IPQCESD訓(xùn)練教材1課件

IPQCESD訓(xùn)練教材2024/4/17IPQCESD訓(xùn)練教材[1]

靜電如何形成

◆靜電是史載最早發(fā)現(xiàn)的一種〝電〞

–靜電其實是自從有人類以來，就影響著人類的生活 –西元前640年，希臘哲學(xué)家THACES把琥珀(Amber) 摩擦後發(fā)現(xiàn)可以吸附毛髮，而開始知道靜電的存在

◆靜電的形成

?導(dǎo)體–具有可移動的電子或價電子(ValenceElectrons)在原子 結(jié)構(gòu)的最外層，亦即受原子核(Nuclei)的束縛最小，當(dāng)受到外 來電場的吸引而移動(產(chǎn)生電流)，此類物質(zhì)稱為導(dǎo)體

?絕緣體–缺乏上述可移動的電子或價電子的物質(zhì)，稱為絕緣體2IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]

◎以物體抗靜導(dǎo)電性來區(qū)分材質(zhì) –導(dǎo)電性(Conductive)材質(zhì):表面店電阻係數(shù)在105Ω/square以下 –靜電衰減性(StaticDissipative)材質(zhì):表面電阻係數(shù)介於105~1012Ω/square –抗靜電性(Anti-Static)材質(zhì):表面電阻係數(shù)介於109~1012Ω/square –絕緣體(Insulator)材質(zhì):表面電阻係數(shù)介於1012Ω/square以上

◎摩擦生電37P+7P+7P+7P+e-e-e-e-e-e-e-平衡原子1e-平衡原子2帶負(fù)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-IPQCESD訓(xùn)練教材(二)

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◎物質(zhì)產(chǎn)生靜電大小排列如下表，其中愈正性與愈負(fù)性物質(zhì)互相摩擦產(chǎn)生之靜 電愈大

Air 空氣 Amber琥珀 Asbestos 石棉 AcetateRayon 人造絲 Aluminum 鋁 Brass,Silver 黃銅,銀 Cotton 棉 Gold,Platinum 金,白金 Fur 皮革 HardRubber 橡膠 Glass 玻璃 Orlon 奧龍 Hands 手 Polyester 多元脂 HumanHair 頭髮 Polyurethane PU聚亞氨脂 LeadHand 石墨 Polyvinyl PVC聚氯乙烯 Mica 雲(yún)母石 Polyethylene PE聚乙烯 Nylon 尼龍 Polypropylene PE聚丙烯 Paper 紙 SealingWax 蠟 RabbitFur 兔毛 Silicon 矽 Silk 絲 Sulfur 硫磺 Steel 鋼絲 Teflon 鐵弗龍 Wool 羊毛 Nickel,Copper 鎳,銅 Wood 木材4Negative負(fù)性(-)Positive正性(+)IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]

◆靜電就在您的週圍–人在走路或跑步就可以產(chǎn)生可觀的靜電，下面是一個量測人體靜電的實驗

靜電壓量表不銹鋼板人(不帶靜電環(huán))(StaticLocator)(12〞x12〞)絕緣架量測時溫度為24.5℃，相對濕度RH為55%一般地面5鞋子(皮鞋或球鞋)導(dǎo)線IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]

◎A)上述條件測量結(jié)果

所穿鞋子

動作

產(chǎn)生靜電壓(Volts)皮鞋原地慢速踏步150~200皮鞋原地快速跑步200~250球鞋原地慢速踏步200~250球鞋原地快速跑步250~350

◎B)當(dāng)不同條件下，靜電壓之變化

產(chǎn)生方法

10%~20%相對濕度

65%~95%相對濕度走過地毯35,0001,500走過塑膠地毯12,000250在椅子上工作6,000100拿起塑膠文件夾7,000600工作椅墊摩擦18,0001,5006IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]7

◆工作場所中常見的靜電產(chǎn)生物質(zhì)或活動：

?工作桌面–一般的塑膠、上臘、上漆。

?地板–水泥地板、一般塑膠地板。

?衣服–人造纖維衣服、一般非導(dǎo)電鞋、抹布。

?椅子–木材椅、塑膠椅、玻璃纖維椅。

?包裝及運送–塑膠袋、泡棉、保麗龍、塑膠盒。

?組裝、加工、測試、修理–噴霧清潔劑、吸錫器、鉻鐵、刷子 、塑膠帶、熱氣、烤箱、複寫紙。

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半導(dǎo)體產(chǎn)品抗靜電能力

◆抗靜電能力之量測(HumanBodyModel)

