静电防护措施方案.doc

TFT Project靜電防護措施方案一、 人員防護1. 防靜電工作服 (anti-static clothes)2. 防靜電帽 (anti-static cap)3. 防靜電鞋 (anti-static shoes)4. 防靜電手套 (anti-static gloves)5. 防靜電指套 (anti-static finger cots)6. 防靜電口罩 (anti-static mask)7. 防靜電手腕帶 (anti-static wrist straps)8. 上線前須先經過防靜電手腕帶測試儀 (anti-static wrist )測試表面電阻是否合格二、 機台(切割機、裂片機)防護1. 台面裝置接地線2. 於機台適當位置裝置除靜電裝置，消除工作時所產生之靜電三、 操作環境防護1. 工作桌台面放置防靜電台墊 (anti-static mat)，並與接地線(ground lead)連接以導走靜電2. 作業員操作區域地面放置導電性橡膠地墊 (conductive rubber floor mat) 並與接地線(ground lead)連接以導走靜電四、 運送防護1. 各工位使用導電Tray盤 (conductive tray)盛放玻璃2. 使用防靜電周轉箱 (anti-static circulation box)進行各工位間搬運五、 包裝防護1. 使用Tray盤 (conductive tray)盛放玻璃2. 使用防靜電膠帶 (anti-static tape) 固定Tray盤3. 以防靜電塑膠袋 (anti-static plastic bag) 包裝Tray盤六、 其他防護1. 要求作業員取放玻璃時要輕拿、輕放，動作放慢。本文介绍，为了有效地抗击和防止静电放电(ESD, electrostatic discharge)，必须以正确的方式使用正确的设备。由于一系列强有力的闭环ESD预防、监测与离子设备，现在可以把ESD看作一个过程控制问题。 静电放电(ESD)是在电子装配中电路板与元件损害的一个熟悉而低估的根源。它影响每一个制造商，无任其大小。虽然许多人认为他们是在ESD安全的环境中生产产品，但事实上，ESD有关的损害继续给世界的电子制造工业带来每年数十亿美元的代价。 ESD究竟是什么？静电放电(ESD)定义为，给或者从原先已经有静电(固定的)的电荷(电子不足或过剩)放电(电子流)。电荷在两种条件下是稳定的： 1. 当它陷入导电性的但是电气绝缘的物体上，如，有塑料柄的金属的螺丝起子。 2. 当它居留在绝缘表面(如塑料)，不能在上面流动时。 可是，如果带有足够高电荷的电气绝缘的导体(螺丝起子)靠近有相反电势的集成电路(IC)时，电荷跨接，引起静电放电(ESD)。 ESD以极高的强度很迅速地发生，通常将产生足够的热量熔化半导体芯片的内部电路，在电子显微镜下外表象向外吹出的小子弹孔，引起即时的和不可逆转的损坏。更加严重的是，这种危害只有十分之一的情况坏到引起在最后测试的整个元件失效。其它90%的情况，ESD损坏只引起部分的降级 - 意味着损坏的元件可毫无察觉地通过最后测试，而只在发货到顾客之后出现过早的现场失效。其结果是最损声誉的，对一个制造商纠正任何制造缺陷最付代价的地方。 可是，控制ESD的主要困难是，它是不可见的，但又能达到损坏电子元件的地步。产生可以听见嘀哒一声的放电需要累积大约2000伏的相当较大的电荷，而3000伏可以感觉小的电击，5000伏可以看见火花。 