靜電高級課程

1、 靜電高級知識介紹靜電高級知識介紹福州華映視訊有限公司技術(shù)部制程課許燕玲 你曾有你曾有觸電的感覺嗎？觸電的感覺嗎？概論概論l靜電危害研究l靜電控制及空氣電離原理l靜電檢測儀器基本配置及工作原理lESD管理推動l結(jié)論一、靜電危害一、靜電危害品質(zhì)與可靠性的問題品質(zhì)與可靠性的問題n安全 Safetyn災(zāi)難 Catastrophic 靜電放電或污染令器件喪失功能n累加 Cumulative 器件失效是因各層面的靜電放電而造成。n潛伏 Latent 靜電放電使得器件在一定時間之內(nèi)失 效，不計其數(shù)的產(chǎn)品因此受到影響。靜電問題靜電問題污染及靜電危害污染及靜電危害污染物在帶靜電表層上的動力污染物在帶靜電表層上

2、的動力積塵速度與塵埃大小積塵速度與塵埃大小積塵速度的影響：l 重力：顆粒越大，在重力的影響下，其積塵速度就越快；l 擴散：顆粒越大，其擴散的速度就越慢；l 靜電：顆粒越大，其靜電影響的積塵速度就越慢；l 組合因素顆粒直接小于1mm ，靜電力起主導(dǎo)作用污染研究污染研究在在CLASS 1 微型環(huán)境的微型環(huán)境的200mm晶片晶片比率1：7帶0V的晶片六星期后帶2KV的晶片六星期后濕度對靜電產(chǎn)生上的影響濕度對靜電產(chǎn)生上的影響l相對濕度（RH）對表面積累電荷的性能產(chǎn)生直接影響;相對濕度越高，零部件儲存電荷的時間就越短;l表面電荷減小（因為相對濕度增加）的方式可通過復(fù)合或傳導(dǎo)，當(dāng)相對濕度增加，空氣的電導(dǎo)率

3、也隨之增加;l在高濕度環(huán)境中，物質(zhì)表面具親水性（Hygroscopicity），容易吸附空氣中的水分，進而降低物質(zhì)表面電阻，增加靜電向大地散逸的速率。靜電放電的破壞靜電放電的破壞l 電子性靜電問題通常發(fā)生在晶片上，零件上，電路板上及機臺上等等。l 靜電放電能引起非常嚴(yán)重的失效，而潛伏性的缺陷更會帶來很多的問題。l 靜電放電的代價，從一個器件至一片晶片甚至一個系統(tǒng)，會變得越來越大。靜電放電在半導(dǎo)體生產(chǎn)中的影響靜電放電在半導(dǎo)體生產(chǎn)中的影響l FVD LED靜電擊傷影響*ESD損壞P/N結(jié)，導(dǎo)致LED不良lFDT Panel受靜電放電的影響靜電放電所產(chǎn)生的電磁干擾靜電放電所產(chǎn)生的電磁干擾l 靜電放電

4、能輻射出電磁波并對微處理器及測量工具產(chǎn)生感應(yīng)。導(dǎo)致其無法正常運作，發(fā)出錯誤的指令，校準(zhǔn)失誤等等情況。l 靜電放電所產(chǎn)生的電磁干擾通過兩種途徑進入機臺： （1）通過導(dǎo)線 （2）通過空氣傳播ESD防護的意義防護的意義l 減少損失l 提高產(chǎn)品品質(zhì)及可靠性l 提高生產(chǎn)效率l 靜電回報率達(dá)1：95以上二、靜電的產(chǎn)生及控制二、靜電的產(chǎn)生及控制l 摩擦生電l 靜電敏感度分類、測試l 電離系統(tǒng)摩擦生電摩擦生電l 用于電子生產(chǎn)及無塵室中的很多材料因其絕緣特性而能長期保持很高的靜電。人手水石英尼龍鋁鉻鋼鐵聚碳酸脂聚氯乙烯硅聚脂薄膜特氟隆什么是靜電敏感度？什么是靜電敏感度？l 定義：為定量描述不同組件的相對敏感程度

