歐姆().Surface Resistivity 表面電阻率表面電阻率均一材料的單位面積表面電阻均一材料的單位面積表面電阻,其單位為其單位為/square,表面電阻率表面電阻率與體積電阻率間通常存在一比例與體積電阻率間通常存在一比例,該比例與量測(cè)電極之

10、幾何形狀有關(guān)該比例與量測(cè)電極之幾何形狀有關(guān)Volume Resistivity 體積電阻率體積電阻率 即電阻率或稱電阻係數(shù)其單位為即電阻率或稱電阻係數(shù)其單位為-CMRogher.Shen靜電防治材料定義靜電防治材料定義Conductive Materials導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料表面電阻率小於1x 105 /square,或其體積電阻率小於1x 104 -CM (ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)Static Dissipative Material靜電消散材料靜電消散材料表面電阻率至少為1x 105 /square且小於1x 1012 /square,或其體積電阻

11、率至少1x 104 -CM為且小於1x 1011 -CM(ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)Anti-Static Material 抗靜電材料抗靜電材料 -能抑制摩擦生電的材料(ESDA ADV.1.0) -能抑制摩擦生電至200V以下的材料(EIA-625) -抗靜電材料並不須要量測(cè)其表面電阻率或體積電 阻來決定其特性.Rogher.Shen靜電防治材料定義靜電防治材料定義Insulating Material 絕緣材料絕緣材料 表面電阻率大於1x1012或其體電阻率大於1x1011的材料(EIA-625-1994);ESDA ADV 1.0-1994)S

12、tatic Shielding Material 靜電屏蔽材料靜電屏蔽材料可防止元件遭受外界的靜電場破壞的一種防護(hù)屏障(EIA-625)Rogher.Shen靜電防治基本法則靜電防治基本法則將工作區(qū)的所有導(dǎo)電物接地使其帶電不超將工作區(qū)的所有導(dǎo)電物接地使其帶電不超過過50V以靜電壓表確認(rèn)工作區(qū)內(nèi)的非導(dǎo)電物體所以靜電壓表確認(rèn)工作區(qū)內(nèi)的非導(dǎo)電物體所帶電壓不超過帶電壓不超過300V(or200V)如果靜電場無法避免應(yīng)確保靜電敏感零組如果靜電場無法避免應(yīng)確保靜電敏感零組件與帶電之表面保持足夠的距離件與帶電之表面保持足夠的距離Rogher.Shen ESD問題的對(duì)策問題的對(duì)策l作業(yè)人員的頭髮作業(yè)人員的頭髮

13、-+8000V d-1m-以靜電壓表確認(rèn),距離皮膚表面5cm以內(nèi),因電壓抑制的效果,靜電 壓可降至+300以下l作業(yè)人員的衣著作業(yè)人員的衣著-需要抗靜電衣嗎? (整齊洗衣與量測(cè)之成本)l搬運(yùn)工具搬運(yùn)工具-若臺(tái)車為絕緣輪,移動(dòng)時(shí)易與地面摩擦而累積靜電 更換為導(dǎo)電輪- 需注意污染問題 拖鐵鍊-堆高機(jī)不應(yīng)行經(jīng)舖有導(dǎo)電地板的區(qū)域Rogher.ShenESD問題的對(duì)策問題的對(duì)策l紙張紙張.紙製標(biāo)籤紙製標(biāo)籤-在常溫常濕下,紙製品可視為抗靜電(Antistatic)材料,因此非光 面紙製品在工作區(qū)是可被允許的.(MIL-HDBK-263)l手套的使用手套的使用-潔淨(jìng)室內(nèi)的一般要求-靜電消散時(shí)間 (Stati

14、c-decay time)2 sec? (FED-STD-101,Method 4046)-量測(cè)其表面電阻率 Static Dissipative?-戴上手套後是否需要再戴靜電環(huán)?Rogher.ShenESD問題的對(duì)策問題的對(duì)策l離子風(fēng)扇離子風(fēng)扇-解決工作區(qū)內(nèi)絕緣體的帶電問題-使用Charged-plate monitor 評(píng)估 Discharge time & balance levell成品成品/半成品在工廠內(nèi)的運(yùn)送半成品在工廠內(nèi)的運(yùn)送-使用普通透明塑膠袋,半透明metalized塑膠袋,導(dǎo)電袋,或是鋁箔袋(.25mil as a Faraday cage)?-作放電測(cè)試(disc

