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RogerShen 靜電防治訓練課程經驗分享 業務部 Rogher Shen 內容大綱 靜電放電簡介靜電放電的模型ESD的影響靜電防治專有名詞介紹靜電防治材料定義靜電防治基本法則ESDA測試標準及介紹 Rogher Shen 靜電放電簡介 靜電是甚麼 原因 剝離 摩擦 感應 機制 物質因失或得到電子而帶電 Rogher Shen 影響摩擦生電電量的因素 摩擦頻率 物質材料 相對濕度 接觸面積 Rogher Shen 常用的數量級符號 數量級全名符號1012TeraT109GigaG106MegaM103KiloK10 3MilliM10 6Micro 10 9NanoN10 12PicoP Rogher Shen 典型的ESD電壓 Rogher Shen 靜電放電的模型 人體帶電模型 HumanBodyMedel HBM DischargetotheDevice機器帶電模型 MachineModel MM DischargetotheDevice元件帶電模型 CharagedDeviceModel CDM DischargefromtheDevice Rogher Shen HumanBodyMedel HBM 模擬由站立人體之手指尖端放電至元件的現象 Rogher Shen MachineModel MM 70年代 日本人認為HBM不足以代表worst case而提出 適用於自動組裝之製造環境MM的電容值較HBM大 因此MM儲存的電荷較多R很小因此電流較大 速度較快 Rogher Shen CharagedDeviceModel CDM 現代自動化組裝製造環境中最重要的ESD模型 觀念簡單 再生困難 速度快 難保護CDMEvent的來源 測試機台 SMT IC的包裝 Rogher Shen ESD的三種模型 HBM與MM 人體 機器或環境帶電 HBM是最古老且最常發生的模式 但並非最嚴重的危害模式 MM造成的故障與HBM類似但電壓卻遠低於HBM 速度亦較HBM快CDM 元件帶電 模擬一帶電元件經由一腳接地而放電的現象造成ESD故障的主要原因 電流上升時間最快速 Rogher Shen ESD的影響 ESD事件 因局部高溫或電位差造成半導體元件的破壞ESD基本上就是一種熱效應可能發生在製程中或使用中的任何階段成本問題 客戶抱怨 商譽的損失 Rogher Shen 電子元件ESD故障之構因 功率相關 熱崩潰 金屬熔蝕 Power IESD Voperating電壓相關 介電質崩潰 潛在性故障 功能劣化 Rogher Shen 靜電防治專有名詞介紹 ESDS ElectrostaticDischargeSensitive Item靜電放電敏感零組件對於靜電放電敏感 易被ESD破壞 的元件 組件或模組SSZ Static SafeZone 靜電安全區域內部任一點均符合BasicRule之要求的區域SSW Static SafeWorkstation 靜電安全工作站EsdProtectiveWorkstation SSW 靜電放電防護工作站內涵ESDSItem的特定工作區域 必須符合SSZ之要求 通常其犯較小如SMT線 手插件區 測試區 重工區SSP Static SafePackage 靜電安全包裝EsdProtectivePackage SSP 靜電放電防護包裝能夠限制摩擦生電 屏蔽靜電場或免除靜電放電對ESDS元件產破壞的包裝 Rogher Shen 靜電防治專有名詞介紹 ESDProtectiveArea靜電放電防護區域 EPA 內涵ESDSItem的大範圍工作區域 所有人員進入時皆應穿戴適當之接地設備 且所有行為亦須遵守其相關規定TriboelectricCharging摩擦生電當兩種材料接觸摩擦 Friction 或剝離 Separation 時其表面產生靜電荷的現象 Rogher Shen 靜電防治專有名詞介紹 SurfaceResistance表面電阻以二個電極放罝於一材料表面上 加以一直流電壓 V 量測其通過之電流值 I 再計算出其電阻值 R 其單位為歐姆 SurfaceResistivity表面電阻率均一材料的單位面積表面電阻 其單位為 square 表面電阻率與體積電阻率間通常存在一比例 該比例與量測電極之幾何形狀有關VolumeResistivity體積電阻率即電阻率或稱電阻係數其單位為 CM Rogher Shen 靜電防治材料定義 