例如，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS, complementary metal oxide semiconductor)或电气可编程只读内存(EPROM, electricall programmable read-only memory)这些常见元件，可分别被只有250伏和100伏的ESD电势差所破坏，而越来越多的敏感的现代元件，包括奔腾处理器，只要5伏就可毁掉。 该问题被每天的引起损害的活动复合在一起。例如，从 乙烯基的工厂地板走过，在地板表面和鞋子之间产生摩擦。其结果是纯电荷的物体，累积达到32000伏的电荷，取决于局部空气的相当湿度。 甚至工人在台上的自然移动所形成的摩擦都可产生4006000伏。如果在拆开或包装泡沫盒或泡泡袋中的PCB期间，工人已经处理绝缘体，那么在工人身体表面累积的净电荷可达到大约26000伏。 因此，作为主要的ESD危害来源，所有进入静电保护区域(EPA, electrostatic protected area)的工作人员必须接地，以防止任何电荷累积，并且所有表面应该接地，以维持所有东西都在相同的电势，防止ESD发生。 用来防止ESD的主要产品是碗带(wristband)，有卷毛灯芯绒和耗散性表面或垫料 - 两者都必须正确接地。另外的辅助物诸如耗散性鞋类或踵带和合适的衣服，都是设计用来防止人员在静电保护区域(EPA)移动时累积和保持净电荷。 在装配期间和之后，PCB也应该防止来自内部和外表运输中的ESD。有许多电路板包装产品可用于这方面，包括屏蔽袋、装运箱和可移动推车。虽然以上设备的正确使用将防止90%的ESD有关的问题，但是为了达到最后10%，需要另一种保护：离子化。 中和那些可产生静电电荷的装配设备和表面的最有效方法是使用离子发生器(ionizer) - 一种设备吹出离子化空气流在工作区域，来中和累积在绝缘材料上的任何电荷。 一个常见的谬论是认为因为在工作站带上了碗带，该区域的绝缘体，如聚苯乙烯杯或纸板盒，所带的电荷将安全地消散。按定义，绝缘体不会导电，除了通过离子化不可能放电。 如果一个带电荷的绝缘体保留在EPA，它将辐射一个静电场，引发净电荷到任何附近的物体上，因此增加对产品的ESD损坏的危险性。虽然许多制造商企图从其EPA禁止绝缘材料，但这个方法是很难实施的。绝缘材料是日常生活中太多的一部分 - 从操作员坐落舒适的泡沫垫，到塑料盖中的一些东西。 由于离子发生器的使用，制造商可以接受一些绝缘材料在其EPA中出现的事实。因为离子发生系统连续地中和可能发生在绝缘体上面的任何电荷累积，所以对于任何的ESD计划，它们都是合理的投资。 标准电子装配中的离子发生设备有两种基本的形式： * 桌面型(单个风扇) * 过顶型设备(在单个过顶的单元内，有一系列的风扇) 也有室内离子发生器，但现在主要用于清洁房的环境。 选择决定于需要保护区域的大小。桌面型离子发生器将覆盖单一等工作表面，而过顶式离子发生器将覆盖两或三个。另一个优点是离子发生器也可防止灰尘静电附着于产品，可能使外观降级。 可是，如果没有对ESD设备有效性的正常测试和监测，那么没有一个保护计划是完善的。一流的ESD控制和离子化专家报告了使用失效的(因此是无用的)ESD设备而不知其失效的制造商的例子。 为了防止这种情况，除了标准的ESD设备，ESD供应商还提供各种恒定监测器，如果一项表现超出规定即自动报警。监测器可用作一个独立单元或在网络中连接在一起。也有自动数据采集的网络软件，实时显示有关操作员和工作站的系统表现。 监测器可通过消除许多日常任务来简化ESD计划，如保证碗带每天适当测量，离子发生器的平衡与正确维护，工作台接地点没有损坏。 