無塵車間靜電危害及靜電控制分析

常規(guī)半導(dǎo)體.平面液晶顯示器.以光電子和生物醫(yī)學(xué)為例：

一.無塵車間和靜電

1.無塵車間

半導(dǎo)體.平面液晶顯示器.光電子和生物醫(yī)學(xué)都需要一個干凈的生產(chǎn)車間。通常，無塵車間是指空間空氣懸浮顆粒濃度控制在規(guī)定范圍內(nèi)的房間或有限空間。粉塵顆粒的粒徑越小，粒徑越小，清潔度越高。

2.無塵車間的靜電

由于無塵車間的（常規(guī)）

①大量高絕緣介質(zhì)裝飾材料.地面.墻.門.頂棚.隔斷.工作臺.椅子等，這些材料摩擦容易起電帶電，不易泄漏釋放。

地面500V~1000V，5000V~1500V，瓷磚地面也有500塊V~1500V，塑料墻紙700V，塑料頂棚OV~1000V，5000金屬活動皮椅面V~3000V。

②人們穿干凈的工作服.鞋.行走或工作時，與不同物質(zhì)、設(shè)備、設(shè)備摩擦產(chǎn)生靜電，人人都會產(chǎn)生靜電，.衣服.鞋子會帶電。

人穿尼龍衣.塑料膠底鞋在干凈的地板上慢慢行走，人身上有7萬V~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3.5萬V(10%~20%RH).1500V(65%~90%RH)，晶片裝配線工人可穿10件工作服KV。

③空調(diào)氣流通過初效過濾器.中效過濾器.高效過濾器，無塵出口氣流為靜電。鋁板出風(fēng)口.回風(fēng)口約為500~1000V。

④大量的絕緣設(shè)備.設(shè)備和工具也是重要的靜電源。晶片裝配生產(chǎn)線：晶片裝配盒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，玻璃纖維晶體載體盒滑動聚丙烯桌面10KV。

總之：無塵車間的潔凈度要求越高，靜電帶電越嚴(yán)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.污垢導(dǎo)致部件泄漏或短路增加，性能受損，成品率和可靠性大大降低。如粉塵粒徑>100μm，鋁線寬度約100μm，氧化膜厚度為50μm當(dāng)時，產(chǎn)品容易報廢。現(xiàn)在線徑更細(xì)，氧化膜很薄，粒徑很小的灰塵顆粒會損壞部件，這種情況主要發(fā)生在腐蝕清洗中.光刻.在點焊和包裝過程中。

2.靜電放電

(1)部件的絕緣氧化膜被擊穿，導(dǎo)線被燒斷或線間熔斷。如果人體帶上10個。KV(100PF)靜電荷，觸摸器件腳時發(fā)生ESD，脈沖放電電流峰值可達(dá)200A(10~100s)，不要說高密度，細(xì)線徑，薄SiO2膜的Lsi.Vlsi，就是一般IC.MOS都會受損。

一般說器件絕緣柵SiO2膜的耐壓場強E=(5-10)×106V/cm，如果器件SiO2膜厚度取1000，其裝置輸入腳施加50V-100V上述靜電壓將被擊穿，人體靜電超過50V.100V這很常見。

(2)引起噪音.發(fā)射電磁波干擾！

ESD引起EMI其電磁波前后峰較尖，信號較強，相當(dāng)于電路中幾伏的能量，頻率跨越幾伏MH2甚幾百MH2的強噪聲可能導(dǎo)致部件損壞，設(shè)備和傳感器工作異常，甚至設(shè)備死機。

ESD引起的EMI它還會導(dǎo)致錯誤信號的輸入或鎖定現(xiàn)象。例如，在無塵室中，晶圓片將被放置。EMIF盒子放在鋼手推車上，晶圓片ESD它將通過電感傳遞給手推車。如果車輪絕緣，則車輪絕緣。EMI晶圓片處理的擴散會導(dǎo)致晶圓處理機死機。

