認識靜電

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靜電
  • 為靜止的電荷。
  • 任何物質都是由原子組成的, 而原子的基本結構為質子,中子和電子.質子和中子因質量較高, 相互之間結合力強, 很難分離, 緊密地結合在一起形成原子核
  • 電子質量很小(質子或中子的千分之一), 圍繞原子核周圍. 質子帶正電, 中子不帶電, 電子帶負電. 在正常情況下, 一個原子的質子數和電子數相同, 正負平衡, 所以對外表現為中性不帶電
  • 但是電子環繞於原子核週圍, 在外力的作用下(得到能量), 脫離軌道, 離開原來的原子, 而投入其他的原子. 失去電子的原子帶正電, 成為陽離子; 得到電子的原子帶負電, 成為陰離子
  • 造成不平衡電子分佈的原因是電子在物體之間的相對運動過程中得到能量, 從而脫離原來的軌道, 這種能量包括動能, 位能, 熱能, 化學能等. 任何兩種不同材質的絕緣材料相互接觸後再分離, 即可產生靜電

ESD
  • ESD是本世紀中期以來形成的以研究靜電的產生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應如電流熱 (火花) 效應 (如靜電引起的著火與爆炸 )及和電磁效應 (如電磁幹擾) 等的學科。近年來隨著科學技術的飛速發展、微電子技術的廣泛應用及電磁環境越來越複雜，對靜電放電的電磁場效應如電磁幹擾 (EMI) 及電磁相容性 (EMC)問題越來越重視。
  • 靜電釋放是指兩個帶電物體之間瞬間放電的過程。最常見的放電源是積聚在某一物體上的靜電。如果兩個帶電物體之間沒有直接的放電導體，那麼積聚在某一點上的電荷達到一定的程度就會通過弧光放電。當發生弧光放電的靜電電壓達到3000伏時，人可以感覺到；當靜電電壓達到10000伏時，人可以看到。對於一般的微電子器件來說，100伏便能造成損壞，集成技術更高的微電子器件，20伏便可以產生破壞。
  • 靜電放電時間可能小於1ns (10億分之一秒) 有的甚至到幾百PS (1ps = 10000億分之一秒) 非常快的過程，ESD產生幾十 KV/m 甚至更強大的電磁脈衝，其頻譜可從DC至幾GHZ。
  • ESD 是代表英文 Electro Static Discharge 即“靜電放電”的意思。
  • 摩擦生電
  • 將不同材質的材料以接觸分開的方式摩擦。
  • 材料的表面產生不平衡的電子分佈即靜電荷。
  • 材料表面的不平衡靜電荷維持一不可忽視的時間。
  • 帶有不同電位差的靜電荷體之靜電荷移轉即為 ESD。
  • 感應產生靜電。
人體運動產生的靜電
人體運動方式
靜電；電壓 (v)
相對溼度 10% -- 20%
相對溼度 65% -- 90%
在地毯上行走
35,000
1,500
在乙烯地板上行走
12,000
250
在工作臺上工作
6,000
100
乙烯基包裝產品
7,000
600
從工作檯上撿起聚乙烯
20,000
12,000
坐在帶有墊子的操作臺上
185,000
1,500
各種電子裝置可能受到靜電損害之電壓值
電子裝置
靜電敏感度 (伏特)
VMOS
30 to 1800
MOSFET
100 to 200
GaAsFET
100 to 300
EPROM
100 PLUS
JFET
140 to 7000
SAW
150 to 500
OP AMP
190 to 2500
CMOS
250 to 3000
Schottky Diodes
300 to 2500
Film Resistors (Thick, Thin)
300 to 3000
Bipolar Transistors
380 to 7800
ECL (PDC Board Level)
500 to 1500
SCR
680 to 1000
Schottky TTL
100 to 2500
靜電防護緊迫性
  • 靜電的現象幾乎是每個人都經歷過 (比如走過一塊地毯後再摸一下門的把手有時被電擊)。由於靜電會導致微電子器件失效或導致潛在的損壞 (被靜電擊傷後沒有立即失效，到客戶手裏使用一段時間後才失效)，這些損壞和潛在的失效給我們微電子及相關行業造成很嚴重的影響，從而促使我們關注並採取相關措施來杜絕此類損壞。靜電釋放也是資料丟失與混亂的原因，甚至損壞測試設備。
  • 兩個靜電敏感物體之間的非接觸性靜電釋放同樣導致失效。帶有靜電的物體是被一個電磁場包圍著，這個電磁場 (一般認為是靜態的) 會誘發附近區域的敏感微電子元件攜帶電荷，從而產生擊穿。
廠房內可能發生的靜電

