企业培训_集成电路封装静电防护培训教材

集成电路封装静电防护培训教材 华天科技培训教材 XiaoweiGuoDEC 2002 1 一 电子产品的防静电技术 1 认识ESD危害的重要性 迫切性 1 静电放电 ESD 是一种通常看不见的 潜在性的 后果可能非常惨重的危害 a 可能导致纺织厂 面粉厂 医院手术室 乙醚 弹药库 石化 航天飞机 1986年挑战号 等物毁人亡 b 对电子工业的危害严重 八十年代国外统计 ESD对电子工业造成的年损失在60多亿美元 2 对ESD的危害认识不足 重视不够 因为 a 3500V以下的静电人们不感觉 b ESD对元器件 电路的破坏90 是潜在性的c 误认为集成电路 有保护电路 损坏可恢复 等 无所谓 d 出了问题很茫然 不知问题从何而来 如何解决 3 微电子技术不断发展 集成度和封装密度越来越高 电源电压越来越小 从15V 5V 3 3V 3 0V 降到1 5V 抗噪声容限也随之降低 由此单个器件或单块PCB的成本越来越高 一旦损坏 损失巨大 器件抗ESD引起的噪声电压容限越来越小 4 电子产品越来越多地进入家庭 办公室等静电严重的地方 潜在的ESD危害增大 2 静电现象及静电的产生 1 静电 由物体在局部范围内正 负电荷不平衡而使物体表面产生过剩的静止电荷 2 静电的产生方式 A 接触 磨擦 碰撞 冲洗 电解 压电 分离 温差 感应等可产生静电 B 固体 液体 粉未流体都可起静电 C 电子工业中主要是固体的接触 磨擦 分离 感应起电 3 静电的强度静电强度与物体材料 相对运动速度 压力大小及环境的温度 湿度都有密切有关 环境的相对湿度小于20 RH时 活动时的人体可携带20KV 30KV的静电电压 3 ESD对电子器件或系统的危害 1 ESD引起的电子器件或系统的失效类型A 感应性 干扰性失效ESD 电火花 电磁脉冲 干扰信号 器件 电路或设备接收 形成错误信息 造成可能的两种结果 可恢复正常或基本无影响 干扰信号小致命性失效 接收过强的干扰信号B ESD直接接触放电电子器件或系统成为ESD的导电通路 2 电子器件和系统受ESD损伤的两种失效模式A 硬失效又称 突发必性完全失效 或 一次性损坏 器件的一个或多个参数突然劣化 失去规定的功能 表现为器件开路 短路或电参数严重漂移 多数为ESD直接接触放电时的过电压造成介质击穿 反向电流增大 铝条损伤等 过功率造成铝条熔断 多晶条熔断 SI片局部熔化等 B 软失效又称 潜在性失效 或 多次损伤积累后失效 器件受ESD损伤后抗过应力能力下降 各类参数当时虽仍为合格 但其中部分器件在以后的使用过程中因各类过应力的损伤积累将早期失效 3 ESD对电子产品生产厂的影响生产成本提高 B 产品质量降低 C 耗费时间 D 产品 公司信誉受损 客户 市场方面的损失 4 静电危害的控制 1 静电控制中应遵循的三条基本规则 A 应将静电的产生减少至最少 B 为导电物体提供一条受控的放电通路C 防止产生静电的物体引起危害 屏蔽 2 从五个关键领域实行完整的静电控制A 建立合适的作业环境测试仪器 机器设备等需接地操作台垫用接地的抗静电导体用防静电地板B 控制进入作业区的人体所带静电过入静电区时需消静电和测静电 手腕带 静电鞋 穿防静电鞋穿防静电服装C 器材储运时的静电控制 配备合适的储运容器和工具采用摩擦不带电的能导电的 能防止带静电的容器和包装材料采用不受外部电场影响具有静电屏蔽性能的容器和包装材料采用导电箱 袋使器件输送和包装期间保持同电位 D 建立静电的测量和监视系统对工作人员进行抗静电意识的教育和培训 