ESD静电培训

RogerShen靜電防治訓練課程經驗分享業務部Rogher.Shen內容大綱靜電放電簡介靜電放電的模型ESD的影響靜電防治專有名詞介紹靜電防治材料定義靜電防治基本法則ESDA測試標準及介紹Rogher.Shen靜電放電簡介靜電是甚麼?原因—剝離,摩擦,感應……機制---物質因失或得到電子而帶電Rogher.Shen影響摩擦生電電量的因素Rogher.Shen常用的數量級符號數量級全名符號1012TeraT109GigaG106MegaM103KiloK10-3MilliM10-6Microμ10-9NanoN10-12PicoPRogher.Shen典型的ESD電壓515噴電路冷凝噴霧劑18動作真空吸錫器316PC板上的收縮膜1.512移除PC板上的MYLAR膠帶1.518在地上滑動苯乙烯材質箱子0.620拿起聚乙烯塑膠袋1.518坐離發泡椅墊1.535走動於人造地毯0.2512走動於乙烯材質的地板相對溼度80%相對溼度20%境電壓(KV)靜電之產生Rogher.Shen靜電放電的模型人體帶電模型(HumanBodyMedel,HBM)¾DischargetotheDevice機器帶電模型(MachineModel,MM)¾DischargetotheDevice元件帶電模型(CharagedDeviceModel,CDM)¾DischargefromtheDeviceRogher.Shen(HumanBodyMedel,HBM)模擬由站立人體之手指尖端放電至元件的現象Rogher.Shen(MachineModel,MM)70年代,日本人認為HBM不足以代表worst-case而提出,適用於自動組裝之製造環境¾MM的電容值較HBM大,因此MM儲存的電荷較多¾R很小因此電流較大,速度較快Rogher.Shen(CharagedDeviceModel,CDM)現代自動化組裝製造環境中最重要的ESD模型--觀念簡單,再生困難--速度快,難保護CDMEvent的來源--測試機台--SMT--IC的包裝Rogher.ShenESD的三種模型HBM與MM—人體,機器或環境帶電--HBM是最古老且最常發生的模式,但並非最嚴重的危害模式--MM造成的故障與HBM類似但電壓卻遠低於HBM,速度亦較HBM快CDM—元件帶電--模擬一帶電元件經由一腳接地而放電的現象•造成ESD故障的主要原因--電流上升時間最快速Rogher.ShenESD的影響ESD事件—因局部高溫或電位差造成半導體元件的破壞ESD基本上就是一種熱效應可能發生在製程中或使用中的任何階段成本問題,客戶抱怨,商譽的損失Rogher.Shen電子元件ESD故障之構因功率相關:熱崩潰,金屬熔蝕…-Power=IESD×Voperating電壓相關:介電質崩潰…潛在性故障:功能劣化…Rogher.Shen靜電防治專有名詞介紹ESDS(ElectrostaticDischargeSensitive)Item靜電放電敏感零組件對於靜電放電敏感(易被ESD破壞)的元件.組件或模組SSZ(Static-SafeZone)靜電安全區域內部任一點均符合BasicRule之要求的區域SSW(Static-SafeWorkstation)靜電安全工作站EsdProtectiveWorkstation(SSW)靜電放電防護工作站內涵ESDSItem的特定工作區域.必須符合SSZ之要求.通常其犯較小如SMT線.手插件區.測試區.重工區SSP(Static-SafePackage)靜電安全包裝EsdProtectivePackage(SSP)靜電放電防護包裝能夠限制摩擦生電.屏蔽靜電場或免除靜電放電對ESDS元件產破壞的包裝Rogher.Shen靜電防治專有名詞介紹ESDProtectiveArea靜電放電防護區域(EPA)內涵ESDSItem的大範圍工作區域.所有人員進入時皆應穿戴適當之接地設備.且所有行為亦須遵守其相關規定TriboelectricCharging摩擦生電當兩種材料接觸摩擦(Friction)或剝離(Separation)時其表面產生靜電荷的現象Rogher.Shen靜電防治專有名詞介紹SurfaceResistance表面電阻以二個電極放罝於一材料表面上,加以一直流電壓(V),量測其通過之電流值(I),再計算出其電阻值(R),其單位為歐姆(Ω).SurfaceResistivity表面電阻率均一材料的單位面積表面電阻,其單位為Ω/square,表面電阻率與體積電阻率間通常存在一比例,該比例與量測電極之幾何形狀有關VolumeResistivity體積電阻率即電阻率或稱電阻係數其單位為Ω-CMRogher.Shen靜電防治材料定義ConductiveMaterials導電材料表面電阻率小於1x105Ω/square,或其體積電阻率小於1x104Ω-CM(ESDADV1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)StaticDissipativeMaterial靜電消散材料表面電阻率至少為1x105Ω/square且小於1x1012Ω