(3)電擊人體

人體的ESD或?qū)θ梭w的ESD超過人體電擊極限的電流5mA在上述情況下，人們會有各種各樣的傷害感，作人員情緒不安，操作錯誤。

雖然無塵車間的半導(dǎo)體、平面顯示器、光電子等無塵車間做了很多工作，但無塵車間的靜電問題仍然影響著生產(chǎn)安全和產(chǎn)品生產(chǎn)，影響著制造成本和效率，影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。據(jù)外國工業(yè)專家估計，美國每年靜電造成的產(chǎn)品損失平均為8-33%，有人估計美國每年靜電對電子工業(yè)的損失價值為100億美元；20世紀(jì)80年代，日本分析了報廢的電子產(chǎn)品ESD造成的損失占1/3。中國半導(dǎo)體.平面液晶顯示.光電等都起步較晚，但靜電危害也時有發(fā)生，成品率較低。銀行和銀行。.證券公司.機要數(shù)據(jù)庫.監(jiān)控中心、電力調(diào)度室等調(diào)度室等，ESD很容易起干擾，數(shù)據(jù)丟失，情況更嚴(yán)重。

三.無塵車間靜電控制

1.靜電控制的基本原則

(1)確定靜電控制水平

（2）盡量減少靜電荷的產(chǎn)生

（3）排放和中和加速靜電荷消散，防止靜電積累

(4)保護產(chǎn)品不受影響ESD的損壞

2.確定靜電控制水平

(1)元器件.部件和設(shè)備靜電敏感度分級

1級：易受0-19999V靜電電壓損壞

2級：2000-3999V靜電電壓損壞

3級：易受4000-59999V靜電電壓損壞

敏感靜電壓大于16萬萬V是的，不必采取防靜電措施。

（2）靜電保護工作區(qū)分級

A級：允許地靜電電位不超過地靜電電位±100V

B級：允許地靜電電位不超過地靜電電位±1000V

實際工程分靜電位不超過100V.500V.1000V等對應(yīng)元件.組件和設(shè)備靜電敏感電壓的3級。

3.盡量減少靜電荷的產(chǎn)生

這是控制靜電三步曲的步，在這種無塵工作環(huán)境中，的措施：

（1）盡量采用性質(zhì)相似的設(shè)備，減少接觸摩擦分離過程中產(chǎn)生的靜電電荷；

（2）盡量使用導(dǎo)靜電或靜電耗散材料，減少接觸摩擦分離過程中積累的靜電荷；

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

4.泄放與中和：

這是控制靜電三步曲的第二步。微電子生產(chǎn)無塵室中常見的措施是接地，利用導(dǎo)電或耗散材料排放靜電荷，以及離子消電器中和靜電荷。

(1)接地

無塵車間應(yīng)設(shè)置獨立的靜電接地系統(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))，使便所有室內(nèi)設(shè)備的金屬外殼.移動設(shè)備的金屬支架.防靜電設(shè)備等安全.有效地將靜電荷排放到地球上。工作人員的帶電通過手腕帶接地，防靜電鞋或腳跟帶通過防靜電地面向地面。.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).工作臺等屬于軟接地。

(2)離子化肖電器

無塵車間生產(chǎn)組裝的部件.PCB，生產(chǎn)線.工作站總是不可避免地有一些不能接地的絕緣導(dǎo)體和絕緣介質(zhì)材料（如大多數(shù)普通塑料）。在某些環(huán)境下，離子消電器通常用于局部消散這些物體上的靜電荷，而更多的是通過空氣離子來中和絕緣介質(zhì)和孤立導(dǎo)體上的靜電荷。

(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具有導(dǎo)靜電性，也是很好的靜電荷排放材料，比金屬導(dǎo)體排放更安全，通常用作地板.墻面.工作臺.周轉(zhuǎn)容器.鑷子.刷子等防靜電設(shè)備。

5.防止ESD，保護產(chǎn)品:

這是控制靜電的三步曲中的一步。在微電子生產(chǎn)的無塵室中，為了防止靜電控制。ESD靜電敏感元件或組件發(fā)生在靜電敏感元件中.PCB一種方法是為組件和組件提供適當(dāng)?shù)慕拥鼗蚍致芬陨稀跋ⅰ碑a(chǎn)品上品上的靜電荷；另一種方法是用適當(dāng)?shù)陌b方法和材料來處理靜電敏感器件的包裝和