近年来 工程师们陆续发现静电能够极大地破坏产品品质和产额率 特别是对半导体而言 为解决ESD问题 他们每年要花费几百万美元以来保证产品品质 XiaoweiGuoDEC 2002 2 近几年 鉴于电子行业的迅猛发展 现在半导体元件已从晶体管延伸到今天的超大规模集成电路 为减小静电问题 外形包装也相应变小了许多 但依旧被静电所破坏 因此 对半导体行业而言 为保证产品可靠的品质 当前解决静电问题已成为一项刻不容缓的课题 XiaoweiGuoDEC 2002 3 然而 半导体的静电阻力的形式与结构不同于其它静电装置 因此它在防静电方面并无标准可言 为此 一些有识之士便提出对其防静电系统可进行周期性监测和估算 XiaoweiGuoDEC 2002 4 静电电荷的产生任何两种不带电的物质接触磨擦后分开 它们之间就产生了电压 原因是它们在接触过程中物体表面产生了一些电子 丢 与 失 的变化 这样就产生了静电电荷 磨擦电荷数量的产生受物体磨擦后发离的速度 物体接触面积 磨擦时周围环境相对湿度和物体材料种类几方面的影响 XiaoweiGuoDEC 2002 5 人体电荷对照表 XiaoweiGuoDEC 2002 6 静电电荷的影响在物体放电时 静电问题便产生了 目前放电形式主要是通过低电阻区域 其大小可通过下列公式获得 I q tI 当前放电量 q 静电电荷量 t 放电时间一次放电能够在1微秒内被完成 因此 电荷转移越多 放电能力越强 假如其足够强大 它能够影响 P N热击穿接合点 氧化层击穿 XiaoweiGuoDEC 2002 7 XiaoweiGuoDEC 2002 8 影响或破坏静电灵敏装置的两个基本模式人体模式 电荷装置模式 人体模式指的是人在运动过程中人体与衣服之间磨擦所产生的电荷 假如人们接触了静电灵敏装置而没有及时把电荷转移到地面 磨擦电荷将会转移到静电灵敏装置上导致其破坏 此种方式是导致静电破坏的主要模式 电荷装置模式主要指那些静电灵敏装置 特别是那些塑料制品 在自动化过程中 它产生磨擦电荷 这些磨擦电荷穿过低电阻管脚到达高传导性地表面 放射速度极快 导致破坏 XiaoweiGuoDEC 2002 9 常见半导体设产品静电灵敏度 产品类型静电放电灵敏度范围 伏特 VMOS20 1800MOSFET100 200GaAsFET100 300EPROM100OP AMP190 2500CMOS250 3000SchottkyDiode300 2500FilmResistors300 3000Bipolartransistors380 7000ECL500 1500SCR680 1000SchottkyTTL1000 2500JFET140 7000 XiaoweiGuoDEC 2002 10 当前 半导体工艺越来越先进 它已从原先的3 1微米发展到今天的1微米以内 因此 今天的半导体零件只会越来越灵敏 更易被ESD破坏 XiaoweiGuoDEC 2002 11 潜在的静电破坏静电是一个潜在的现象 它总是在以下情况下发生 产品 制造 装配 测试 贮存销售在以上过程中 人体虽不直接与半导体零件直接接触 但静电有时仍会产生 它不太可能破坏整个零件 但它会减少某一部分的品质 表面上 它只影响到产品用户 但实际上 它将会给公司信誉带来损失 且浪费维修费用 XiaoweiGuoDEC 2002 13 静电电荷的排除完全排除电荷是不可能的 因此 如何抑制它就显得更加重要 以下是一些常见排除电荷的方法 控制好合适的环境湿度 及时排除操作者身上累积的电荷 在工作区域内不应该使用塑料制品 