凈化知識(shí)之潔凈室的靜電控制及預(yù)防

2 潔凈室靜電的危害

（1）靜電庫(kù)侖力

吸上粉塵、污物帶給無器件，增大泄漏或造成短路，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(shí)，*易使產(chǎn)品報(bào)廢，現(xiàn)在線徑更細(xì)，氧化膜很薄，很小粒徑塵粒子就會(huì)損害元器件，這種情形多發(fā)生在腐蝕清洗、光刻、點(diǎn)焊和封裝等工藝過程中。

（2）靜電放電ESD

① 元器件的絕緣氧化膜被擊穿，引線被燒斷或線間融短。若人體帶上10KV（100PF）的靜電荷，觸摸器件腳時(shí)發(fā)生ESD，其向大地瞬間形成脈沖放電電流峰值可達(dá)20A（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(huì)遭受損壞。

一般說器件絕緣柵Sio2薄膜的耐壓場(chǎng)強(qiáng)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(huì)被擊穿，而人帶靜電超過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(hào)強(qiáng)，相當(dāng)與電路中幾伏的能量，頻率跨越幾MH2甚幾百MH2的強(qiáng)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(jī)。

ESD引起的EMI還會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤信號(hào)的輸入，或發(fā)生鎖存現(xiàn)象。如無塵室中，將晶園片的EMIF箱放在鋼的手推車上，晶園片的ESD會(huì)通過電感傳給手推車，車輪是絕緣的，則EMI的擴(kuò)散會(huì)引起園晶片處理機(jī)死機(jī)。

③ 電擊人體

人的ESD或?qū)θ说?/span>ESD當(dāng)超過人體電擊極限電流5mA以上時(shí)，人都會(huì)有各種傷害感覺，造成工作人員的情緒不安，操作錯(cuò)誤。

半導(dǎo)體，平面顯示器，光電子等潔凈室，盡管做了很多工作，但潔凈室的靜電問題仍然影響著生產(chǎn)**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。有報(bào)導(dǎo)國(guó)外工業(yè)專家估計(jì)，美國(guó)由于靜電造成產(chǎn)品的損失平均在8-33%，見表3靜電損耗報(bào)告。

還有人估計(jì)美國(guó)每年靜電對(duì)電子工業(yè)毀損價(jià)值達(dá)100億美元，日本80年代曾對(duì)報(bào)廢的電子產(chǎn)品進(jìn)行分析，由ESD引起的損失占1/3。我國(guó)半導(dǎo)體，平面液晶顯示，光電子等都起步較晚，但靜電危害也累有發(fā)生，成品率較低。如北京一公司，SMT車間冬季4個(gè)月，常因ESD造成上百萬元損失。上海一家外資企業(yè)辦公電腦幾千臺(tái)卻因ESD人員叫苦連天，電腦工作不正常。一家研究設(shè)計(jì)院200m2多的電腦房，ESD嚴(yán)重，無法正常工作。無錫一家外資企業(yè)，曾一度由于ESD，產(chǎn)品質(zhì)量一直不穩(wěn)定。而銀行、證券公司、機(jī)要數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控中心，電力調(diào)度室等等。如出現(xiàn)ESD就很容易引起干擾，數(shù)據(jù)遺失，情形就更嚴(yán)重了。

3 潔凈室靜電控制

（1） 靜電控制的基本原則

① 確定靜電控制級(jí)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(hù)產(chǎn)品不受ESD的損壞

（2） 確定靜電控制的級(jí)別

① 元器件、組件和設(shè)備靜電敏感度分級(jí)

1級(jí)：易遭受0-1999V靜電電壓損壞的

2級(jí)：易遭受2000-3999V靜電電壓損壞的

3級(jí)：易遭受4000-5999V靜???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(hù)工作區(qū)的分級(jí)

A級(jí)：允許對(duì)地靜電電位不超過±100V

B級(jí)：允許對(duì)地靜電電位不超過±1000V

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

（3） 盡量減小靜電荷的產(chǎn)生

這是控制靜電三步曲的**步，在這凈化工作環(huán)境中，*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**步，在微電子生產(chǎn)的凈化室中*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

潔凈室應(yīng)設(shè)一個(gè)獨(dú)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（臺(tái)）接地支系統(tǒng)。以便室內(nèi)所有設(shè)備金屬外殼，移動(dòng)設(shè)備的金屬支架，防靜電器材等**、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，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(dòng)設(shè)備（車、椅、貨架等）、工作臺(tái)等則屬軟接地。

② 離子化肖電器

潔凈室中生產(chǎn)組裝的元器件、PCB、生產(chǎn)線上、工作站上總是難免存在一些不能接地的絕緣導(dǎo)體，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**性，通常被采用做地板、墻面、工作臺(tái)、周轉(zhuǎn)容器、鑷子、刷子等防靜電器材。

（5） 防ESD，保護(hù)產(chǎn)品

這是控制靜電的三步曲中*后一步，在微電子生產(chǎn)的凈化室中，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(duì)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；**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(yùn)。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(dòng)而產(chǎn)生靜電荷。

國(guó)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，8”12”芯片出現(xiàn)，芯片線徑越來越細(xì)，對(duì)防靜電要求越來越高，見表4。

美國(guó)ESD協(xié)會(huì)已開始修訂ANS ESD S 20.20-1999靜電放電控制大鋼，對(duì)SSD靜電敏感性分類已作了些修改，見表5、6、7。

這給元器件使用者一個(gè)警示，不論在人員或設(shè)備進(jìn)行裝備制造時(shí)，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(dá)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。