1、ESD(靜電防護)認識,修 訂 人Jack Long 修訂日期2006/02/09修訂日期A.2,內 容一.ESD原理簡介二. 靜電對零件的危害三.如何做好靜電防護四.EOS產生的主要因素五.公司ESD/EOS要求,序 言隨著科技的高速發展,電子產品制作工藝將越來越細小,越來越復雜,半導体材料的品質要求也是越來越高的.而靜電對半導体的破坏卻因半導体的高集成化而變得更加容易.為了產品的品質和提升客戶的滿意度,我們必須在任何時刻,任何製程皆須注意靜電破壞之問題,避免於生產過程中之零件,產品遭受到靜電之破壞,進而有效迖成我們的品質目標.,ESD 基本原理介紹一 靜電放電(ESD)現象 嚴寒的冬天,當
2、您脫下暖和的毛衣,您會聽到嗶啪聲當伸手去開車門或窗戶時常被電擊一下,是由于人身帶了靜電,接触時突然放電所致手無意間接觸電腦熒幕時被電擊一下,是由于電腦電場誘發帶了強烈的靜電,接触時電腦對人體放電所致云層相互摩擦而帶大量的電荷,相互放電形成能量巨大 的閃電,對地放電則可能形成雷擊,ESD 基本原理介紹二. 靜電的本質物質由分子和原子組成,原子由原子核和電子組成,原子核帶正電,電子帶負電.自然條件下,正負電荷平衡,物体不帶電.這類物体叫電中性物体在某種條件下,正負電荷的平衡被打破,則物体帶電-這種現象叫物体帶電所謂靜電指對觀察者而言,物體靜態不動時靜電荷運動非常緩慢;動態時則以電荷的快速運動而變化
3、.,ESD 基本原理介紹三. 靜電起電靜電可有很多种方式產生,如物体間的摩擦,電場誘發,直接充電,帶電顆粒粘附等等 摩擦起電:當兩個物体產生摩擦時,摩擦表面的電子會從一种物体跑到另一種物体上,分离后,兩個物体的正負電荷失去平衡,得到電子的帶負電,失去電子的帶正電.感應起電:當有強電場(大的帶電体)存在時,附近的物体被感應,局部或整体產生電荷,這類帶電稱為感應帶電.,ESD 基本原理介紹起電圖示1.摩擦 2.分離,ESD 基本原理介紹 起電圖示,ESD 基本原理介紹四.靜電產生原理摩擦起電:操作中的動作和肢體運動,由衣服,鞋子與其他物体,地面摩擦,使衣服和鞋子帶電,再通過傳導和感應,使人体帶電.
4、感應起電:當不帶電的人体進入帶電的電場,靜電感應而起電.傳導起電:人体直接接觸帶電体,或與帶電体髮生靜電放電,另人体在靜電的微塵粉体和霧狀液粒空間活動,使帶電微粒附在人体及衣服上產生靜電.,ESD 基本原理介紹 五. 靜電放電是電荷在不同電位物體間相互轉移的現象,是由於電子不均勻分怖造成的結果靜電放電的條件是:首先有靜電存在,其次要有一定的途徑靜電放電的原因和條件多种多樣,控制靜電放電是在人們生活和工作中的各個方面所追求的,ESD 基本原理介紹六.靜電釋放模式,人體模式(Human Body Model)带有静电的操作者在工作过程中与器件的管脚接触，将存贮于人体的静电荷通过器件对地放电致使器件
5、失效 機器模式(Machine Model) 帶電工具或設備接觸元件時，在器件内部将感应出电位差，所感应的电位差可以引起器件的击穿 帶電元件模式(Charged Device Model)带电的器件通过引脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效,七.放 電靜電放電大概可分為:火花放電電暈放電 刷狀放電大量粉堆放電射狀放電等形式放電的強弱與放電的電極、形狀、材質、阻抗、數量、溼度、距離、速度均有密切的關係.,ESD 基本原理介紹,石棉 兔毛 醋酸纖維 玻璃 雲母 頭髮 耐龍 羊毛 獸毛 鉛 蟬絲 鋁 紙 棉 鋼 木 琥珀 蠟 橡膠 密拉(聚酯膜) 鎳,銅 銀 抗紫外線材 黃銅 金/白金 硫 醋酸嫘
6、瑩 賽路璐 奧龍 亞克力 賽侖 聚氨酯 聚酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 KELF 矽 鐵弗龍 矽橡膠,放電與電極特性之關系,越多正電,越多負電,導電級 ConductiveR 105SQ 防靜電級Dissipative(衰減材)106 R 109SQ 抗靜電級Anti-Static109 R 1011SQ 絕緣insulation1012 R,ESD 基本原理介紹放電與材質阻抗之關系,ESD 基本原理介紹靜電與濕度之關系,總上所述:濕度越小越容易產生靜電,ESD 基本原理介紹八.標准靜電壓定義可感受的ESD電壓都在3,000volts以上可感受的ESD電壓都在6,000volts以上可看到的E