5、進行敏感度分類。l 敏感層次分為多層次,是為制定先進的防護措施提供原始資料，這些措施用于對更敏感器件的廣泛的防護。敏感性測試敏感性測試 技術(shù)文獻和失效分析資料表明，靜電放電失效是由于一系列的、復(fù)雜的，相互關(guān)聯(lián)的作用。一些影響靜電放電敏感性的因素包括了靜電放電電流、能量、放電時間、零件設(shè)計、制造技術(shù)和零件包裝樣式等。l 能量敏感度器件的損壞：能量敏感度器件的損壞： 是由于電流流過雙極連接點、保護電阻器或金屬氧化物半導(dǎo)體的保護晶體管。l 電壓敏感器件的損壞：電壓敏感器件的損壞： 是由于電壓超過了擊穿電壓。l 電子器件的電子器件的ESD敏感度測試模式有以下幾種：敏感度測試模式有以下幾種： 1、人體模

6、型（HBM） 2、機器模型（MM） 3、帶電器件模型（CDM） 4、人體金屬模型（場增強模型） 5、其它（場感應(yīng)模型、電容耦合模型）人體模型人體模型 靜電放電情況靜電放電情況The Human Body Model (HBM)HBM，人體模型：即帶電人體對器件放電，導(dǎo)致器件損壞。，人體模型：即帶電人體對器件放電，導(dǎo)致器件損壞。 放電途徑為：人體放電途徑為：人體器件器件地地 人體模型人體模型 靜電放電情況靜電放電情況The Human Body Model (HBM)l 依照人體模型標(biāo)準(zhǔn)所作的模型，靜電放電損壞來源于帶電的人體。l 這個測試模型表示，放電從人體的指尖傳到器件上的導(dǎo)電接頭。l 該模

7、型通過一個開關(guān)組件，將充了電的100PF電容器，在待測器件和與之相串聯(lián)的一個1500 電阻器上放電，意味著這個模型接近一個。l 放電本身是有23ns上升時間，和大約150ns脈沖寬度的雙重指數(shù)信號波形。人體模型放電電流波形人體模型放電電流波形人體模型放電電壓與峰值電流的關(guān)系人體模型放電電壓與峰值電流的關(guān)系l 注：Ip是在電流波形檢驗過程中流過R的峰值電流，大約為：HBM敏感度分類敏感度分類機器模型機器模型靜電放電情況靜電放電情況MACHINE MODEL (MM)MM,機器模型機器模型:即帶電設(shè)備對器件放電，導(dǎo)致器件損壞。即帶電設(shè)備對器件放電，導(dǎo)致器件損壞。放電途徑為：機器放電途徑為：機器器件

8、器件地地l 機器模型的損害主要來源是能量迅速地從一個被充電的導(dǎo)電體傳輸?shù)狡骷膶?dǎo)電接頭。l 這個靜電放電模型是200pF電容直接對500nH電感放電，沒有串聯(lián)電阻。l 由于缺乏限制電流的串聯(lián)電阻器，這個模型接近一個。l 放電時間本身具有58ns上升時間和大約80ns周期的正弦衰減波形。機器模型機器模型靜電放電情況靜電放電情況MACHINE MODEL (MM)MM電流電流注：通過一根金屬絲400V的靜電放電波形。MM敏感度分類敏感度分類帶電器件模型帶電器件模型靜電放電情況靜電放電情況Charged-Device Model (CDM)CDM，帶電器件模型，即帶電器件直接對敵放電，帶電器件模型，

9、即帶電器件直接對敵放電;放電途徑為：器件放電途徑為：器件地。地。 l 帶電器件模型的損害主要來源是能量從一個帶電器件迅速地釋放。l 該模型假定，當(dāng)靜電器件的導(dǎo)體電接頭與具有不同電位的金屬表面接觸時，會發(fā)生迅速放電。l 信號波形的上升時間經(jīng)常是少于200微秒，整個過程可能發(fā)生少于2ns，放電時電流能達(dá)到幾十安培的水平。帶電器件模型帶電器件模型靜電放電情況靜電放電情況Charged-Device Model (CDM)CDM波形圖波形圖 小于10ns過程太快，以致輸入保護電路來不及導(dǎo)通，故能將器件損壞。幾幾個個納納庫庫的的電電荷荷能能導(dǎo)導(dǎo)致致器器件件損損壞壞CDM敏感度分類敏感度分類人體金屬模型（

