ESD防静电介绍.ppt

按一下以编辑母片标题样式,按一下以编辑母片文字样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,讲师：王燕平,ESD,防静电知识讲解,ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,什么是静电放电,(ESD),严寒的冬天，当您脱下暖和的毛衣，您会听到哔哔啪啪声,干燥的冷天，当伸手去开车门或窗户，会感到触电的感觉,用手去抚摸家里的猫，您会发现猫竟然怒发冲冠,这些就是静电瞬间泄放,(ESD),所主导产生的现象,ESD-Electro Static Discharge,其实静电并不仅由 人为 才会产生，例如,空中对流的云层,沙漠中随风飘起的砂,1,ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,ESD,防静电知识讲解,静电如何形成,静电是史载最早发现的一种,电,静电其实是自从有人类以来，就影响着人类的生活,公元前 640年，希腊哲学家 THACES,（撒奇,)把琥珀(Amber),摩擦后发现可以吸附毛发，而开始知道静电的存在,静电的形成,导 体 具有可移动的电子或价电子(Valence Electrons)在原子,结构的最外层，其受原子核,(Nuclei),的束缚最小，当受到外 来电场的吸引而移动,(,产生电流,),，此类物质称为导体,绝缘体 ,缺乏上述,之可移动的电子或价电子的物质,，称为绝缘体,2,ESD,防静电知识讲解,以物体抗静电性来区分材质,导电性(Conductive)材质:表面电阻系数在 105/square 以下,静电衰减性(Static Dissipative)材质:表面电阻系数介于105 1012/square,抗静电性(Anti-Static)材质:表面电阻系数介于109 1012 /square,绝缘体(Insulator)材质:表面电阻系数介于 1012 /square以上,摩擦生电,3,7P,+,7P,+,7P,+,7P,+,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,平衡原子 1,e,-,平衡原子 2,帶負電原子,帶正電原子,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,摩,擦,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,ESD,防静电知识讲解,A),上述条件测量结果,所穿鞋子 动 作 产生静电压,(Volts),皮 鞋 原地慢速踏步 150200,皮 鞋 原地快速跑步 200250,球 鞋 原地慢速踏步 200250,球 鞋 原地快速跑步 250350,B),当不同条件下，静电压之变化,产生方法,10%20%,相对湿度,65%95%,相对湿度,走过地毯,35,000 1,500,走过塑料地毯,12,000 250,在椅子上工作 6,000 100,拿起塑料活页夹,7,000 600,工作椅垫摩擦,18,000 1,500,6,ESD,防静电知识讲解,7,工作场所中常见的静电产生物质或活动：,工作桌面 一般的塑料、上腊、上漆。,地 板 水泥地板、一般塑料地板。,衣 服,人造纤维衣服、一般非导电鞋、抹布。,椅 子 木材椅、塑料椅、玻璃纤维椅。,包装及运送,塑料袋、泡棉、保丽龙、塑料盒。,组装、加工、测试、修理,喷雾清洁剂、吸锡器、铬铁、刷子,、塑料带、热气、烤箱、复写纸。,ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,ESD,防静电知识讲解,半导体产品抗静电能力,抗静电能力之量测(Human Body Model),依 MIL-STD-883，Method 3015，测试线路图：,1.Input(A),Common(B)2.Output(B),Common(A),3.Input(A),Output(B)4.V,+,(A),Common(B),5.V,+,(B),Common(A),8,ESD,防静电知识讲解,各类半导体材料抗静电能力之比较(NEPCON/WEST Report),芯片种类 静电破坏电压,(Volts),MOSFET 100200,EPROM 100,JFET 1407,000,Op-Amp 1902,500,TFT 2503,000,SCHOTTKY DIODE 3002,500,TTL 3002,500,Bipolar Transistor 3807,000,ECL 500,SCR 68010,000,9,ESD,防静电知识讲解,抗静电能力之分类,依上述量测方法得到的结果，可将材料之抗静电能力区分为,Category A,与,Category B(,早期,MIL,分法,),类别 耐电压(Min.Volts)材料防静电包装保护需求,A 20 2000,防静电管及导电袋,B 2000,防静电管及防静电袋,由上可知，大体而言只要,100V,以上的静电压就可以对半导体产,生伤害，故,ESD,之防护工作，我们不可不慎。