無塵車間靜電的危害與靜電控制分析

無塵車間靜電的危害與靜電控制分析 

       以常規(guī)半導(dǎo)體、平面液晶顯示器、光電子和生物醫(yī)藥為例：

一、無塵車間與靜電

　　1、無塵車間

　　半導(dǎo)體、平面液晶顯示器、光電子和生物醫(yī)藥都需要潔凈的生產(chǎn)車間，通常無塵車間輸送線是指空間空氣懸浮粒子濃渡被控制在規(guī)定界限內(nèi)的房間或限定空間，這塵埃粒子的粒徑越小和被限定的粒數(shù)越小，潔凈度便越高。

　　2、無塵車間的靜電

　　由于無塵車間的潔凈度要求（常規(guī)）

　?、俅罅康母呓^緣介質(zhì)裝飾材料、地面、墻、門、頂棚、隔斷、工作臺、椅子等等，這些 材料摩擦容易起電帶電，不易泄漏釋放。

　　地面500V~1000V，擴散間塑料地面500V~1500V，瓷磚地面也有500V~1500V，塑料墻紙700V，塑料頂棚OV~1000V，金屬活動皮芏椅面500V~3000V。

　?、谌舜崈艄ぷ鞣?、鞋、步行或工作時，與不同物質(zhì)設(shè)備器材摩擦要產(chǎn)生靜電，人、衣服、鞋都會帶電。

　　人穿尼龍衣、塑料膠底鞋緩慢地在清潔的地板上走動，人身上帶7000V~8000V靜電壓。在乙烯基地板上行走可帶1200V(10%~20%RH)、250V(65%~90%RH)靜電壓，在地毯上行走可帶35000V(10%~20%RH)、1500V(65%~90%RH)，晶片裝配線工人穿的工作服可達10KV。

　?、劭照{(diào)氣流經(jīng)過初效過濾器、中效過濾器、高效過濾器，無塵出口氣流是帶靜電的。鋁板送風(fēng)口、回風(fēng)口約為500~1000V。

　?、艽罅康慕^緣器材、裝備和工具，也是重要的靜電電荷源。晶片裝配生產(chǎn)線：晶片裝料盒35KV，有機玻璃蓋8KV，石英制品1.5KV，晶片托盤6KV，丙烯酸脂蓋20KV，臺桌面10KV，塑料存貯柜30KV，玻璃纖維晶體載料盒滑過聚丙烯桌面帶10KV。

　　總之：無塵車間輸送線的潔凈度要求越高，靜電帶電便越嚴重。

　　二、無塵車間靜電的危害

　　1、靜電庫侖力

　　在靜電庫侖力的作用下，吸附的粉塵、污物造成元器件增大泄漏或形成短路，使性能受損，成品率和可靠性大大下降。如粉塵粒徑>100μm，鋁線寬度約100μm，氧化膜厚度在50μm時，最易使產(chǎn)品報廢?，F(xiàn)在線徑更細，氧化膜很薄，粒徑很小的塵粒子就會損害元器件，這種情形多發(fā)生在腐蝕清洗、光刻、點焊和封裝等工藝過程中。

　　2、靜電放電

　　(1)元器件的絕緣氧化膜被擊穿，引線被燒斷或線間熔斷。若人體帶上10KV(100PF)的靜電荷，觸摸器件腳時發(fā)生ESD，其向大地瞬間形成脈沖放電電流峰值可達20A(10~100s)，不要說高密度，細線徑，薄SiO2膜的Lsi、Vlsi，就是一般IC、MOS都會遭受損壞。

　　一般說器件絕緣柵SiO2薄膜的耐壓場強是E=(5-10)×106V/cm，如果器件SiO2膜厚度取1000，其器件輸入腳施加50V-100V以上的靜電壓就將會被擊穿，而人體帶靜電超過50V、100V是極平常的。

　　(2)造成噪聲、發(fā)射電磁波干擾! 

　　ESD引起EMI其電磁波的前后峰較尖，信號強，相當(dāng)于電路中幾伏的能量，頻率跨越幾MH2甚幾百MH2的強大噪聲，可能引起元器件損壞，設(shè)備和傳感器不正常工作，甚至引起設(shè)備死機。

　　ESD引起的EMI還會引發(fā)錯誤信號的輸入，或發(fā)生鎖存現(xiàn)象。如無塵室中，將晶圓片的EMIF箱放在鋼的手推車上，晶圓片的ESD會通過電感傳給手推車，車輪是絕緣的，則EMI的擴散會引起晶圓片處理機死機。

　　(3)電擊人體

　　人體的ESD或?qū)θ梭w的ESD當(dāng)超過人體電擊極限電流5mA以上時，人都會有各種傷害感覺，造成工作人員的情緒不安，操作錯誤。

　　無塵車間的半導(dǎo)體，平面顯示器，光電子等無塵車間，盡管做了很多工作，但無塵車間的靜電問題仍然影響著生產(chǎn)安全和產(chǎn)品產(chǎn)量，影響著制造成本和效益，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。據(jù)國外工業(yè)專家估計，美國每年由于靜電造成產(chǎn)品的損失平均在8-33%，還有人估計美國每年靜電對電子工業(yè)毀損價值達100億美元;日本80年代曾對報廢的電子產(chǎn)品進行分析，由ESD引起的損失占1/3。我國半導(dǎo)體、平面液晶顯示、光電子等都起步較晚，但靜電危害也時有發(fā)生，成品率較低。而銀行、證券公司、機要數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控中心，電力調(diào)度室等等，若出現(xiàn)ESD就很容易引起干擾，數(shù)據(jù)遺失，情形就更嚴重了。

