静电防护

3EH&PDPage1靜電防護研討會3MTaiwanESDAware3EH&PDPage2HumanPerceptionsofESDHumanPerceptionsofESDAt3,000volts3,000volts,youcanESDESDAt5,000volts5,000volts,youcanESDESDAt10,000volts10,000volts,youcanESDESD3EH&PDPage3半導體裝置的靜電敏感度裝置的類型靜電貯存偏轉的範圍敏感度的門限值（V）硬碟機讀寫頭20縱向金屬氧化物半導體30-1,800金屬氧化半導體場效應晶體管100-200砷化鎵場效應晶體管100-300電可編序讀存貯器100結型場效應晶體管140-7,000SAW150-500運算放大器190-2,500CMOS互補型金屬氧化物半導體（具輸入防護裝置）250-3,000散粒二極管300-2,500薄膜電阻（厚，薄）300-3,000雙極晶體管380-7,000ECL發射極耦合邏輯電路（於印刷電路板水平）500半導體控制整流器680-1,000散粒晶體管-晶體管邏輯電路1,000-2,5003EH&PDPage4引起靜電的原因?靜電是什麼?靜電如何產生?靜態的電荷電子失去平衡摩擦(TriboelectricChargingEffect)3EH&PDPage5正離子中性粒子負離子缺少電子電子與中子平衡得到電子pnpnpnpnpnpn物質表面經由某種過程(如磨擦)而失去電子或得到電子,使帶靜止的電荷謂之靜電3EH&PDPage6當物質接觸和分離時便產生電荷++++++++++3EH&PDPage7靜電產生原因磨擦生電(Triboelectric)感應(Induction)電容變化(ChangeinCapacitance)光電效應(PhotoelectricEffect)粒子波(ParticleBeam)結冰(Freezing)游離輻射衰變(RadioactiveDecay)場發射(FieldEmission)…3EH&PDPage8影響靜電荷產生量的因素相對濕度物質材料(磨擦電序列)接觸的面積摩擦頻率/速度3EH&PDPage9相對溼度良好靜電安全區域(SSZ),其相對濕度條件應在50%+/-10%,一般工廠作業區域其溼度不宜低於30%.若低於30%時可考慮使用離子中和設備或是加濕器.3EH&PDPage10一般的靜電電壓在地毯上走過35,0001,500在乙烯基地板上走過12,000250工人在工作台工作6,000100乙烯基包封的施工說明7,000600從工作台檢來普通聚20,0001,200乙烯袋墊以聚氨基甲酸酯海18,0001,500綿的工作椅靜電產生的途徑百份之十至二十的相對濕度百份之六十至九十的相對濕度靜電電壓(V)溫度:210C3EH&PDPage11人體的電壓變化單足提起最高1550伏操作員坐下最高1400伏電壓的高度最高850伏1500操作員站立操作員行走10003800伏/秒500時間雙足垂下0操作員坐下3200伏/秒3200伏/秒秒伏3EH&PDPage12磨擦電序列正(Positive)空氣(Air)鋼(Steel)人手(Hands)木(Wood)玻璃(Glass)橡膠(Rubber)毛髮(Hair)金(Gold)石英(Quartz)多元脂(Polyester)尼龍(Nylon)聚安脂(Polyethylene)羊毛(Wood)聚乙烯(Polyethylene)絲綢(Silk)聚丙烯(Polypropylene)鋁(Aluminum)乙烯基(Vinyl)紙(Paper)矽(Silicon)棉(Cotton)鐵弗龍(Teflon)負(Negative)3EH&PDPage13產生局部高溫或電位差,造成元件損壞元件性能失常/衰老/提早老化火警或爆炸的危險客戶抱怨,商譽損失成本問題ESD的影響3EH&PDPage14DAMAGESCAUSEDBYESD3EH&PDPage15在任何階段皆可出現裝置失效單個元件電路板組裝產品裝配包裝最終使用者3EH&PDPage16RankingofSemiconductorRankingofSemiconductorFailureCausesFailureCausesEOS/ESDEOS/ESDisthe#1CauseofSemiconductorFailureSource:SemiconductorReliabilityNews,March1993EOS/ESD59%59%Electricaltesting3%3%Oxide/passivationfailure3%3%Conductorfailure3%3%Diefracture4%4%Leadshort/open7%7%Wirebonds15%15%Others6%6%3EH&PDPage17失效的程度1.毀壞性失效元件不再工作;約佔靜電破壞的10%2.性能減低及/或電場過早失效元件仍然工作,但有存在之隱憂;約佔靜電破壞的90%3EH&PDPage18成本分析可以馬上發現之靜電破壞所須花費成本:--Component:1--Board:10~100--System:100~1000若為潛在故障,損失為以上之數倍客戶不滿意之成本則無法衡量3EH&PDPage19ComponentLevelBoardLevelSystemLevelFieldServiceLevel$5$500$50$5000CostofCostofESDESDdamageincreasesbydamageincreasesbyten(10)ten(10)foldateveryincrementalfoldateveryincrementallevellevel3EH&PDPage20人體放射出的靜電場400030002000100050003EH&PDPage21工作區域內易產生靜電的東西工作的桌面地板椅子衣服紙張及文件夾包裝材料高速氣流工作人員3EH&PDPage22導體及非導體導體容許電子在物體表面流動非導體阻止電子在物體表面流動因此.......