,而基本上，不同Category 之半导体可以不同的等级来做ESD防护，但为方便于处理，通常都以处理较严密的Category A,来做防护措施。,10,ESD,防静电知识讲解,11,ESD,对人体会造成伤害吗？,家中的,110V,、,220V,常常因为使用不慎造成伤亡，那,ESD,是否会,对人体造成伤害呢？,造成肌肉或心脏麻痹主要的是,电流，尤其是交流电流。,电流对人体伤害分析表(MIL-STD-454)。,电 流 大,(,毫安、,mA),AC (60Hz),DC,结 果,0-1 0-1,有知觉,1-4 4-15,感到惊讶,4-21 15-80,有反射动作,21-40 80-160 肌肉麻痹,40-100 160-300 休克,100 以上 300 以上 立即死亡,ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,ESD,防静电知识讲解,12,ESD,的影响质量方式,1.人体放电模式(Human Body Mode,HBM),顾名思义知道此为借由人体于走动摩擦产生静电，而影,响到组件的模式；,人 体,元 件,(HBM),-,-,ESD,防静电知识讲解,C.N.Tsai,99/01/11,13,2.电场感应模式(Field Induced Mode,FIM),指由于外来电场感应产生电荷，巧遇机缘而将电荷引,导接地引起的模式,3.充电组件模式(Charged Device Mode,CDM),上述,FIM,模式中当组件被移离开电场或接地时，就变,成,CDM,模式,元 件,外在電場感應電荷,接地造成ESD放電 (FIM),(Field),E,(Grounded),元 件,接地消失,移離電場,(CDM),(Field),ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,ESD,防静电知识讲解,14,组件被,ESD,破坏之原因及型态,静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会,产,生放电电流。这三种特性能对电子组件的三种影响：,1.,静电吸附灰尘，降低组件绝缘电阻（缩短寿命）。,2.,静电放电破坏，使组件受损不能工作,(,完全破坏,),。,3.,静电放电电场或电流产生的热，使组件受伤（潜在损伤）。,ESD破坏之原因：,1.,功率产生：如热崩溃、金属被熔融,2.,电压产生：如介电质崩溃、表面崩溃,3.,潜在性故障：如功能劣化、降级,ESD,防静电知识讲解,15,ESD,破坏之型态,1.,接面崩熔,（Junction Burnout）,过大的电流通过接面时，产生极大的热量，使得接面崩熔。此种 破坏是属于接面短路，并有二个特性,A.,即使ESD的能量未能打穿接面（Junction Burnout），也能造成元,件的失效,B.,正向偏压的,ESD,破坏能量是负向偏压的,515,倍,2.,氧化层贯穿,（Oxide Punch Through）,通常在金属氧化层半导体（,MOS,）上可以发现此类型之破坏，这是由于外加的静电压超过了氧化层的崩溃电压所致。其现象亦 是短路。,E,B,C,E,B,C,ESD,防静电知识讲解,16,3.,金属层崩熔,（Metalization Burnout）,由于过大的电流流经金属层，并在较脆弱的地方产生，由于此种,破经常是伴随着接面短路或是氧化层短路之后发生故属于所谓的,二次崩溃（,Secondary Breakdown,）。而其现象为断路。,ESD,防静电知识讲解,17,静电的累积破坏,负伤而行,接面崩熔（,Walking Wounded,）,许多实验证实静电能使半导体负伤，但不玫立即完全破坏其功能，而且有多数这些,负伤而行,的组件都能通过测试直到这些组件送到客户之后，随时会从,负伤而行,变成完全失效。,下面是一,ESD,累积破坏的试验：,应用前述,HBM,接线方式（仅略去人体的电阻,R2=1.5K,）来,量测54S163IC,试验条件：试验结果：,材料：54s163测试前I=2.883APASS,人体电容：100pf第一次I=2.883A PASS,每次放电：50V第二次I=2.890A PASS,放电次数：5次第三次I=2.890A PASS,测试点：Vin=Pin2(A)第四次I=1.872mA FAIL GND=Pin8(B)第五次I=2.147mA FAIL,ESD,防静电知识讲解,1,8,ESD,破坏,LCM,面板的微观图片,ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,ESD,防静电知识讲解,1,9,ESD破坏分析,找出,LCM,上之故障组件,对故障组件进行基本电性量测,功能测试,参数测试,X-ray,做表层分析,逐层分析，检视内部,几种遭,ESD,破坏案例参考,ESD,防静电知识讲解,20,去 铝 层 之 后 的 接 合 窗,接合窗放大,10,000,之后可见贯穿现象,A,金属接合窗,横 切 面 放 大,(2,000),横 切 面 放 大,(10,000),ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,ESD,防静电知识讲解,2,1,静电防护,TFT-LCD,设计的静电防护,(,治本方法,),本方法乃是静电防护最好的办法，但在设计,TFT,面板的抗静电电路时，必须考虑到电路产生热的影响、反应时间、最大电压、能量传导、寄生电容等等因子，故并非随心所欲可以办到。