7、SD電壓都在8,000volts以上,ESD 基本原理介紹九.靜電放電時間常數計算,靜電對零件的危害各類型之晶體皆有其抗靜電能力.實際上晶片在達到能承受靜電壓值的14以後,這些晶片就會產生”衰退”的現象.這些衰退的晶片在後續製程中或是在 PC 板組裝時,如果再經靜電影響將會提前失效.電子界ESD的標准電壓一般要求為100volts以下,靜電對零件的危害一.各種元件的靜電敏感度,靜電對零件的危害二.半導體不良的成因,靜電對零件的危害 三.電子產品靜電損傷的特點損傷具有隱蔽性:人体帶電是電子產品靜電損傷主因，几KV的人体靜電，對人而言放電感受几乎沒有，對元器件卻是致命的.失效分析的复雜性:電子產品
8、有精，細，小的特點，失效分析相當，靜電損易于同其它損傷混淆。,靜電對零件的危害電子產品靜電損傷的特點損傷具有潛在性:有些元器件在損傷后并不馬上表現出來，只是性能下降，并不馬上失效。損傷的隨机性:只要電壓超過或接近靜電敏感電壓閥值，就可能發生靜電損，在生產的各個環節，包括成品運輸等都可能產生ESD損傷。,靜電對零件的危害四.電子產品靜電損傷的形態A.突發性完全失效自身短路.幵路,功能喪失,參數變異.電壓相關失效:介質擊穿,PN節反向漏電.功率相關失效:金屬等燒斷,硅片局部區域融化,PN節邊緣損傷等,這類失效占靜損傷的10%.,靜電對零件的危害電子產品靜電損傷的形態B.潛在性緩慢失效帶電体電位或能
9、量較低,一次放電沒有完全損傷失效,使器件內部輕度損傷,但有累計效應,使器件性能變坏,可能突然失效,難以檢測和篩選,造成產品品質發生信賴性問題.,靜電對零件的危害電子產品靜電損傷的形態靜電的累積破壞 負傷而行 負傷而行（Walking Wounded） 許多實驗證實靜電能使半導體負傷，但不致立即完全破壞其功能，而且有多數這些負傷而行的元件都能通過測試直到這些元件送到客戶之後，隨時會從負傷而行變成完全失效。,靜電對零件的危害靜電的累積破壞實例下面是一ESD累積破壞的試驗:(應用HBM方式) 試驗條件： 試驗結果： 材料：54s163 測試前 I=2.883A PASS 人體電容：100pf 第一次
10、 I=2.883A PASS 每次放電：50V 第二次 I=2.890A PASS 放電次數：5次 第三次 I=2.890A PASS 測試點：Vin=Pin2 (A) 第四次 I=1.872mA FAIL GND=Pin8 (B) 第五次 I=2.147mA FAIL,靜電防護一.為什麼要做ESD控制 避免灰塵吸附減低元件被破壞減少產品失效或運作不穩定避免人員受傷預防火災或爆炸發生每年因靜電不當釋放所造成損失高達數 十億美金以上,靜電防護二.如何控制ESD設計上加強元件的免疫力對許多集成電路,厂家在器件的輸入/輸出口上多加了一些防靜電保護電路,使器件的防靜電能力大大提高消除或減少靜電的產生盡
11、可能使用防靜電材料作為加工的輔助材料安全的釋放與中和靜電 控制各制程段不同材料在使用中保持零電位,靜電防護三.常用靜電防護材料及使用方法:1. 靜電環 由伸縮導線(內含1Mega 10%電阻)腕帶及接頭所構成。 配帶靜電環時必須注意到：(a)靜電環腕帶之金屬片必須與手腕皮膚緊密接觸,不可鬆脫或套於衣袖上(b)為確保1M電阻之有效性,嚴禁用力拉扯靜電環的伸縮導線(c)接頭必須固定妥當,當接頭未接地妥當時,不得碰觸材料(d)靜電環在作業當中嚴禁擅自借給他人,靜電防護常用靜電防護材料及使用方法:2.防靜電手套 規格: 106 109 功用: 防止手汗中的有機物氧化PCB3.導電鞋 規格: 900K