將導體接地以消除其上的靜電荷及以離子化空氣中和非導體上的靜電荷3EH&PDPage23電阻之區分ANSI/EIA-541導電的耗散的防靜電的絕緣的100102104105106108109101010121014導電的耗散的靜電屏蔽絕緣的DODHDBK263(美國國防部手冊263)3EH&PDPage24靜電名詞定義導電材料(Conductive)表面阻抗率1*105ohm/square靜電消散材料(Disspative)1*105表面阻抗率1*109ohm/square抗靜電材料(Anti-Static)1*109表面阻抗率1*1012ohm/square絕緣材料(Insulative)表面阻抗率1*1012ohm/square3EH&PDPage25靜電防制主要途徑1.發散方式(接地)2.中和方式3.遮蔽方式4.預防3EH&PDPage261.發散方式:藉由通路建立,將導體上的靜電排除(接地)藉由通路電阻,限制電流速率大小藉由通路電阻,控制靜電消散時間長短3EH&PDPage27接地須知建議使用共同接地同點電氣系統接地較獨立系統或樓房的地面有效EOS/ESD協會標準6.1是最廣為人接受的接地準則3EH&PDPage282.中和方式:利用吹出大量之正負離子將非導體(絕緣體)表面上的靜電荷中和.==離子風扇/離子槍3EH&PDPage293.遮蔽方式:當一靜電敏感元件由一個靜電安全區域移送至另一個區域時,為避免運送途中可能產生之靜電破壞,必需須給予遮蔽保護.==遮蔽袋/導電盒3EH&PDPage30靜電遮蔽示意圖設有靜電防護裝置的工作區域設有靜電防護裝置的工作區域靜電遮蔽箱/袋3EH&PDPage31在靜電防護工作區域內盡可能使用抗靜電/導電或是阻抗值較低之材料.==抗靜電桌/地墊靜電無法完全避免,只能予以限制！4.預防方式:3EH&PDPage32摘要每當不同的物質分離時會產生靜電電場引起電感效應靜電釋放導致能量轉移(由靜止電壓轉為流動之電流),要控制放電的速度導體上的靜電可用接地技巧所控制非導體上的靜電可用離子化作用所中和運送時可用靜電屏蔽產品來防護最重要的靜電防護工作:完整的接地系統!!!3EH&PDPage33靜電防護的四項基本原則1.在靜電防護工作區域內處理靜電敏感元件==桌墊/導電地板/手環/腳環/離子風扇2.用靜電遮蔽袋或容器運送及儲存靜電敏感元件==靜電遮蔽袋/導電箱/導電盒/導電盤3.定期檢測所有靜電防護系統是否操作正常==表面阻抗測試儀/靜電測試儀手腳環測試儀/離子風扇測試儀4.確認每一個供應商明白並遵從以上三項原則==稽核供應商工廠靜電防護系統3EH&PDPage34Rule1-SolutionsRule1-SolutionsWorksurfaceMaterialsFlooringMaterialsWristStrapsShoeGroundingIonization3EH&PDPage35Rule2-SolutionsRule2-SolutionsFlexiblepackaging-shieldingbagsRigidcontainers-toteboxes,trays,cardcarriers3EH&PDPage36Rule3-TestEquipmentRule3-TestEquipmentTesterforWrist/ShoeStrapResistancemeasuringmeterforworksurfacesandflooringFieldmeterforIonization3EH&PDPage37製定ESD標準之組織Military--MIL-STD-883EEIA/JEDEC--EIA541--EIA625ESDAssociationInternationalOrganizations3EH&PDPage38測試標準及週期手環至少每天檢查一次109OHMSESDS-1.0導電鞋每週109OHMSESDS-9.0鞋環每天109OHMSESDS-9.0靜電桌/地墊每三個月接點-每天/每週ESDS-4.1導地板每三個月ESDDS-7.1電離子中和作用房間－每三個月;20秒檯面－每三個月;10秒噴鎗－每週;2秒ESDS-3.13EH&PDPage39StandardsandTestMethodsStandardsandTestMethods•EOS/ESDS4.1-Worksurfaces•EOS/ESDS3.1-Ionization•EOS/ESDS1-WristStraps•EOS/ESDS6.1-Grounding•EOS/ESDS7.1-Flooring•EOS/ESDS8.1-Symbols•ESDS11.11-SurfaceResistance•ESDS11.31-Shielding(Energy)•EIA-541-PackagingofElectronicProductsforShipment3EH&PDPage40靜電防護材料測試方法1.表面阻抗率(包裝材料)測試ESDS11.11/EIA-541ASTMD257/MIL-B-817052.靜電消散時間測試Federal101C4046.1EIA-541/MIL-B-817053EH&PDPage41靜電防護材料測試方法3.靜電遮蔽測試ESDS11.31/EIA-541MIL-B-81705C4.8.64.桌墊及地板測試ANSI/ESDS4.1&7.1MIL-PRF-878935.靜電手環測試ARTG10Mohms測試3EH&PDPage42靜電防護材料