必须提供一个不产生静电电荷的工作区域 零件在包装与运输过程中须采用抗静电或传导性物质来保护它 XiaoweiGuoDEC 2002 12 静电的排除传导 传导性物质能够简单地将静电电荷传导到地面 电子能够从地面转移到带正电的导体上 达到中和 电子与地相接使物体达到中和 离子交换或替代法为了中和带电导体和平衡电荷 可分别产生正负电荷 例如静电消除器 离子扇 离子枪 XiaoweiGuoDEC 2002 14 XiaoweiGuoDEC 2002 15 实行防静电程序A 控制环境湿度静电电荷极易在高湿度下产生 然而自从线上许多精密仪器在高湿度下不能操作后 湿度控制就变得十分重要 一般而言 湿度应保持在40 60 为宜 B 操作员 必须戴上防静电手链 这种手链须与皮肤紧紧相连 工作台上必须铺上防静电台毯 工作台要接地 必须戴上防静电手套或防静电手指套 必须穿上防静电鞋子 且须时刻与传导性地板相连 XiaoweiGuoDEC 2002 16 C 工作区域 在工作区域放置的传导性物质或地板应被1M 的电阻器接地 位于工作区域的任何带电设备必须与工作表面隔离 检查静电排除或电离剂是否放在工作区域的合适位置 并预先检查它们的功能 D 存储架与小推车 必须被接上传导性物质且与1M 的电阻器接地 E 电器设备 焊接枪 或铁类传导物质应直接被接地 F 监测系统 除了接地以外 在屏幕前须装一个防静电过滤器 XiaoweiGuoDEC 2002 17 G 包装材料 XiaoweiGuoDEC 2002 18 对设备的常规要求 在防静电工作区域 操作者应戴防静电手指套 把静电消除器安装在合适的工作区域 在防静电工作区域 任何物质产生的静电不能超过 100V 在防静电工作区域 必须不包装与拿取产品 半导体零件不能靠近监测系统 XiaoweiGuoDEC 2002 19 静电识别在静电控制区域内 须明确标 静电控制 标识以作提醒 警示静电会破坏零件不要没戴防静电手链和指套就去拿取敏感性产品 不要不穿防静电衣服或塑料物质接触或靠近敏感性产品 警示标识须写在装有半导体零件的集装箱外显眼的位置上 XiaoweiGuoDEC 2002 20 训练任何一个技术人员必须受过防静电知识培训 一线工人每年至少接受防静电培训一次 培训内容包括 防静电手册 考试 一线工人 XiaoweiGuoDEC 2002 21 稽核每天 操作员在工作前必须检测防静电手链 每星期 管理人员应检查 防静电消除器的位置排放点是否合适 能源是否充足 防静电手链 鞋 衣服等穿戴是否正确 在工作区域 静电产生不能超过 100V 每月 质量工程师须检查 在防静电工作区域内 传导性物质 地板须与1M 10 电阻器接地 检查设备与仪器是否直接被接地 检查防静电设备是否被定期校准 XiaoweiGuoDEC 2002 22 目的为提高本公司半导体分立器件和集成电路封装过程中的静电防护能力 规范静电防护作业规范要求 特制订本规范 范围本规范规定了静电防护作业的操作要求及程序 本规范适用于集成电路总厂 分立器件总厂和测试总厂生产线各工序作业人员 生产场地及设备 XiaoweiGuoDEC 2002 23 工具与材料3 1串联1M 电阻的静电环 3 2静电环 导电鞋测试器 3 3防静电桌垫 阻值10 E6 10 E9 SQ 3 4无粉抗静电指套 手套 3 5交流型离子风扇 3 6防静电工作桌 3 7防静电袋及防静电料管 3 8静电场测试仪 3 9欧姆表 3 10防静电工作服 XiaoweiGuoDEC 2002 23 术语和定义4 1导体 静电保护材料其表面电阻系数 