因此静电防护仍必须靠一些治标的方法。,静电防护的基本原则,1.,避免静电产生,2.,疏导或中和所产生之静电,3.,屏蔽静电场,逐一介绍说明如下：,ESD,防静电知识讲解,2,2,1.,避免静电产生,(A),潮湿法,(Moisturing),水气本身会有导电现象，故可降低绝绿体表面电阻，达到静电防护目的,(B),抗静电涂布法,(Anti-Static Coating),有部份溶液可喷洒于绿体表面降低物体表面电阻，达到静电防护的目的。但此种涂层，日久会脱落而渐渐失去其效果，故必须考虑其有效期。,(C),内部静电剂法,(Imbeded Anfi-Static Agent),这是在材料中加入具有导电性或吸湿性的物质，使其外层具有轻微导电性。此方法可以不必考虑有效期，但成本较高。,2.,疏导或中和静电法,(A)疏导法(Bleed-Off),典型的疏导法就是配带静电环,(Wrist Strap),，是将人体产生之静电电荷，藉由导线将所产生之电荷传导出去。通常静电环中会接一,1M,之接地电阻，以保护人员工作之安全。,ESD,防静电知识讲解,2,3,(B)中和法(Neutralization),利用静电消除器,(Ionizer),来释出正、负离子以中和消除静电效应。目前,常用的静电消除器有下列几种：,a.,放射性静电消除器,使用放射性物质钋或元素之辐射能来撞击空气使之分裂成等量的正、负离子。使用此,Ionizer,必须加防护结构。其优点是不需电源容易装置，具有防炸功能；缺点是使用寿命短,(,每年更换,),，必须离使用遇火警时极危险。,b.,高压静电效应消除器,利用针点高压,(5KV,左右,),尖端放电来电离空气分子。此种装置具有高效率及高安全性之特点，所产生之电流仅几微安培,(A),，不会产生电击。,c.,感应静电效应消除器,这是利用带电物质之高电压,(,对接地点,),来电离空气离子,ESD,防静电知识讲解,2,4,3.摒蔽静电场（Field Shielding）,此种方法乃利用,Farady Cage,之原理使静电场被摒蔽在容器之外围。,图是,5KV,电场下各种容器内测得的静电场，右图是一摒蔽电场之模型,電場無法貫穿僅分佈表面,電 壓,(kv),時間 (秒),0,1.0,2.0,3.0,1.0,2.0,3.0,導電袋,防靜電袋,一般PE袋,金 屬 容 器,ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,ESD,防静电知识讲解,2,5,各类常用静电防护材料,1.,静电环,由伸缩拉环，内含,1Mega 10%,电阻之导线及接头所构成。配带静电环时必须注意到：,(a),静电环必须与手紧密接触，不可松脱或套于衣袖上,(b),与接地之间必须保持,1M 10%,之电阻,(c)接头必须固定妥当，当接头未接地妥当时，不得碰触材料,2.,抗静电材料,(,袋、管、管塞、盒等,),在材料上涂布抗静电液，,使材料不会产生静电荷，或仅产生微量的静电荷,(,通常在,100V,以下,),。此类材料表面电阻要求在,1012/square,以下，静电消散时间,2sec,。使用此材料应：,(a),此材料仅能防止本身产生静电，而却无法防止静电场破坏,(b),表面涂层必须考虑其有效期,(c),一般工业界会将此类产品制成粉红色,例如：防静电服。,ESD,防静电知识讲解,2,6,3.,静电遮蔽材料,(,袋、管、管塞、盒等,),此种材料一般含有二或三层，上下,(,或,外,),层是抗张力强的抗静电化学合成物质,(R1012/square,，静电消散时间,2sec),，中间,(,或内,),层是一层薄薄的金属箔,(105 R 109/square),。使用时需注意：,(a),避免使用尖锐物品刮坏金属层,(b),封闭的导电袋或容器才有完全之保护,例如：,IC,包装盒，面板包装袋 等,4.,静电消除器,利用仪器所产生的大量离子，将绝缘体表面的静电予以中,和。使用静电消除器必须注意：,(a),静电消除器必须在工作范围,45,呎内方为有效区域,(b),静电消除器必须定期清理所积聚之灰尘，至少,3,个月内清理一次,(c),静电消除器必须定期检查其离子是否平衡,(d),静电消除器会产生臭氧,(O3),对人体无害,(,有益,),，但臭氧浓度不可超过,0.1DPP M,，否则其异味会使人难以忍受,ESD,防静电知识讲解,2,7,5.,防静电工作桌,1.,防静电服,2.静电环,3.,防静电桌面,4.静电消除器,5.