防止ESD的第一步是正确评价如果忽视，怎样小的细节可能造成不可修复的损坏。一个有效的计划要求不仅使用有效的ESD保护设备，而且严密的运作程序来保证所有工厂地面人员的行为是ESD安全的。 虽然许多制造商使用自动碗带测试仪，但常常可以看到操作员因为碗带太松而或者通过测试或者失效。许多操作员企图通过用另一只手简单抓着测试仪靠近其手腕来通过测试。 尽管如此，好消息是ESD是可避免的。投资在正确设备和改善安全程序中的时间与金钱将通过相应的合格率提高而得到回报。1 洁净室与静电（1）洁净室半导体、平面液晶显示器、光电子和生物医药都需要洁净的生产车间，通常洁净室是指空间空气悬浮粒子浓渡被控制在规定界限内的房间或限定空间，这尘埃粒子的粒径越小和被限定的粒数越小，洁净度便越高。（2）洁净室的静电由于洁净室的洁净度要求，室内使用大量的高绝缘介质装饰材料、地面、墙、门、顶棚、隔断、工作台、椅子等等，这些材料摩擦容易起电带电，不易泄漏释放。光刻间塑料地面500V1000V，扩散间塑料地面500V1500V，瓷砖地面也有500V1500V，塑料墙纸700V，塑料顶棚OV1000V，金属活动皮芏椅面500V3000V。人穿洁净工作服、鞋、步行或工作时，与不同物质设备器材摩擦要产生静电，人、衣服、鞋都会带电。人穿尼龙衣、着塑料胶底鞋缓慢地在清洁的地板上走动，人身上带7000V8000V静电压。在乙烯基地板上行走可带1200V（10%20%RH）、250V（65%90%RH），在地毯上行走可带35000V（10%20%RH）、1500V（65%90%RH），晶片装配线，人穿的工作服可达10KV。空调气流经过初效过滤器，中效过滤器，高效过滤器，净化出口气流是带静电的。铝板送风口、回风口5001000V。大量的绝缘器材、装备和工具，也是重要的静电电荷源。晶片装配生产线：晶片装料盒35KV，有机玻璃盖8KV，石英制品1.5KV，晶片托盘6KV，丙烯酸脂盖20KV，台桌面10KV，塑料存贮柜30KV，玻璃纤维晶体载料盒滑过聚丙烯桌面带10KV。总之：洁净室的洁净度要求越高，静电带电便越严重。2 洁净室静电的危害（1）静电库仑力吸上粉尘、污物带给无器件，增大泄漏或造成短路，使性能受损，成品率和可靠性大大下降。如粉尘粒径100m，铝线宽度约100m，氧化膜厚度在50m时，最易使产品报废，现在线径更细，氧化膜很薄，很小粒径尘粒子就会损害元器件，这种情形多发生在腐蚀清洗、光刻、点焊和封装等工艺过程中。（2）静电放电ESD 元器件的绝缘氧化膜被击穿，引线被烧断或线间融短。若人体带上10KV（100PF）的静电荷，触摸器件脚时发生ESD，其向大地瞬间形成脉冲放电电流峰值可达20A（10100s），不要说高密度，细线径，薄Sio2膜的Lsi、Vlsi、就是一般IC、MOS都会遭受损坏。一般说器件绝缘栅Sio2薄膜的耐压场强是E=（5-10）106V/cm，如果器件Sio2膜厚度取1000，其器件输入脚施加50V-100V以上的静电压就将会被击穿，而人带静电超过50V、100V是极平常的。 造成噪声、发射电磁波干扰ESD引起EMI其电磁波的前后峰较尖，信号强，相当与电路中几伏的能量，频率跨越几MH2甚几百MH2的强大噪声，可能引起元器件损坏，设备和传感器不正常工作，甚至引起设备死机。ESD引起的EMI还会引发错误信号的输入，或发生锁存现象。如无尘室中，将晶园片的EMIF箱放在钢的手推车上，晶园片的ESD会通过电感传给手推车，车轮是绝缘的，则EMI的扩散会引起园晶片处理机死机。 电击人体人的ESD或对人的ESD当超过人体电击极限电流5mA以上时，人都会有各种伤害感觉，造成工作人员的情绪不安，操作错误。