10 E6欧姆 静电传导 消散 物质 表面电阻系数10E 7 10 E9 cm2 抗静电物质 静电保护材料其表面电阻系数10E10 10E12 cm2 4 3自动机器工作站除了在装卸材料时 作业员通常不接触材料的工作站 例如 装片 球焊 自动塑封 等 4 4非自动工作站作业员用手触及材料的工作站 例如 磨片 划片 手动上片 最终目检 盖印擦拭 测试等 安全区域本区之材料所有的脚都在等电位状态下 线已接 且脚尚未分离 如塑封 切中筋 电镀及打印等 4 6防静电工作桌防静电工作桌必须使用导电性或静电传导 消散 性桌面 桌面必须串联1M 电阻接地 XiaoweiGuoDEC 2002 23 对非安全区的静电防护规范5 1一般要求5 1 1所有用以生产 品质检验的设备必须接地 5 1 2所有生产 处理或储存对静电敏感的产品的设备 工具 夹具和手工用具等必须用导电或静电传导物质做成 如 手工用具 手指套 储存周转用盘 盒 箱子 5 1 3所有非自动工作站的作业必须在防静电工作桌上进行 5 1 4每个工作桌至少提供一个接地点 供作业人员 容器 载具等接地 并予以适当的标示 避免可能的错误 同时禁止使用鳄鱼夹头 5 1 5材料储存 装卸 传送时应使用导电或防静电的管 盒 弹夹 载具 5 1 6所有储放元件的棚架 氮气柜及推车必须是导电材料制成 且棚架 氮气柜应串联1M 电阻予以接地 推车则需加装链条 XiaoweiGuoDEC 2002 23 5 1 7绝对不可用手接触晶圆晶粒 只能用真空吸笔或金属镊子 在所有过程中 拇指 食指 中指要带上抗静电指套 5 1 8工作地板需求注 无尘室内及包封以后各站工作区 走道区域地板必须是防静电地板 地板表面阻值低于10E12 cm2 设备与工作桌区域必须使用抗静电地板 地板表面阻值10E7 10E cm2 XiaoweiGuoDEC 2002 23 静电手环与导电鞋5 2 1在处理任何产品之前作业人员必须戴上已可靠接地的静电环且任何时候该静电环要与皮肤保持良好的接触 5 2 2无尘室内工作人员按规定着装 静电手环必须戴上 5 2 3后站工作人员按规定着装 静电手环必须戴上 5 2 4当作业人员从别处走到防静电工作站附近或接触静电敏感材料前必须先戴上静电环 用手先去触摸导电桌表面后方可接触具体产品 5 2 5包含静电环与人体的电性回路必须每班生产前由作业员自己使用表面电阻测试仪检查一次 品管对每班作业员使用测试仪情况进行抽检 每班抽测一次 每次抽检按作业员工数比率为5 进行抽样检测 两者均需保存记录 XiaoweiGuoDEC 2002 23 接地5 3 1工作桌上的电气设备需直接接地 并且需要和工作桌面隔绝 5 3 2接地线不可串接 5 3 3各部门必须至少每周检查一次工作桌 储存柜 置物架接地状况并作记录 XiaoweiGuoDEC 2002 23 静电消除 5 4 1下述工作场所必须使用离子风扇和防静电手链 工作时产品必须置于距离子扇 5 20 cm圆弧内 两边各近似45 离子风静电电压 200V a 在芯片上贴 揭薄膜 对应站别 磨划片接触单粒芯片 对应站别 装片 球焊 球焊目检 5 4 2下述工作场所必须使用防静电手链a 弯脚成形 单颗盖印 对应站别 冲切 补印b 开 短路 电性测试 对应站别 测试c 外观检验 包装 对应站别 外验 包装5 4 3任何对静电敏感的材料放于工作台之前 必须把离子风扇先打开 且中途不可关掉 5 4 4静电消除器由品管员以静电场测试仪 每个月一次 若不符合要求则停止禁用 同时静电消除器须纳入校验管理