?依MIL-STD-883，Method3015，測試線路圖：

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)8IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]

◎各類半導(dǎo)體材料抗靜電能力之比較(NEPCON/WESTReport)

晶片種類

靜電破壞電壓(Volts) MOSFET100~200 EPROM100~ JFET140~7,000 Op-Amp190~2,500 CMOS250~3,000 SCHOTTKYDIODE300~2,500 TTL300~2,500 BipolarTransistor380~7,000 ECL500~ SCR680~10,000

9IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]

◆抗靜電能力之分類–依上述量測方法得到的結(jié)果，可將材料之 抗靜電能力區(qū)分為CategoryA與CategoryB(早期MIL分法)

類別

耐電壓(Min.Volts)

材料防靜電包裝保護(hù)需求A20~2000防靜電管及導(dǎo)電袋B>2000防靜電管及防靜電袋

由上可知，大體而言只要100V以上的靜電壓就可以對半導(dǎo)體產(chǎn) 生傷害，故ESD之防護(hù)工作，我們不可不慎。而基本上，不同Category之半導(dǎo)體可以不同的等級來做ESD防 護(hù)，但為方便於處理，通常都以處理較嚴(yán)密的CategoryA來做防護(hù)措施。10IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]11

◆ESD對人體會造成傷害嗎？

?家中的110V、240V常常因為使用不慎造成傷亡，那動輒幾之ESD 呢？是否會對人體造成傷害呢？

?造成肌肉或心臟麻痺主要的是……電流，尤其是交流電流。

?電流對人體傷害分析表(MIL-STD-454)。

電流大(毫安培、mA)

AC(60Hz)DC

結(jié)果0-10-1有知覺1-44-15感到驚訝4-2115-80有反射動作21-4080-160肌肉麻痺40-100160-300休克100以上300以上立即死亡IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]12

ESD的影響品質(zhì)方式

1.人體放電模式(HumanBodyModel,HBM)

–顧名思義知道此為借由人體於走動摩擦產(chǎn)生靜電，而影響到元件的模式人體元件(HBM)--------IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]C.N.Tsai,99/01/1113

2.電場感應(yīng)模式(FieldInducedModel,FIM)–指由於外來電場感應(yīng)產(chǎn)生電荷，巧遇機(jī)緣而將電荷引導(dǎo)接地引起的模式3.充電元件模式(ChargedDeviceMode,CDM)–上述FIM模式中當(dāng)元件被移離開電場或接地時，就變成CDM模式

元件外在電場感應(yīng)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)〣IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]14

元件被ESD破壞之原因及型態(tài)

◆ESD破壞之原因：1.功率產(chǎn)生：如熱崩潰、金屬被熔融2.電壓產(chǎn)生：如介電質(zhì)崩潰、表面崩潰3.潛在性故障：如功能劣化、降級IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]15

◆ESD破壞之型態(tài)

1.接面崩熔（JunctionBurnout） 過大的電流通過接面時，產(chǎn)生極大的熱量，使得接面崩熔。此種 破壞是屬於接面短路，並有二個特性 A..即使ESD的能量未能打穿接面（JunctionBurnout），也能造成元 件的失效 B.正向偏壓的ESD破壞能量是負(fù)向偏壓的5~15倍

2.氧化層貫穿針引線（OxidePunchThrough） 通常在金屬氧化層半導(dǎo)體（MOS）上可以發(fā)現(xiàn)此類型之破壞， 這是由於外加的靜電壓超過了氧化層的崩潰電壓所致。其現(xiàn)象亦 是短路。EBCEBCIPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]16

3.金屬層崩熔（MetalizationBurnout）由於過大的電流流經(jīng)金屬層，並在較脆弱的地方產(chǎn)生，由於 此種破經(jīng)常是伴隨著接面短路或是氧化層短路之後發(fā)生故屬於所謂的二次崩潰（SecondaryBreakdown）。而其現(xiàn)象為斷路。IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]17 ◆靜電的累積破壞–負(fù)傷而行

?接面崩熔（WalkingWounded）–許多實驗證實靜電能使半導(dǎo)體負(fù) 傷，但不玫立即完全破壞其功能，而且有多數(shù)這些『負(fù)傷而行』的 元件都能通過測試直到這些元件送到客戶之後，隨時會從『負(fù)傷而 行』變成完全失效。