半导体，平面显示器，光电子等洁净室，尽管做了很多工作，但洁净室的静电问题仍然影响着生产安全和产品产量，影响着制造成本和效益，影响产品的质量和可靠性。有报导国外工业专家估计，美国由于静电造成产品的损失平均在8-33%，见表3静电损耗报告。还有人估计美国每年静电对电子工业毁损价值达100亿美元，日本80年代曾对报废的电子产品进行分析，由ESD引起的损失占1/3。我国半导体，平面液晶显示，光电子等都起步较晚，但静电危害也累有发生，成品率较低。如北京一公司，SMT车间冬季4个月，常因ESD造成上百万元损失。上海一家外资企业办公电脑几千台却因ESD人员叫苦连天，电脑工作不正常。一家研究设计院200m2多的电脑房，ESD严重，无法正常工作。无锡一家外资企业，曾一度由于ESD，产品质量一直不稳定。而银行、证券公司、机要数据库、监控中心，电力调度室等等。如出现ESD就很容易引起干扰，数据遗失，情形就更严重了。3 洁净室静电控制（1） 静电控制的基本原则 确定静电控制级别 尽量减少静电荷的产生 泄放和中和的办法加速静电荷消散，防止静电积累 保护产品不受ESD的损坏（2） 确定静电控制的级别 元器件、组件和设备静电敏感度分级1级：易遭受0-1999V静电电压损坏的2级：易遭受2000-3999V静电电压损坏的3级：易遭受4000-5999V静电电压损坏的而敏感静电压大于16000V的，便不必采取防静电措施。 静电防护工作区的分级A级：允许对地静电电位不超过100VB级：允许对地静电电位不超过1000V实际工程中是分静电电位不超过100V、500V、1000V等对应元器件、组件和设备静电敏感电压的3级。（3） 尽量减小静电荷的产生这是控制静电三步曲的第一步，在这净化工作环境中，最好的措施： 尽量采用性质相似器材，减少在接触摩擦分离过程中产生静电电荷； 尽量采用导静电型或静电耗散型材料的器材，减少接触摩擦分离过程产生积累静电荷； 尽量采用减少接触摩擦分离而产生静电荷的生产流程。（4） 泄放和中和这是控制静电三步曲的第二步，在微电子生产的净化室中最通常的措施是接地，采用导电性或耗散性材料泄放静电荷，以及离子化消电器中和静电荷。 接地洁净室应设一个独立静电接地系统，包括地面接地金属网支系统、生产线工作站（台）接地支系统。以便室内所有设备金属外壳，移动设备的金属支架，防静电器材等安全、有效地将静电荷泄放至大地，工作人员的带电则通过手腕带接地，通过防静电鞋或脚跟带再经防静电地面向大地泄放。地面、墙面、顶棚、隔断等是硬接地，设备外壳、移动设备（车、椅、货架等）、工作台等则属软接地。 离子化肖电器洁净室中生产组装的元器件、PCB、生产线上、工作站上总是难免存在一些不能接地的绝缘导体，绝缘介质材料（例如大多数普通塑料），在某些环境下，离子化消电器常用来局部消散这些物体上的静电荷，而更经常的是借助于空气离子化来中和在绝缘介1.电荷量静电的实质是存在剩余电荷。电荷是所有的有关静电现象本质方面的物理量。电位、电场、电流等有关的量都是由于电荷的存在或电荷的移动而产生的物理量。在科研院所、高等院校、检测站和工矿企业等部门经常需要测量物体的电荷量或电荷密度。表示静电电荷量的多少用电量表示，其单位是库仑，由于库仑的单位太大通常用微库或纳库1库仑1000000微库1微库1000纳库(nC) 在测量粉体带电及其荷质比，测量防静电服的性能时都要测量其带电电荷量。测量物体的带电电量从原理上说可用法拉第简和静电计及静电电容测量，但这种方法测量繁琐，误差较大，而且对于非静电技术人员使用时更时因难。现