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技術(shù)文章

靜電放電防治
市場對電子產(chǎn)品的輕薄短小的追求，促使電子組件不斷的縮小尺寸加上大量使用高分子材料，因此使靜電對電子產(chǎn)品的影響日益受到重視，甚至以往不為靜電所動的組裝業(yè)也受到一定的壓力。 

靜電其實是一個因循了幾十年的不正確的名詞，因為如果電有靜止的那我們今天就不必來研究如何防止其放電為害的問題，而放電就是電子(荷)快速移動的現(xiàn)象，當(dāng)電荷未移動之前應(yīng)視為一堆有壓力的電子(荷)，就像氣球中有限的氣團(tuán)不能任意移動，一旦有移動的機(jī)會就如氣球被戳破一般，瞬間放盡微小而破壞力驚人的能量。[1] 

另外，靜電是一種自然的恩賜，有許多產(chǎn)業(yè)是靠靜電獲利的，如影印、涂裝業(yè)，更重要的是如果沒有靜電力，這個世界包括你我在內(nèi)都無法存在。以下本文將延用大家習(xí)慣的名詞，以條例的方式減少文字，分享一些電子封裝組裝業(yè)對靜電放電破壞的防制方法實戰(zhàn)經(jīng)驗。 

本文將探討以下幾項有關(guān)靜電放電防制的要點： 

1 靜電放電防制作業(yè)規(guī)范； 

2 靜電放電防制秘訣； 

3 靜電發(fā)生的原因； 

4 靜電防護(hù)基本操作； 

5 操作人員的靜電防護(hù)； 

6 靜電吸附的污染； 

7 靜電消除器的選擇； 

8 半導(dǎo)體產(chǎn)品的靜電破壞故障分析。 

1 靜電放電防制作業(yè)規(guī)范 : 

1.1 JESD625-A(Revision of EIA-625) 

1.2 ANSI/ESD S20.20 

2 靜電放電防制秘訣：[2][3] 

2.1 產(chǎn)品不要發(fā)生靜電(電荷不平衡的狀況)。 

2.2 不要讓產(chǎn)品的靜電荷不可靠的放電。 

2.3 半導(dǎo)體產(chǎn)品因體積小，放置的背景會影響其靜電電壓的量測，因此量出低的電壓不代表是可靠的。 

2.4 生產(chǎn)及儲存對靜電放電敏感產(chǎn)品的設(shè)備要作靜電接地。 

2.5 接觸靜電放電敏感產(chǎn)品的治具使用抗靜電材料。 

2.6 確定產(chǎn)品通過生產(chǎn)設(shè)備時會產(chǎn)生靜電電荷的位置，并且 

2.7 依產(chǎn)品，制程特性選則適當(dāng)?shù)撵o電消除器。 

2.8 對所裝置的靜電消除器要嚴(yán)格依照計劃檢測保養(yǎng)。 

3 靜電發(fā)生的原因：[1] 

3.1 靜電的產(chǎn)生弟一種原因是兩種能帶不同的物質(zhì)接觸后分離而表面生成不平衡的電荷堆積，凡產(chǎn)品經(jīng)與生產(chǎn)機(jī)具的機(jī)構(gòu)接觸后又分離、經(jīng)黏貼后又分離其表面必定會產(chǎn)生不平衡的電荷，面積愈大產(chǎn)生電荷愈多，而這兩種物質(zhì)的能帶也決定電荷多少。 

3.2 當(dāng)靜電產(chǎn)生在絕緣體與未作靜電接地的導(dǎo)體時電荷都會留滯積聚。 

3.3 靜電的產(chǎn)生弟二種原因是受周遭帶電物體電場感應(yīng)而產(chǎn)生，物體面積愈大能使被感應(yīng)的物體產(chǎn)生愈多的電荷。 

3.4 移動位置會改變帶的電物體的電容量，從工作面拿起一個小芯片通常不會有問題，但拿起一片晶圓就很可能使其中晶體被靜電放電破壞，光罩或LCD玻璃等大面積物件被拿起離開桌面后因電容量變小使靜電壓升高而造成靜電放電破壞。 

3.5 靜電是無塵室里的必然現(xiàn)象，因為環(huán)境較低的相對濕度促使靜電容易存留堆積，靜電除了會因放電造成產(chǎn)品破壞，也可能造成環(huán)境災(zāi)害如火災(zāi)等，甚至于使精密設(shè)備當(dāng)機(jī)。[4] 

3.6 高電壓的設(shè)施、電纜等外漏的電場也會使附近產(chǎn)品生成感應(yīng)靜電。 

4 靜電防護(hù)基本操作：[2][3][4][5][6][7][8] 

4.1 防止靜電放電破壞基本上就是有效控制、延緩放電時間。 

4.2 對于絕緣體與無法作靜電接地的導(dǎo)體唯有靜電消除器能平衡消除其電荷堆積。 

4.3 導(dǎo)體，例如生產(chǎn)機(jī)具一定要作接地，接觸靜電放電敏感產(chǎn)品的操作面則要作靜電阻抗接地。 

4.4 靜電放電敏感產(chǎn)品不要接觸金屬器械模具，會接觸的工作面要以抗靜電材料制作。 

4.5 會產(chǎn)生靜電的必要器材用具要作好隔離管制。 

4.6 運送晶圓的塑料晶舟會產(chǎn)生非常強的靜電電荷，應(yīng)該在靜電消除器下撕去密封膠帶，等待至少10秒鐘再打開蓋子。 

4.7 作業(yè)用的晶舟只要移動都要在靜電消除器防護(hù)之下。 

4.8 電子零件很常用到氣泡布或泡棉包裝，這些包裝材料不要帶到生產(chǎn)在線，尤其是沒有抗靜電處理的材料。 

5 操作人員的靜電防護(hù)：[5][6][7] 