?下面是一ESD累積破壞的試驗： 應(yīng)用前述HBM接線方式（僅略去人體的電阻R2=1.5KΩ）來 量測54S163IC 試驗條件： 試驗結(jié)果： 材料：54s163 測試前 I=2.883μA PASS 人體電容：100pf 第一次 I=2.883μA

PASS 每次放電：50V

第二次

I=2.890μA PASS 放電次數(shù)：5次 第三次 I=2.890μA PASS 測試點：Vin=Pin2(A) 第四次 I=1.872mA FAIL GND=Pin8(B) 第五次 I=2.147mA FAILIPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]18

ESD破壞分析

◆找出PCB上之故障元件

◆對故障元件進(jìn)行基本電性量測–功能測試–參數(shù)測試

◆X-ray做表層分析

◆去封膠（Decapsulate）檢視內(nèi)部

◆去除各層（玻璃層、鋁層）層層檢視 幾種遭ESD破壞案例參考IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]19去鋁層之後的接合窗接合窗放大10,000之後可見貫穿現(xiàn)象A金屬接合窗橫切面放大(2,000)橫切面放大(10,000)

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靜電防護(hù)

◆晶片設(shè)計的靜電防護(hù)(治本方法) 本方法乃是靜電防護(hù)最好的辦法，但在設(shè)計半導(dǎo)體的抗靜電電路時，必須考慮到電路產(chǎn)生熱的影響、反應(yīng)時間、最大電壓、能量傳導(dǎo)、寄生電容等等因子，故並非隨心所欲可以辦到。因此靜電防護(hù)仍必須靠一些治標(biāo)的方法。

◆靜電防護(hù)的基本原則1.避免靜電產(chǎn)生2.疏導(dǎo)或中和所產(chǎn)生之靜電3.摒蔽靜電場逐一介紹說明如下：IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]21

1.避免靜電產(chǎn)生(A)潮溼法(Moisturing)水氣本身會有導(dǎo)電現(xiàn)象，故可降低絕綠體表面電阻，達(dá)到靜電防護(hù)目的(B)抗靜電塗佈法(Anti-StaticCoating)–有部份溶液可噴灑於綠體青面降低物體表面電阻，達(dá)到靜電防護(hù)的目的。但此種塗層，日久會脫落而漸漸失去其效果，故必須考慮其有效期。(C)內(nèi)部靜電劑法(ImbededAnfi-StaticAgent)–這是在材料中加入具有導(dǎo)電性或吸溼性的物質(zhì)，使其外層具有輕微導(dǎo)電性。此方法可以不必考慮有效期，但成本較高。

2.疏導(dǎo)或中和靜電法(A)疏導(dǎo)法(Bleed-Off)典型的疏導(dǎo)法就是配帶靜電環(huán)(WristStrap)，是將人體產(chǎn)生之靜電電荷，藉由導(dǎo)線將所產(chǎn)生之電荷傳導(dǎo)出去。通常靜電環(huán)中會接一1MΩ之接地電阻，以保護(hù)人員工作之安全。IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]22

(B)中和法(Neutralization) 利用靜電消除器(Ionizer)來釋出正、負(fù)離子以中和消除靜電效應(yīng)。 目前常用的靜電消除器有下列幾種： a.放射性靜電消除器–使用放射性物質(zhì)釙或元素之輻射能來撞擊空 氣使之分裂成等量的正、負(fù)離子。使用此Ionizer必須加防護(hù)結(jié)構(gòu)。 其優(yōu)點是不需電源容易裝置，具有防炸功能；缺點是使用壽命短 (每年更換)，必須離使用遇火警時極危險。 b.高壓靜電效應(yīng)消除器–利用針點高壓(5KV左右)尖端放電來電離 空氣分子。此種裝置具有高效率及高安全性之特點，所產(chǎn)生之電 流僅幾微安培(μA)，不會產(chǎn)生電擊。 c.感應(yīng)靜電效應(yīng)消除器–這是利用帶電物質(zhì)之高電壓(對接地點)來 電離空氣離子IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]23

3.摒蔽靜電場（FieldShielding）此種方法乃利用FaradyCage之原理使靜電場被摒蔽在容器之外圍。左圖是－5KV電場下各種容器內(nèi)測得的靜電場，右圖是一摒蔽電場之模型電場無法貫穿僅分佈表面電壓(kv)時間(秒)01.02.03.01.02.03.0導(dǎo)電袋防靜電袋一般PE袋金屬容器IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]24