當塑膠袋/ 膜被拾起時...
利用離子風扇消除靜電

當LCD 膠膜被撕開時...
當LCD 膠膜被貼上時

 

當塑膠底的鞋子從地毯上離開時

 

即使是由氣槍噴嘴所噴出之空氣分子，彼此之間的撞擊，在特定條件下，亦會產生靜電。
靜電引起的破壞
  • 機器、設備的製造、運輸、接收及運行過程中都會產生靜電，既產生一定的靜電壓，而靜電在釋放的過程中會產生一個的脈衝電流。儘管這種電流很小，但對於積體電路晶片來講，足以造成IC的電路擊穿現象，尤其是晶片內部的電容。這些損壞通常肉眼是看不見的只有在嚴重的時候才馬上發生，有時可能過了幾個星期，幾個月甚至幾年才發生。
  • 靜電引起的損壞會影響產品的品質和可靠性，從而影響公司的聲譽和利益。因此，國際上知名的大公司都花費大量的人力、物力、財力等用於培訓和防止靜電引起的破壞。
  • 一片價值幾千元的CPU，有可能由於操作者沒有執行公司的靜電防護要求而毀於一旦。一家大的公司會因為其產品品質的穩定性而失去訂單，失去信譽。而靜電的危害有可能成為品質不穩定的罪魁禍首。
  • 所以說，靜電的危害是非常嚴重的。一般採用兩種防護措施：接地法和遮罩法。
接地法：用以保證操作員、設備和零部件接地的方式來消除靜電，接地可以防止靜電的積累和形成靜電電壓。
  • 個人接地：防靜電手腕帶和腳腕帶要與裸露的皮膚接觸，並用導線與地相連。其目的是泄放操作員身上的靜電。
  • 防靜電地板和台墊：二者是與地相連的，用來泄放人體接觸工作臺時的靜電。