　　三、無塵車間靜電控制

　　1、靜電控制的基本原則

　　(1) 確定靜電控制級別

　　(2)盡量減少靜電荷的產(chǎn)生

　　(3) 泄放和中和的辦法加速靜電荷消散，防止靜電積累

　　(4)保護產(chǎn)品不受ESD的損壞

　　2、確定靜電控制的級別

　　(1)元器件、組件和設(shè)備靜電敏感度分級

　　1級：易遭受0-1999V靜電電壓損壞的

　　2級：易遭受2000-3999V靜電電壓損壞的

　　3級：易遭受4000-5999V靜電電壓損壞的

　　而敏感靜電壓大于16000V的，便不必采取防靜電措施。

　　(2)靜電防護工作區(qū)的分級

　　A級：允許對地靜電電位不超過±100V

　　B級：允許對地靜電電位不超過±1000V

　　實際工程中是分靜電電位不超過100V、500V、1000V等對應(yīng)元器件、組件和設(shè)備靜電敏感電壓的3級。

　　3、盡量減小靜電荷的產(chǎn)生

　　這是控制靜電三步曲的第一步，在這無塵工作環(huán)境中，最好的措施：

　　(1)盡量采用性質(zhì)相似器材，減少在接觸摩擦分離過程中產(chǎn)生靜電電荷;

　　(2)盡量采用導(dǎo)靜電型或靜電耗散型材料的器材，減少接觸摩擦分離過程產(chǎn)生積累靜電荷;

　　(3)盡量采用減少接觸摩擦分離而產(chǎn)生靜電荷的生產(chǎn)流程。

　　4、泄放和中和:

　　這是控制靜電三步曲的第二步，在微電子生產(chǎn)的無塵室中最通常的措施是接地，采用導(dǎo)電性或耗散性材料泄放靜電荷，以及離子化消電器中和靜電荷。

　　(1)接地

　　無塵車間應(yīng)設(shè)一個獨立靜電接地系統(tǒng)(包括地面接地金屬網(wǎng)支系統(tǒng)、生產(chǎn)線工作站接地支系統(tǒng))，無塵車間輸送線以便室內(nèi)所有設(shè)備金屬外殼、移動設(shè)備的金屬支架、防靜電器材等安全、有效地將靜電荷泄放至大地。工作人員的帶電則通過手腕帶接地，以及通過防靜電鞋或腳跟帶再經(jīng)防靜電地面向大地泄放。地面、墻面、頂棚、隔斷等是硬接地，設(shè)備外殼、移動設(shè)備(車、椅、貨架等)、工作臺等則屬軟接地。

　　(2)離子化肖電器

　　無塵車間中生產(chǎn)組裝的元器件、PCB，生產(chǎn)線、工作站上總是難免存在一些不能接地的絕緣導(dǎo)體和絕緣介質(zhì)材料(例如大多數(shù)普通塑料)。在某些環(huán)境下，離子化消電器常用來局部消散這些物體上的靜電荷，而更經(jīng)常的是借助于空氣離子化來中和在絕緣介質(zhì)上和孤立導(dǎo)體上的所帶靜電電荷。

　　(3)導(dǎo)靜電和靜電耗散材料

　　導(dǎo)靜電材料和靜電耗散材料由于其具有導(dǎo)靜電性，也是很好的靜電荷泄放材料，而且比金屬導(dǎo)體泄放更具有安全性，通常被采用做地板、墻面、工作臺、周轉(zhuǎn)容器、鑷子、刷子等防靜電器材。

　　5、防止ESD，保護產(chǎn)品:

　　這是控制靜電的三步曲中最后一步。在微電子生產(chǎn)的無塵室中，為阻止ESD發(fā)生在靜電敏感元器件或組件、PCB上，一種方法是對元器件和組件提供合適的接地或分路以“消散”掉產(chǎn)品上存在的靜電荷;另一種方法是用恰當(dāng)?shù)陌b方法和材料來處理靜電敏感器件的包裝和輸運。這些材料可有效地屏蔽電荷侵入產(chǎn)品以及減少產(chǎn)品在包裝箱中移動而產(chǎn)生靜電荷。

　　國際上，半導(dǎo)體、平面液晶顯示器，光電子發(fā)展很快，集成度越來越高，芯片線徑越來越細，對防靜電要求越來越高。美國ESD協(xié)會已開始修訂ANS ESD S 20.20-1999靜電放電控制大綱，對SSD靜電敏感性分類已作了些修改。圖片

　　這給元器件使用者一個警示，不論在人員或設(shè)備進行裝備制造時，無塵車間輸送線告訴你能需要的環(huán)境控制要求。如果EPA區(qū)域內(nèi)允許電壓達到25V的話，恐怕我們現(xiàn)有的防靜電器材、裝備、工具以及工程都要經(jīng)過一番艱苦的努力。