各類常用靜電防護(hù)材料

1.靜電環(huán)–由伸縮拉環(huán)，內(nèi)含1MegaΩ±10%電阻之導(dǎo)線及接頭所構(gòu)成。配帶靜電環(huán)時必須注意到： (a)靜電環(huán)必須與手緊密接觸，不可鬆脫或套於衣袖上 (b)與接地之間必須保持1MΩ±10%之電阻 (c)接頭必須固定妥當(dāng)，當(dāng)接頭未接地妥當(dāng)時，不得碰觸材料 2. 抗靜電材料(袋、管、管塞、盒等)–在材料上塗佈抗靜電液， 使材料不會產(chǎn)生靜電荷，或僅產(chǎn)生微量的靜電荷(通常在100V以下)。此類材料表面電阻要求在<1012Ω/square以下，靜電消散時間<2sec。使用此材料應(yīng)： (a)此材料僅能防止本身產(chǎn)生靜電，而卻無法防止靜電場破壞 (b)表面塗層必須考慮其有效期 (c)一般工業(yè)界會將此類產(chǎn)品製成粉紅色

IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]253.靜電遮蔽材料(袋、管、管塞、盒等)–此種材料一般含有二或三層，上下(或外)層是抗張力強(qiáng)的抗靜電化學(xué)合成物質(zhì)(R<1012Ω/square，靜電消散時間<2sec)，中間(或內(nèi))層是一層薄薄的金屬箔(105<R<

109Ω/square)。使用時需注意： (a)避免使用尖銳物品刮壞金屬層 (b)封閉的導(dǎo)電袋或容器才有完全之保護(hù) 4. 靜電消除器–利用儀器所產(chǎn)生的大量離子，將絕緣體表面的靜電予以中和。使用靜電消除器必須注意： (a)靜電消除器必須在工作範(fàn)圍4~5呎內(nèi)方為有效區(qū)域 (b)靜電消除器必須定期清理所積聚之灰塵，至少3個月內(nèi)清理 一次 (c)靜電消除器必須定期檢查其離子是否平衡 (d)靜電消除器會產(chǎn)生臭氧(O3)對人體無害(有益)，但臭氧濃度不可超過0.1DPPM，否則其異味會使人難以忍受

IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]26

5.防靜電工作桌1.人體2.靜電環(huán)3.防靜電桌面4.儀器5.靜電鞋6.導(dǎo)電地板IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]27 註：各接地點之標(biāo)準(zhǔn)接法 4. 其它常用抗靜電材料： (a)防靜電手套、指套 (b)抗靜電手套、袖套 (c)靜電消除劑 (d)靜電鞋

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各種靜電標(biāo)示警告A.〝對ESD敏感〞標(biāo)示： C.〝保護(hù)〞+外弧去斜線之標(biāo)示： 適用於告知電子零組件對ESD 用於工具或材料上已具有控制ESD 極為敏感，易遭ESD破壞。 之功效。

B.〝對ESD敏感〞+警語之標(biāo)示：D.〝對ESD敏感〞標(biāo)示亦可用：

適用於防靜電包裝袋上。IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]29

制程對ESD之要求

◆設(shè)備要求

1.設(shè)備機(jī)殼：AC-INPUTU一律使用三插頭有接地端子電源線，設(shè)備外殼一律接地。(AI、RI、SMD、加工成型機(jī)、測試儀 器、錫爐等) 2.外加工治具：一律使用金屬製作，並接地處理。(含散熱片 鎖附治具) 3.維修站：工作臺表面，需鋪上靜電墊，其表面阻值為105~ 109Ω/SQUARE，人員、儀器皆需確實接地 4.鉻鐵：外殼需接地處理 5.零件盒：半導(dǎo)體之零件被裝置或取出時，作業(yè)人員需配帶靜 電環(huán)，零件放於導(dǎo)電容器或?qū)щ娭慵兄?。半?dǎo)體零件嚴(yán) 禁放置於塑膠容器(非靜電盒)或保麗龍容器中IPQCESD訓(xùn)練教材(二)IPQCESD訓(xùn)練教材[1]30

◆搬運要求

1.靜電盒：石墨型(黑色，永久型)規(guī)格為105~109Ω/SQUARE， 可使用期限一年以上 2.金屬盒：手插件段(HI)放置小零件之料盒，一般為不銹鋼導(dǎo) 體，必須接地使用 3.籃子：防靜電盒如使用一般塑膠籃，則需加上防靜電之隔離 使用 4.輸送帶：生產(chǎn)線若以輸送帶方式作業(yè)時，輸