10、場增強模型）人體金屬模型（場增強模型）l 人體通過手握金屬體如鑷子放電的模型。場集中在工具的最尖處，有效放電電阻小。這模型由電阻為330 ，150PF電容構(gòu)成。l 在電壓相同時，其放電電流比人體模型更大，所以人手持金屬如起子時的靜電放電危害更大。靜電敏感度分類靜電敏感度分類l 為定量描述元件的靜電敏感程度進行分類。l 大部分敏感度實驗都是以人體模型人體模型為依據(jù)。閥值大于16000V，屬于非靜電敏感產(chǎn)品。十二個靜電控制重點十二個靜電控制重點 控制靜電放電評價重點控制靜電放電評價重點環(huán)境環(huán)境EnvironmentEnvironment1. 地面Floors2. 工作表面Worksurfaces3

11、. 設(shè)備Equipment4. 無塵室的選擇個人個人 PersonnelPersonnel5. 身體帶電Body Charges6.衣服Garments7. 程序Procedures訓(xùn)練Train & OrientTrain & Orient工作設(shè)計Job EngineeringJob Engineering檢討 FeedbackFeedback材料材料MaterialsMaterials8. 原材料Raw Materials9. 工具Tools10. 包裝Packaging 其他 Others11. 接地Grounding12. 電離Ionization防靜電的第一步措施：接

12、地防靜電的第一步措施：接地l 任何導(dǎo)電物必須接地。l 防靜電地面必須設(shè)立并連接接地點。l 定期作接地測試。電阻性范圍電阻性范圍 Resistance Ranges防靜電保護區(qū)（防靜電保護區(qū)（EPAEPA）技術(shù)要求技術(shù)要求EPA：Electrostatic Protect Area防護項目防護項目技術(shù)要求技術(shù)要求設(shè)備、工作桌接地 1 1 腕帶 0.8 0.8 X X 10 10 6 6 至至1 .2 1 .2 X X 10 10 6 6工作臺面、鞋，地板，座位，貨架等 1 1 X X 10 10 9 9 電離化（房間除外） 50電離化（房間系統(tǒng)） 30%RH 70%屏蔽屏蔽 50 50 nJnJ

13、FVDFVD廠內(nèi)靜電防護設(shè)施的定期檢查廠內(nèi)靜電防護設(shè)施的定期檢查序序號號檢查項目檢查項目 業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)（ANSI/ESD S20.20ANSI/ESD S20.20）實際檢查規(guī)格實際檢查規(guī)格（FVD FSNFVD FSN）檢查頻率檢查頻率1 1系統(tǒng)接地電阻系統(tǒng)接地電阻 1.01.0 44 每半年一次每半年一次 2 2ESDESD接地棒的接地阻抗接地棒的接地阻抗 1.01.0 44每年一次每年一次 3 3設(shè)備、工作桌、貨架接地設(shè)備、工作桌、貨架接地 1.01.0 1.01.0 每月一次每月一次4 4工作臺面、鞋、地板、座工作臺面、鞋、地板、座位等表面阻抗位等表面阻抗 1010 9 9 10

14、10 9 9/ /5 5腕帶腕帶（0.81.20.81.2）X X10 10 6 6（0.7510.751）X X 10 10 6 6每天一次每天一次6 6電離化（靜電消除器）電離化（靜電消除器） 5050 30%30%RH RH 70%70%6 65 55%RH5%RH每天一次每天一次為什么選用電離為控制靜電的方案？為什么選用電離為控制靜電的方案？因為它們是絕緣體！l 氧化硅涂層Oxide-coatedl Siliconl 特氟隆Teflonl 石英Quartzl 高分子合成碳化物l Polycarbonatel 玻璃Glassl 環(huán)氧化脂Epoxy在高科技制程中絕緣材料是必不可少的在高科技