静电鞋,6.,导电地板,ESD,防静电知识讲解,2,8,注：各接地点之标准接法,6.其它常用抗静电材料：,(a)防静电手套、指套,(b),抗静电手套、袖套,(c),静电消除剂,(d)静电鞋,ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,ESD,防静电知识讲解,2,9,各种静电标示警告,A.,对ESD敏感,标示：C.,保护,+外弧去斜线之标示：,适用于告知电子零组件对,ESD,用于工具或材料上已具有控制,ESD,极为敏感，易遭,ESD,破坏。之功效。,B.,对ESD敏感,+警语之标示：D.,对ESD敏感,标示亦可用：,适用于防静电包装袋上。,ESD,防静电知识讲解,什么是静电放电,(ESD),静电如何形成,半导体产品抗静电能力,ESD,的影响质量方式,组件被,ESD,破坏之原因及型态,ESD,破坏分析,静电防护,各类常用静电防护材料,各种静电标示警告,制程对,ESD,之要求,ESD,防静电知识讲解,30,制程对,ESD,之要求,设备要求,1.,设备机壳：,AC-INPUTU,一律使用三插头有接地端子电源,线，设备外壳一律接地。,(AI,、,RI,、,SMD,、加工成型机、,测试仪器、锡炉等,),2.,外加工治具：一律使用金属制作，并接地处理。,(,含散热片锁附治具,),3.,维修站：工作台表面，需铺上静电垫，其表面阻值为,105,109/SQUARE，人员、仪器皆需确实接地,4.,铬铁：外壳需接地处理,5.,零件盒：半导体之零件被装置或取出时，作业人员需配带静电环，零件放于导电容器或导电之零件盒中。半导体零件严禁放置于塑料容器,(,非静电盒,),或保丽龙容器中,ESD,防静电知识讲解,3,1,搬运要求,1.,静电盒：石墨型,(,黑色，永久型,),规格为,105109/SQUARE,，,可使用期限一年以上,2.,金属盒：手插件段,(HI),放置小零件之料盒，一般为不锈钢导,体，必须接地使用,3.,篮子：防静电盒如使用一般塑料篮，则需加上防静电之隔离,使用,4.,传送带：生产线若以输送带方式作业时，输送带及其各装置需,确实接地,5.,台车：,A/I,室及生产线的搬运台车，一般必须使用导体材,质，并在台,车底部加接地炼条，炼条必须与地面接触,储存要求,1.,湿度：储存空间之相对湿度需控制于,50%60%,的范围之内,2.,保存架：必须使用导体材质，及具备接地设施,3.,取放材料：储存人员取放材料时必须配带静电环并接地,ESD,防静电知识讲解,4.装取容器：拆封之TFT-LCD需使用防静电袋分装，不可使用一 般之塑料袋包装,人员要求,人员：工作人员一律配带有线静电环并接地，静电环需每日点检两次，严禁使用无线之静电环,ESD点检,1.,点检内容：,2.,做静电测试定时需附记当时之湿度及温度。,3,2,ESD,防静电知识讲解,3,3,3.若使用静电防止剂，需明确记录下次的布使用时间。,4.,每日确认作业员腕带的接地状况及是否有断线。,5.,保存用导电零件盒的外围，需贴上任何作业员看后均可明了之标签，以标示其内存有不耐静电之零件。,6.,静电盒上需贴上能负荷静电量及检验日期之标签。,7.,确实记录点检所得数据。,【,注,】,静电环点检方法,1.,作业员于座位上坐好后，带上静电环（右手操作者将静电环戴于左手，左手操作者将静电环戴于右手）并将静电环接地线插头插于接地孔中。,2.,在线领班携带静电环检测器至各作业员作业位置，将检测器接地线插头插于接地孔中。,3.,作业员自行压下检测开关,(,静电环戴于左手者，用右手压检测开关；静电环戴于右手者，用左手压检测开关,),，直到讯号颢示完成。,4-1.,检测时“,GOOD”,绿色显示灯亮表示该静电环符合规格，可正常使用,4-2.,检测时“,HIGH”,红色显示灯亮表示该静电环超出规格，禁止使用,4-3.,检测时“,LOW”,红色显示灯亮表示该静电环超出规格，禁止使用,ESD,防静电知识讲解,3,4,教育训练,1.,所有从事,ESD,相关工作之人员，皆必须接受,ESD,训练，并经检定考试认证合格者方可从事该项工作,2.,认证共分,A,、,B,、,C,三级,A,级,各厂训练讲师、,Coordinator,、稽核员及各工作区干部,皆需具备之。,B,级,各厂工作区之领班、线长、,QC,人员均需具备之。,C,级,一般作业人员。,3.,重新训练认证,凡经认定为认证资格已失效者,(,违反,ESD,规定二次以上者,),及所有人员每年都必须接受重新训练及认证。,ESD,防静电知识讲解,3,5,稽核,1.,日点检,由各,ESD,区域自行点检、记录，,IPQC,人员亦随时 对相关工作场合进行,ESD,之稽核,2.月稽核,由各厂Coordinator及各部门主管组成ESD稽核小组 实施定期之稽核,3.季稽核 每季并入Quarterly Process Analysis Audit Team来一 并做ESD之季稽核。,记录保存,ESD,相关之纪录必须保存一年,ESD,防静电知识讲解,Thanks,Q&A,ESD,防静电知识讲解,