遮罩法：將要傳輸的產品裝入特殊的防靜電容器中防止靜電破壞。
  • 防靜電袋：用於靜電敏感元件的運輸和儲存，如裝CPU的袋子、裝主板的袋。
  • 防靜電箱：製造過程中用來移動元件，如網卡周轉箱等。
意義
  • 提高產品的合格率。
  • 減少總成本 (減少重複勞動 / 維修和庫存)。
  • 減少現場失效。
  • 提高產品品質和可靠性。
  • 容易區分其他失效。
  • 提高客戶滿意度。
    • 注意事項
  • 單獨的防靜電措施並不能完全地防止靜電，必須和容器或靜電遮罩袋一起使用。
  • 防靜電台墊/地墊和腕帶必須通過限流電阻接地，以防止高壓對人體的傷害。
  • 靜電腕帶必須每天檢查一次，保證它沒有損壞及正常運行。
  • 電子元件及其容器不可靠近電磁場。
  • 不要將裝有微電子器件的電路板堆放在一起，如CPU、主板、網卡等；應將它們分離後放入防靜電的容器中。如果堆積會由於摩擦而產生高壓靜電並快速放電。
  • 定期測量和控制工作區域的靜電電流。
    • ESD管制程式
    1. 適用範圍：適用於公司內部的所有靜電防護檢測管理辦法。
    2. 目的：為確保生產制程中之產品良品率，提高成品的品質，建立 GI ESD 防護管理程式予以規範作業。
    3. 定義：
      3.1 ESD：處於不同靜電勢的物體之間的靜電轉移，其靜電勢是由於物體直接接觸或靜電場感應引起。
      3.2 ESD敏感組件：可能在日常操作，測試或轉移中被靜電場或靜電放電破壞的分離組件、積體電路或成品。
      3.3 ESD防護區：以ESD敏感材料在該區域內，遭受靜電放電或靜電場破壞的危險最小，且作業人員不會有額外的電擊危險。
    4. 流程圖：無。
    5. 說明：
      5.1 人員ESD要求：
      5.1.1 人員須經ESD考核論證方可上線。
      5.1.2 對已取得論證合格的人員，定期應作重新考核，確保人員每時每刻瞭解ESD防護知識。
      5.1.3 人員上線作業應做好靜電防護動作，接觸零件應正確佩帶靜電手環。
      5.1.4 禁止使用無線靜電手環。
      5.1.5 負責個人靜電防護用品的定期檢測，並記錄檢測情況。
      5.2 ESD接地系統要求：
      5.2.1 ESD接地傳輸線固定用包有綠色絕緣膠皮的。
      5.2.2 ESD靜電接地傳輸線應與AC地線分開接地。
      5.2.3 ESD接地線裸銅部分不可與金屬接觸，更不可接觸到機器金屬體上。如有接觸必須將裸銅部分用絕緣膠布包裹。
      5.2.4 任何靜電接地線必須與綠色靜電傳輸線裸露銅部分緊密連接。
      5.2.5 ESD接地傳輸線最終應與接地地樁相連。
      5.2.6 廠務部門應定期對ESD接地系統進行檢測，確保合格，並做好相關記錄。
      5.3 機器、儀器、治具、工具ESD要求：
      5.3.1 機器、儀器、治具、工具若有使用電源，必須使用三腳插座進行接地。
      5.3.2 若為無需接電源的則必須引出一條接地線與靜電接地傳輸線相連。
      5.4 工作桌ESD要求：
      5.4.1 所有有擺放靜電敏感零件需求的工作桌都必須墊有靜電桌墊，並扣上靜電扣與靜電接地傳輸線相連。
      5.4.2 靜電桌墊靜電扣金屬部分需包裹黑色絕緣膠布。
      5.4.3 所屬使用部門應對其作定期點檢，並記錄。
      5.4.4 工作桌儘量避免堆集雜物，尤其是易產生靜電之物品。
      5.5 ESD敏感材料儲存和運輸要求：
      5.5.1 所有ESD敏感組件需存放於靜電防護袋或靜電儲存容器內，此類容器必須是由靜電材質所制。
      5.5.2 擺放ESD敏感元件的台桌必須墊有靜電桌墊並扣有靜電接地線。
      5.5.3 運輸ESD敏感元件使用之台車必須裝有接地鐵鏈，並且保證接觸地面。
      5.5.4 取放ESD敏感組件須作好靜電防護動作。
      5.5.5 實施部門對靜電桌墊、靜電扣、靜電手環作定期點檢動作，並做好記錄。
      5.6 靜電防護區要求：
      5.6.1 進入標識有靜電防護區標誌的區域前應完成所有靜電防護動作。
      5.6.2 進入靜電防護區域須穿靜電鞋。
      5.6.3 進入SMT區域應穿靜電服、戴靜電帽、穿靜電鞋或防塵鞋套。
      5.6.4 對所有靜電服、靜電鞋、靜電帽作每週定期清洗。
      5.7 成品半成品ESD要求：
      5.7.1 生產線半成品成品均須有ESD防護。
      5.7.2 維護備品不管是良品還是不良品均須裝於靜電盒內。
    頻率
    時間
    管制項目
    設備
    規格
    表格
    檢測人員
    異常處理
    季度
    第一週
    靜電地板
    表面電阻測試儀
    面到地：<= 109
    靜電地板測試記錄表
    廠務
    檢查並維護
    面到面：104 ~ 108Ω
    月
    第一週
    廠房靜電接地系統
    接地搖表
    阻抗 <= 4Ω
    廠房靜電測試記錄表
    廠務
    檢查接地系統損壞部分更換
    靜電桌墊
    表面電阻測試儀
    阻抗：104 ~ 109Ω
    ESD 桌墊靜電扣接地每月查核記錄表
    使用單位經論証合格者
    更換桌墊
    周
    第一個工作日
    機器 / 儀器 / 治具接地 (用三腳插座)
    萬用電表
    漏電電壓
    儀器設備接地每週查核記錄表
    使用單位經論証合格者
    重新檢查接地狀況
    機器 / 儀器 / 治具 / 靜電桌墊接地線
    萬用電表
    阻抗：1MΩ±20%
    儀器設備工作桌接地線每週查核記錄表
    使用單位經論証合格者
    更換
    台車接地鐵鏈
    萬用電表
    阻抗 <= 4Ω
    台車鐵鏈阻抗查核記錄表
    使用單位經論証合格者
    更換
    班
    開線前
    靜電手環
    靜電環測試儀或手環腳環測試器
    PASS OR NG
    ESD 靜電防護每日查核記錄表
    使用者
    更換或重新檢查