15、harge test),以滿足自己的需求為原則.記得靜電安全包裝(SSP)並不一定必須滿足Faraday cage的條件.l無線靜電環(huán)無線靜電環(huán)(Cordless Wrist Strap)-原理:Cormna discharge.-以靜電壓表實(shí)際量測(cè)人體帶電量-2KV(超過2kv既沒有用)Rogher.ShenESD問題的對(duì)策問題的對(duì)策l導(dǎo)電地墊導(dǎo)電地墊-可使用於無導(dǎo)電地板的工作區(qū),並搭配導(dǎo)電鞋-清潔用品之挑選l靜電接地靜電接地(工作檯面及作業(yè)人員工作檯面及作業(yè)人員)-目的:使作業(yè)人員在同一電位上 地樁 建物的金屬結(jié)構(gòu) 金屬水管-建議:與市電地線間電位差不超過5V(rms);或阻抗不超過25歐

16、姆.Rogher.ShenESDA測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及介紹靜電放電相關(guān)測(cè)試程序和標(biāo)準(zhǔn)靜電放電相關(guān)測(cè)試程序和標(biāo)準(zhǔn)lU.S.Military/Department of Defense 美軍規(guī)範(fàn)lASTM American Society for Testing and MaterialslNFPA National Fire Protection AssociationlJEDEC Joint Electron Device Engineering CouncillIEC International Electrotechnical CommissionlESDA ESD AssociationRoghe

17、r.Shen靜電環(huán)測(cè)試靜電環(huán)測(cè)試功能功能:主要為防止HBM對(duì)於ESDS元件的破壞型式型式:金屬,紡織品;錶帶式,鬆緊帶式,黏帶式安全性安全性:必須要有限流電阻(通常約為1M ,250V,1/4W)來保護(hù)人體安全,接地線與靜電環(huán)分離的拉力為1-5ib.DC75mA,AC 15mA若無限流電阻則必須以紅色標(biāo)示(MIL-STD-202Method 2.5 & Method 101)ESDA ESD S1.1測(cè)試方法測(cè)試方法接地阻抗 - 必須小於1.25M30V環(huán)帶阻抗 - 1M 20%Rogher.Shen一般簡易測(cè)試方法一般簡易測(cè)試方法一般定期檢查(750K -10M ) 靜電環(huán)配戴檢查新

18、品進(jìn)料檢查(1M 20%)靜電環(huán)及接地線連接檢查Rogher.Shen接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)ESD S6.1主要目的主要目的:將靜電防護(hù)設(shè)施接地將靜電防護(hù)設(shè)施接地,提供一個(gè)路徑使靜電提供一個(gè)路徑使靜電消散材料消散材料,導(dǎo)電材料及個(gè)人接地設(shè)備在同一個(gè)電位上導(dǎo)電材料及個(gè)人接地設(shè)備在同一個(gè)電位上,減少減少ESDS元件受到破壞元件受到破壞.其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)-ANSI/NFPA 70-1990-ANSI-IEEE Std 142-1982人員安全防護(hù)人員安全防護(hù)考慮人員碰觸電源時(shí)考慮人員碰觸電源時(shí),通過人體的電流通過人體的電流.故接觸人體的接地系故接觸人體的接地系統(tǒng)必須要有限流電阻統(tǒng)必須要有限流電阻R

19、ogher.Shen接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)ESD Ground (Soft Ground)靜電放電接地靜電放電接地能夠使靜電產(chǎn)生源能夠使靜電產(chǎn)生源(人或物人或物)藉由路徑到接地的端藉由路徑到接地的端點(diǎn)點(diǎn),排線排線,金屬線或其他接地系統(tǒng)金屬線或其他接地系統(tǒng).(EIA-625)Ground(Hard Ground)實(shí)接地實(shí)接地藉由電子線路或特殊設(shè)備和大地藉由電子線路或特殊設(shè)備和大地(Earth)連接的導(dǎo)電接連接的導(dǎo)電接點(diǎn)點(diǎn).和大地和大地(Earth)間具零電位差間具零電位差.Rogher.Shen一般工作接地系統(tǒng)一般工作接地系統(tǒng)ESD 接地點(diǎn)的量測(cè)lDC歐姆計(jì):量測(cè)範(fàn)圍0.1-1M+/-10%.開路電壓

20、必須大於1.5VlESD Common Point Ground(共地點(diǎn))到Equipment Ground 必須小於1 lESD Common Point Ground到ESD Protective Materials and Devices(ESD防護(hù)材料或設(shè)備)必須小於1 (如果有保護(hù)電阻則必須加上其值)Rogher.Shen工作表面的量測(cè)工作表面的量測(cè)lESD S4.1-1997主要目的主要目的:使用標(biāo)準(zhǔn)的量測(cè)設(shè)備,量測(cè)靜電放電防護(hù)工作表面之表面電阻值以評(píng)估其特性.l其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)ASTM F150NFPA 99l測(cè)試設(shè)備測(cè)試設(shè)備可提供100V和10V測(cè)試電壓,誤差在10%以