15、制程中絕緣材料是必不可少的！ 如：廠內(nèi)周轉(zhuǎn)楞板、LGP治具、膜片保護膜等雙極性空氣電離和絕緣體帶電雙極性空氣電離和絕緣體帶電含電荷的空氣分子商用電離器商用電離器l 放射性電離Nuclear - Ionizing Radiation a粒子與空氣分子碰撞及電離空氣分子。l 光子電離Photon Ionizer - Deep UV or soft Xray 光子在電離空氣及氮氣l 尖端放電Corona Discharge - Electronic - 交流型交流型AC - 穩(wěn)定直流型Steady State DC. - 脈沖直流型Pulsed DC.尖端電離尖端電離被吸引的電子被驅(qū)逐的正離子+高電

16、壓尖端交流型交流型ACAC交流型框架或棒子連接交流型框架或棒子連接著交變的高壓著交變的高壓0High VoltageTransformer頻率頻率:60 Hz功率功率:Low, due to recombination效果效果:Good 穩(wěn)定性穩(wěn)定性:Drifts to negative asemitter points erode 發(fā)射器（尖端）密度發(fā)射器（尖端）密度:High 氣流氣流:60 FPM穩(wěn)定直流型穩(wěn)定直流型 Steady State DCSteady State DC NegativeHigh VoltagePower SupplyPositiveHigh VoltagePow

17、er Supply+_頻率頻率:Steady State功率功率:Low, due to recombination效果效果:Varies with installation密度密度:High, in order to achieve homogeneity氣流氣流:Airflow required depends on emitter spacing脈沖直流型脈沖直流型Pause DCPause DC Negative High VoltagePower SupplyPositive High VoltagePower Supply+15,000 Volts-15,000 Volts頻率頻率

18、:0.1 to 10 Hz功率功率:High, with low recombination效果效果:Good密度密度:Low氣流氣流:Not required, but improves efficiency+ + + +- - - -+ + + + + + + + + +- -除電裝置比較除電裝置比較正確地選擇離子產(chǎn)生器正確地選擇離子產(chǎn)生器重要參數(shù)重要參數(shù): :1. 1. 風(fēng)速風(fēng)速 - - 消電速度消電速度, , 消電對象消電對象2. 2. 整體配合性整體配合性 - - 機臺內(nèi)部機臺內(nèi)部3. 3. 長期平衡性長期平衡性 - - 電離平衡電離平衡4. 4. 維護保養(yǎng)維護保養(yǎng)有效的防靜電放電方

19、案有效的防靜電放電方案l 盡量使用消電材料，避免使用易帶電材料 -選擇無塵室適合性的消電材料 -避免特氟隆Teflon -石英Quartz-塑料Plastics等材料l 將所有導(dǎo)體、消電材料均需接地 l 針對易帶電材料采用電離化系統(tǒng) -離子產(chǎn)生器等靜電消除器l 在絕緣體上增加碳或金屬微粒 l 吸濕材料l 表面添加劑l 同類和不同類 (多層材料)l 保留絕緣體物特性l 減慢放電率何謂消電材料？何謂消電材料？消電材料實質(zhì)：不易積累大量靜電！消電材料實質(zhì)：不易積累大量靜電！三、靜電檢測儀器基本配置三、靜電檢測儀器基本配置l 接地電阻測試儀l 帶電平面監(jiān)視儀（靜電校測儀H0601）l 靜電壓測量儀l

20、表面阻抗計接地電阻測試儀接地電阻測試儀（型號ETCR2000 GROUND） ETCR2000接地電阻儀用于電力、電信、氣象及其它電氣設(shè)備的接地電阻測量。 測量原理：測量回路電阻，儀表的鉗口部分由電壓線圈及電流線圈組成。電壓線圈提供激勵信號，并在被測回路上感應(yīng)一個電勢E。在電勢E的作用下將在被測回路產(chǎn)生電流I。儀表對E及I進行量測，并通過歐姆定理：EI R = ETCR2000鉗形接地電阻測試儀1.測量范圍：0.1-1000,2.分辨率；0.01.3.顯示器：位LCD數(shù)字顯示4.鉗口尺寸：圓形32mm ;長形鉗口:65X32mm帶電平面監(jiān)視儀帶電平面監(jiān)視儀(型號： SSD H0601）功能：檢