ConductiveMaterials導電材料表面電阻率小於1x105 square 或其體積電阻率小於1x104 CM ESDADV1 0 EIA 628 1994 MIL 263B StaticDissipativeMaterial靜電消散材料表面電阻率至少為1x105 square且小於1x1012 square 或其體積電阻率至少1x104 CM為且小於1x1011 CM ESDADV1 0 EIA 628 1994 MIL 263B Anti StaticMaterial抗靜電材料 能抑制摩擦生電的材料 ESDAADV 1 0 能抑制摩擦生電至200V以下的材料 EIA 625 抗靜電材料並不須要量測其表面電阻率或體積電阻來決定其特性 Rogher Shen 靜電防治材料定義 InsulatingMaterial絕緣材料表面電阻率大於1x1012或其體電阻率大於1x1011的材料 EIA 625 1994 ESDAADV1 0 1994 StaticShieldingMaterial靜電屏蔽材料可防止元件遭受外界的靜電場破壞的一種防護屏障 EIA 625 Rogher Shen 靜電防治基本法則 將工作區的所有導電物接地使其帶電不超過50V以靜電壓表確認工作區內的非導電物體所帶電壓不超過300V or200V 如果靜電場無法避免應確保靜電敏感零組件與帶電之表面保持足夠的距離 Rogher Shen ESD問題的對策 作業人員的頭髮 8000Vd 1m 以靜電壓表確認 距離皮膚表面5cm以內 因電壓抑制的效果 靜電壓可降至 300以下作業人員的衣著 需要抗靜電衣嗎 整齊洗衣與量測之成本 搬運工具 若台車為絕緣輪 移動時易與地面摩擦而累積靜電更換為導電輪 需注意污染問題拖鐵鍊 堆高機不應行經舖有導電地板的區域 Rogher Shen ESD問題的對策 紙張 紙製標籤 在常溫常濕下 紙製品可視為抗靜電 Antistatic 材料 因此非光面紙製品在工作區是可被允許的 MIL HDBK 263 手套的使用 潔淨室內的一般要求 靜電消散時間 Static decaytime 2sec FED STD 101 Method4046 量測其表面電阻率StaticDissipative 戴上手套後是否需要再戴靜電環 Rogher Shen ESD問題的對策 離子風扇 解決工作區內絕緣體的帶電問題 使用Charged platemonitor評估Dischargetime balancelevel成品 半成品在工廠內的運送 使用普通透明塑膠袋 半透明metalized塑膠袋 導電袋 或是鋁箔袋 25milasaFaradaycage 作放電測試 dischargetest 以滿足自己的需求為原則 記得靜電安全包裝 SSP 並不一定必須滿足Faradaycage的條件 無線靜電環 CordlessWristStrap 原理 Cormnadischarge 以靜電壓表實際量測人體帶電量 2KV 超過2kv既沒有用 Rogher Shen ESD問題的對策 導電地墊 可使用於無導電地板的工作區 並搭配導電鞋 清潔用品之挑選靜電接地 工作檯面及作業人員 目的 使作業人員在同一電位上地樁建物的金屬結構金屬水管 建議 與市電地線間電位差不超過5V rms 或阻抗不超過25歐姆 Rogher Shen ESDA測試標準及介紹 靜電放電相關測試程序和標準U S Military DepartmentofDefense美軍規範ASTMAmericanSocietyforTestingandMaterialsNFPANationalFireProtectionAssociationJEDECJointElectronDeviceEngineeringCouncilIECInternationalElectrotechnicalCommissionESDAESDAssociation Rogher Shen 靜電環測試 功能 主要為防止HBM對於ESDS元件的破壞型式 金屬 紡織品 錶帶式 鬆緊帶式 黏帶式安全性 必須要有限流電阻 通常約為1M 250V 1 4W 來保護人體安全 接地線與靜電環分離的拉力為1 5ib DC75mA AC15mA若無限流電阻則必須以紅色標示 MIL STD 202Method2 5 Method101 ESDAESDS1 1測試方法接地阻抗 必須小於1 25M 30V環帶阻抗 1M 20 Rogher Shen 一般簡易測試方法 一般定期檢查 750K 10M 靜電環配戴檢查新品進料檢查 1M 