12、35M 原理：人体通过鞋底与大地构成回路，以使人体 产生的静电能向大地泄漏掉；同时还使鞋垫成为静电泄漏的电气回路,靜電防護常用靜電防護材料及使用方法:4.靜電衣規格: 104 109 清洗標準: 中性水(水溫不可超過30)配合中性洗.潔劑輕揉后晾乾嚴禁熨燙,用刷子刷衣服功能: 防止服装的静电积累，宣洩人體與衣服摩擦時所產生的靜電,靜電防護常用靜電防護材料及使用方法:5.導電桌墊 Table Materials規格:上表面摩擦層(106 109 )下表面導電層(104 106 )功用：可有效疏導工作台上殘留的靜電電壓可預防電流電壓的回流效應6.導電地板 Floor Materials 規格: 1
13、04 106 功用：依導電鞋將人體所帶之靜電有效疏導給大地原则：既要保证在较短的时间内放电至SSD的安全 电压100V下，又要保证操作人员的安全,靜電防護常用靜電防護材料及使用方法:7.靜電消除器主要參數:距風扇口5cm處離子平衡度低於35V,距風扇口25mm處離子風含蓋區的靜電電壓低於100V功用：依借風扇吹出的正負離子來中和自然界的電離子;解決非導體所產生的靜電破壞問題.,靜電防護常用靜電防護材料及使用方法:8.防/抗靜電材料(袋、台墊、盒等) 此種材料不會產生靜電荷,或僅產生微量的靜電荷(通常在100V以下).其物質阻抗均在106 R1011之間,靜電消散時間2sec.使用時需注意：(a
14、)避免使用尖銳物品刮壞金屬層(b)封閉的導電袋或容器才有完全之保護(c)表面塗層必須考慮其有效期,靜電防護四.常用靜電檢測儀器介紹:1.静电分析仪特點:给电板充上一定的电压，通过测量它在离子风扇下的电压中和时间计算离子风扇的工作效率. 應用:主要用于定期测量离子消除时间和離子平衡度,靜電防護常用靜電檢測儀器介紹:2.高阻抗表面电阻测试仪特點可以精确地测量各类材料的表面电阻应用：损耗材料测试地板、桌垫子靜電衣及其它绝缘材料电阻测试,靜電防護常用靜電檢測儀器介紹:3.靜電壓測試儀特點:可测量小尺寸內的电压积累,可测量难以測到的位置之电压积累应用：设备表面摩擦起电静电消除特性测试设备部件静电测量離子
15、平衡度測試,靜電防護常用靜電檢測儀器介紹:4.接地系統監視器特點時刻監控靜電接地主干線或設備接地主干線是否在作業過程中存在OPEN現象;每日零時自動記錄檢測數據应用硬盘驱动器LCD电气元件及其它对静电严格控制的生产领域的接地在線仪器监控,靜電防護常用靜電檢測儀器介紹:5.導電鞋測試儀 6.靜電環測試儀,靜電防護五.日常靜電防護圖示,1. 人體(衣帽) 2. 靜電環 3. 防靜電桌面 4. 儀器(工具) 5. 靜電鞋 6. 導電地板,六.防靜電標示 *防靜電標示可見度為1米,靜電防護,EOS 概念一.何為EOSEOS : (Electrical Over Stress)電壓過應力即當外加電壓超越
16、零件所能承受的範圍時,造成零件的崩潰.二.EOS發生時產生的常見現象金屬線路燒斷 零件燒毀零件產生高熱 電壓升高,EOS 概念三.EOS可能產生的四個主要原因1.人員不正確的動作程序產品通電時，進行測試配備的插拔或遭外力移動2.配備：不良配備所造成的損壞(1)治具,烙鐵,電動起子未接地而漏電(2)周邊配備之金手指磨損所造成短路,EOS 概念3.環境：電源不穩定(1)電源接地不良 (一般是插頭松動)(2)AC電源的穩定性(3)機台設備的外殼漏電4. 設計：硬體設計不良(1)零件周邊線路設計不良(2)零件耐壓設計不良(3)測試配備是否防呆,EOS 概念四.EOS量測方法取三用電錶將指針播到AC20
17、0V檔位，將紅棒接到待測設備外殼, 黑棒分別接觸電源接座的基準線孔、大地孔及ESD接地線。得到三個數值如下:,ESD/EOS 要求1. 所有工作人員在生產區域必須配戴有線靜電環并確實接地后方可接觸半導体材料2. 所有生產過程中使用的儀器,設備,加工治具,工作桌等均必須接地3. 半導体材料在儲存,運輸等過程中必須使用防靜電材料進行包裝,所有與ESD相關材料必須貼有任何人均可明了之標籤,ESD/EOS 要求4.所有靜電區域必須用綠色線標示,并要求在30CM 的范圍其靜電電壓低于100V 5.所有ESD相關的項目必須點檢并保留記錄,如靜電環的點檢為每天二次;6.所有從事ESD相關工作之人員,皆必須接受ESD訓練,並經檢定考試認證合格者方可從事該項工作,認證有效期為一年,違反ESD兩次為認證失效.,