21、內(nèi)的高電阻計(jì),量測(cè)範(fàn)圍由10K 100G 2只5lb直徑2-1/2“的測(cè)試電極Rogher.Shen工作表面的量測(cè)工作表面的量測(cè)測(cè)試時(shí)機(jī)測(cè)試時(shí)機(jī)1. 環(huán)境和材料評(píng)估測(cè)試2. 新配置的設(shè)備驗(yàn)收3. 定期的測(cè)試環(huán)境和材料評(píng)估測(cè)試環(huán)境和材料評(píng)估測(cè)試-低濕度測(cè)試低濕度測(cè)試濕度12% 3%R.H.:溫度23 1 ;預(yù)先放置時(shí)間48-72小時(shí)測(cè)試電壓為10V/100V表面必須用70%的IPA清洗測(cè)試結(jié)果必須記錄最大,最小值測(cè)試樣品大小:10“X24” 6個(gè),樣品本身必須有二個(gè)接地點(diǎn)測(cè)試點(diǎn):Resistance to ground and resistance top-tp-topRogher.Shen工作

22、表面的量測(cè)工作表面的量測(cè)環(huán)境和材料評(píng)估測(cè)試環(huán)境和材料評(píng)估測(cè)試-低濕度測(cè)試低濕度測(cè)試濕度50% 5%R.H.:溫度23 1 ;預(yù)先放置時(shí)間48-72小時(shí)測(cè)試電壓為100V表面必須用70%的IPA清洗測(cè)試結(jié)果必須記錄最大,最小值測(cè)試樣品大小:10“X24” 6個(gè),樣品本身必須有二個(gè)接地點(diǎn)測(cè)試點(diǎn):Resistance to ground and resistance top-tp-topRogher.Shen工作表面的量測(cè)工作表面的量測(cè)先將工作表面以70%的IPA清洗並風(fēng)乾15分鐘後,方始進(jìn)行量測(cè)Resistance to Groundable Point(s)測(cè)試電壓為100V,測(cè)試結(jié)果必須記錄最

23、大最小值測(cè)試點(diǎn)分別為ABCDE五點(diǎn)-A.距離Groundable point(s)3”位置-B,C,D:距離每個(gè)角落2“位置-E:中心點(diǎn)Resistance Point-to-Point測(cè)試電壓為100V測(cè)試點(diǎn)如下-A:水平距離10“位置-B:垂直距離10“位置-C:左斜對(duì)角線各角落距離為2“-D:右斜對(duì)角線各角落距離為2“Rogher.Shen工作表面的量測(cè)工作表面的量測(cè)定期檢查不要清洗工作表面,且移開所有ESDS元作以新配置驗(yàn)收方法來量測(cè)Resistance to Groundable Point(s)以及Resistance Point-to-Point若測(cè)試不合格時(shí),清洗後再重新測(cè)試建

24、議允收標(biāo)準(zhǔn) Resistance to Groundable Point(s):between 1x106 and 1x109 Resistance Point-to-Point 1M Rogher.Shen地面材料電阻特性測(cè)試地面材料電阻特性測(cè)試ANSI ESD S7.1-1994l測(cè)試目的:量測(cè)地面材料的電阻特性(其量測(cè)結(jié)果為電阻值,而非電阻率)l靜電防護(hù)地板須配合靜電防護(hù)鞋,鞋環(huán),輪子及裝載器具使用l相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)NFPA-99;ASTM-F150;DIN 51953l測(cè)試種類環(huán)境和材料評(píng)估測(cè)試新舖設(shè)完成的驗(yàn)收Rogher.Shen地面材料評(píng)估測(cè)試地面材料評(píng)估測(cè)試l測(cè)試條件測(cè)試條件樣品數(shù):12“X24” 5片,放置時(shí)間至少72小時(shí)清洗表面:使用70%IPA清洗待測(cè)表面測(cè)試電壓為:100V濕度:12%( 3%)和50%( 5%)R.H.溫度:23 1 l測(cè)試設(shè)備測(cè)試設(shè)備可提供100V和10V誤差在10%以內(nèi)的高電阻計(jì),量測(cè)範(fàn)圍可由10K -100G及2只重量5lb.直徑的2.5“的電極.電極表面為導(dǎo)電橡膠,其在金屬表面上的電阻必須小於1k(at 10V DC)測(cè)試結(jié)果必須記錄最大,最小值Rogher.Shen鋪設(shè)配置完成的驗(yàn)收鋪設(shè)配置完成的驗(yàn)收l測(cè)試前使用70%IPA清洗電極並風(fēng)乾lResistance to Ground