20 靜電環及接地線連接檢查 Rogher Shen 接地系統 ESDS6 1主要目的 將靜電防護設施接地 提供一個路徑使靜電消散材料 導電材料及個人接地設備在同一個電位上 減少ESDS元件受到破壞 其他相關標準 ANSI NFPA70 1990 ANSI IEEEStd142 1982人員安全防護考慮人員碰觸電源時 通過人體的電流 故接觸人體的接地系統必須要有限流電阻 Rogher Shen 接地系統 ESDGround SoftGround 靜電放電接地能夠使靜電產生源 人或物 藉由路徑到接地的端點 排線 金屬線或其他接地系統 EIA 625 Ground HardGround 實接地藉由電子線路或特殊設備和大地 Earth 連接的導電接點 和大地 Earth 間具零電位差 Rogher Shen 一般工作接地系統 ESD接地點的量測DC歐姆計 量測範圍0 1 1M 10 開路電壓必須大於1 5VESDCommonPointGround 共地點 到EquipmentGround必須小於1 ESDCommonPointGround到ESDProtectiveMaterialsandDevices ESD防護材料或設備 必須小於1 如果有保護電阻則必須加上其值 Rogher Shen 工作表面的量測 ESDS4 1 1997主要目的 使用標準的量測設備 量測靜電放電防護工作表面之表面電阻值以評估其特性 其他相關標準ASTMF150NFPA99測試設備可提供100V和10V測試電壓 誤差在10 以內的高電阻計 量測範圍由10K 100G 2只5lb直徑2 1 2 的測試電極 Rogher Shen 工作表面的量測 測試時機1 環境和材料評估測試2 新配置的設備驗收3 定期的測試環境和材料評估測試 低濕度測試濕度12 3 R H 溫度23 1 預先放置時間48 72小時測試電壓為10V 100V表面必須用70 的IPA清洗測試結果必須記錄最大 最小值測試樣品大小 10 X24 6個 樣品本身必須有二個接地點測試點 Resistancetogroundandresistancetop tp top Rogher Shen 工作表面的量測 環境和材料評估測試 低濕度測試濕度50 5 R H 溫度23 1 預先放置時間48 72小時測試電壓為100V表面必須用70 的IPA清洗測試結果必須記錄最大 最小值測試樣品大小 10 X24 6個 樣品本身必須有二個接地點測試點 Resistancetogroundandresistancetop tp top Rogher Shen 工作表面的量測 先將工作表面以70 的IPA清洗並風乾15分鐘後 方始進行量測ResistancetoGroundablePoint s 測試電壓為100V 測試結果必須記錄最大最小值測試點分別為ABCDE五點 A 距離Groundablepoint s 3 位置 B C D 距離每個角落2 位置 E 中心點ResistancePoint to Point測試電壓為100V測試點如下 A 水平距離10 位置 B 垂直距離10 位置 C 左斜對角線各角落距離為2 D 右斜對角線各角落距離為2 Rogher Shen 工作表面的量測 定期檢查不要清洗工作表面 且移開所有ESDS元作以新配置驗收方法來量測ResistancetoGroundablePoint s 以及ResistancePoint to Point若測試不合格時 清洗後再重新測試建議允收標準ResistancetoGroundablePoint s between1x106 and1x109 ResistancePoint to Point 1M Rogher Shen 地面材料電阻特性測試 ANSIESDS7 1 1994測試目的 量測地面材料的電阻特性 其量測結果為電阻值 而非電阻率 靜電防護地板須配合靜電防護鞋 鞋環 輪子及裝載器具使用相關測試標準NFPA 99 ASTM F150 DIN51953測試種類環境和材料評估測試新舖設完成的驗收 Rogher Shen 地面材料評估測試 測試條件樣品數 12 X24 5片 放置時間至少72小時清洗表面 使用70 IPA清洗待測表面測試電壓為 100V濕度 12 3 和50 5 R H 溫度 23 1 測試設備可提供100V和10V誤差在10 以內的高電阻計 量測範圍可由10K 100G 及2只重量5lb 直徑的2 5 的電極 電極表面為導電橡膠 其在金屬表面上的電阻必須小於1k at10VDC 測試結果必須