5.1 后端的組裝線基本上以戴靜電接地手環(huán)為主，如果地板有靜電接地則可用踝環(huán)接地帶或穿抗靜電拖鞋或抗靜電工作鞋較為方便可靠。 

5.2 無塵室的人員一定是選無塵室等級的抗靜電工作鞋。 

6 靜電吸附的污染[9][10] 

6.1 有了靜電電荷堆積即使沒有靜電放電也會造成靜電吸附污染。 

6.2 任何靜電電荷堆積的對象所生成的電力場對質(zhì)量微小的空氣懸浮顆粒都有致命的吸引力，尤其是帶極性相反電荷的氣浮顆粒。 

6.3 靜電吸附作用造成的污染是無法用一般方法擦拭或吹掉的，而且是愈擦愈臟。 

6.4 靜電吸附愈小的污染物其吸附力愈大。 

6.5 做好無塵室管理防止污染發(fā)生，正確的使用靜電消除器來保持產(chǎn)品常處在低靜電電荷(場)的狀態(tài)，才能大幅降低靜電吸附的污染。 

7 靜電消除器的選擇：[11][12] 

7.1 ISO7以下的無塵室里一般以離子風(fēng)扇的使用較經(jīng)濟(jì)，有效面積也較大。 

7.2 ISO6以上的無塵室里5cm到30cm短距離則以靜電消除排(Bar Ionizer)或靜電消除噴氣嘴(Nozzle)較合適中距離。 

7.3 60cm以上長距離以及ISO5的環(huán)境則應(yīng)選直流，濟(jì)好是脈波直流電暈放電方式的靜電消除器。 

7.4 無法吹氣的地方可選用無氣脈波直流電暈放電方式的靜電消除器、軟性X光或非常貴的幅射靜電消除器。 

7.5 真空的環(huán)境可使用紫外線靜電消除器。 

7.6 對自動平衡的靜電消除器應(yīng)針對固定的對象使用，對移動頻繁的對象要考慮其自動平衡的延遲可能反而無法有效消除靜電。 

8 半導(dǎo)體產(chǎn)品的靜電破壞故障分析：[13][14][15][16][17] 

8.1 檢驗人員的訓(xùn)練與經(jīng)驗是故障分析的關(guān)鍵。 

8.2 原設(shè)計廠商的配合才能快速正確的找到故障進(jìn)而找出原因。 

8.3 半導(dǎo)體產(chǎn)品的靜電破壞有前后段之分，前段因還沒有封裝，表面一定可以光學(xué)顯微鏡看得到破壞的痕跡，這時受過訓(xùn)練有經(jīng)驗的檢驗人員才能分辨出破壞的痕跡。 

8.4 到測試站發(fā)現(xiàn)漏電的產(chǎn)品，都是已封好的了，如果X光檢查沒有機(jī)械性短路常會往靜電破壞的方向去想，要進(jìn)一步檢查當(dāng)然要把封材打開。 

8.5 如果有原設(shè)計廠商的指導(dǎo)也可透過電測的手法，利用一些對漏電流有影響的特性，量測出半導(dǎo)體在特定條件下電流一定的變化，或找到放電擊穿生成的二極管來加以確認(rèn)故障。 

8.6 打開后的樣品要先以光學(xué)顯微鏡找破壞的痕跡，然而因有些傷痕很小，有時高倍數(shù)(1000倍)的光學(xué)顯微鏡都無法看見，就要倚靠電子顯微鏡(SEM)來搜尋被破壞的位置。 

8.7 有原設(shè)計廠商的指導(dǎo)接上適當(dāng)電源或信號源就可藉液晶顯示或者微光顯微鏡找到發(fā)熱點。 

8.8 靜電放電破壞的痕跡通常要有些經(jīng)驗才看得出來，其現(xiàn)象常會是線條邊淺淺的斑，絕緣層中的導(dǎo)線熔融時熱膨漲造成表面的裂痕一般都要靠電子顯微鏡才能分辨。 

8.9 以上所找到發(fā)熱點或熔融裂痕位置要進(jìn)一步藉離子束蝕刻(FIB)切斷面進(jìn)一步找出真正燒熔處加以確認(rèn)。 

8.10 集成電路只有輸出入端才會受到靜電放電破壞。 

9 結(jié)論 

靜電防護(hù)的投資是無法估算還本效益，但是往往防止一次靜電破壞就夠本，只要有靜電產(chǎn)生一定會造成破壞，**正確的作法：防護(hù)重于**，靜電放電防制濟(jì)重設(shè)備的維護(hù)保持靜電消除設(shè)備正常運作，其次才是監(jiān)測，藉高頻電磁波探測可幫助找到放電位置并排除之。 

雖然本文主要探討靜電放電對集成電路的破壞與防護(hù)方法，但大部份集成電路在測試出有漏電故障其實并非靜電放電擊穿所造成，晶圓從原料到制造所產(chǎn)生晶格差排及微污染才是占大比例的重要的原因，可另為文討論。

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