21、測靜電消除器的除靜電效果靜電水平。方法：通過設(shè)置初始靜電量和最低靜電量規(guī)格，用靜電消除器進行消除靜電盤上的靜電，測試出需要的時間和最終平衡后靜電盤的靜電電壓。規(guī)格：PLATE上電壓從1000 V降至100V的時間在1.27秒內(nèi)（依不同靜電消除器來規(guī)定不同的除電時間，詳細(xì)可參考VSN-0700000-005ESD管制方案），平衡值在25V內(nèi)，該離子產(chǎn)生器是OK的，可正常使用 。注意：使用前應(yīng)保持靜電盤表面潔凈， 否則會影響測量值。工作原理： 本儀表傳感器采用電容感應(yīng)探頭（本儀表的探頭位于儀表的前端，與儀表成一體，利用電容分壓原理，經(jīng)過高輸入阻抗放大器和A/D轉(zhuǎn)換器等，由液晶顯示出被測物體的靜電電

22、壓，如圖示。為保證讀數(shù)的準(zhǔn)確，本儀表設(shè)有電池欠壓顯示電路以及讀數(shù)保持等電路。主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)： 1. 非接觸式測量。輸入阻抗1016.輸入電容1PF。 2. 測量范圍: 100V 50KV。(測量范圍可以擴展)。 3. 測量誤差: 10 %。 4. 有讀數(shù)保持功能。 5. 使用環(huán)境: 溫度 040 ,相對濕度小于 80%。靜電電壓表靜電電壓表（型號：SSD STATIRON-DZ3）電阻表電阻表- -高阻計高阻計工作原理：工作原理：根據(jù)歐姆定律, 同時測出電阻兩端的電壓V和流過電阻的電流I,通過內(nèi)部的大規(guī)模集成電路完成電壓除以電流,然后把所得到的結(jié)果經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后以數(shù)字顯示出電阻值,

23、即便是電阻兩端的電壓V和流過電阻的電流I是同時變化，其顯示的電阻值不象普通高阻計那樣因被測電壓V的變化或電流的變化而變,所以其測量精度很高。從理論上講其誤差可以做到零。技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo) 1. 測量范圍:1103 1.9991013(或測量電導(dǎo)、最大可測電阻11016)。 2. 顯示: 3 1/2位LED顯示。 3. 分辨率:1/2000。 4. 準(zhǔn)確度: 0.5%5% 5. 使用環(huán)境: 溫度 040 相對濕度80%。 6. 機內(nèi)測試電壓: 500V。 7. 供電形式: AC 220V,50HZ,約15W。 8. 儀器尺寸: 230 80 270 mm。實際一般使用表實際一般使用表面阻抗檢測儀面阻抗檢測儀四、四、ESDESD管理推動管理推動1、指導(dǎo)思想2、推動框架3、組織架構(gòu)ESDESD管理推動管理推動指導(dǎo)思想指導(dǎo)思想 人：人：ESDESD管理初級、高級培訓(xùn)，以增強管理初級、高級培訓(xùn)，以增強ESDESD防護意識和技能。防護意識和技能。 機：機：ESDESD防護功能必須實施在設(shè)備設(shè)計、制作、使用中。防護功能必須實施在設(shè)備設(shè)計、制作、使用中。 料：使用之材料必須符合靜電防護標(biāo)準(zhǔn)。料：使用之材料必須符合靜電防護標(biāo)準(zhǔn)。 法：制訂有效的法：制訂有效的ESDESD防護作業(yè)指導(dǎo)書。防護作業(yè)指導(dǎo)書。 環(huán)：廠房設(shè)計、施工中環(huán)：廠房設(shè)計、施工中ESDESD