/square,或其體積電阻率至少1x104Ω-CM為且小於1x1011Ω-CM(ESDADV1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)Anti-StaticMaterial抗靜電材料-能抑制摩擦生電的材料(ESDAADV.1.0)-能抑制摩擦生電至200V以下的材料(EIA-625)-抗靜電材料並不須要量測其表面電阻率或體積電阻來決定其特性.Rogher.Shen靜電防治材料定義InsulatingMaterial絕緣材料表面電阻率大於1x1012或其體電阻率大於1x1011的材料(EIA-625-1994);ESDAADV1.0-1994)StaticShieldingMaterial靜電屏蔽材料可防止元件遭受外界的靜電場破壞的一種防護屏障(EIA-625)Rogher.Shen靜電防治基本法則將工作區的所有導電物接地使其帶電不超過50V以靜電壓表確認工作區內的非導電物體所帶電壓不超過300V(or200V)如果靜電場無法避免應確保靜電敏感零組件與帶電之表面保持足夠的距離Rogher.ShenESD問題的對策z作業人員的頭髮--+8000Vd-1m--以靜電壓表確認,距離皮膚表面5cm以內,因電壓抑制的效果,靜電壓可降至+300以下z作業人員的衣著--需要抗靜電衣嗎?(整齊--洗衣與量測之成本)z搬運工具--若台車為絕緣輪,移動時易與地面摩擦而累積靜電更換為導電輪--需注意污染問題拖鐵鍊--堆高機不應行經舖有導電地板的區域Rogher.ShenESD問題的對策z紙張.紙製標籤--在常溫常濕下,紙製品可視為抗靜電(Antistatic)材料,因此非光面紙製品在工作區是可被允許的.(MIL-HDBK-263)z手套的使用--潔淨室內的一般要求--靜電消散時間(Static-decaytime)2sec?(FED-STD-101,Method4046)--量測其表面電阻率StaticDissipative?--戴上手套後是否需要再戴靜電環?Rogher.ShenESD問題的對策z離子風扇--解決工作區內絕緣體的帶電問題--使用Charged-platemonitor評估Dischargetime&balancelevelz成品/半成品在工廠內的運送--使用普通透明塑膠袋,半透明metalized塑膠袋,導電袋,或是鋁箔袋(.25milasaFaradaycage)?--作放電測試(dischargetest),以滿足自己的需求為原則.記得靜電安全包裝(SSP)並不一定必須滿足Faradaycage的條件.z無線靜電環(CordlessWristStrap)--原理:Cormnadischarge.--以靜電壓表實際量測人體帶電量---2KV(超過2kv既沒有用)Rogher.ShenESD問題的對策z導電地墊--可使用於無導電地板的工作區,並搭配導電鞋--清潔用品之挑選z靜電接地(工作檯面及作業人員)--目的:使作業人員在同一電位上地樁建物的金屬結構金屬水管--建議:與市電地線間電位差不超過5V(rms);或阻抗不超過25歐姆.Rogher.ShenESDA測試標準及介紹靜電放電相關測試程序和標準zU.S.Military/DepartmentofDefense美軍規範zASTMAmericanSocietyforTestingandMaterialszNFPANationalFireProtectionAssociationzJEDECJointElectronDeviceEngineeringCouncilzIECInternationalElectrotechnicalCommissionzESDAESDAssociationRogher.Shen靜電環測試功能:主要為防止HBM對於ESDS元件的破壞型式:金屬,紡織品;錶帶式,鬆緊帶式,黏帶式安全性:必須要有限流電阻(通常約為1MΩ,250V,1/4W)來保護人體安全,接地線與靜電環分離的拉力為1-5ib.DC75mA,AC15mA若無限流電阻則必須以紅色標示(MIL-STD-202Method2.5&Method101)ESDAESDS1.1測試方法接地阻抗--必須小於1.25MΩ@30V環帶阻抗--1MΩ±20%Rogher.Shen一般簡易測試方法一般定期檢查(750KΩ-10MΩ)靜電環配戴檢查新品進料檢查(1MΩ±20%)靜電環及接地線連接檢查Rogher.Shen接地系統ESDS6.1主要目的:將靜電防護設施接地,提供一個路徑使靜電消散材料,導電材料及個人接地設備在同一個電位上,減少ESDS元件受到破壞.其他相關標準--ANSI/NFPA70-1990--ANSI-IEEEStd142-1982人員安全防護考慮人員碰觸電源時,通過人體的電流.故接觸人體的接地系統必須要有限流電阻Rogher.Shen接地系統ESDGround(SoftGround)靜電放電接地能夠使靜電產生源(人或物)藉由路徑到接地的端點,排線,金屬線或其他接地系統.(EIA-625)Ground(HardGround)實接地•藉由電子線路或特殊設備和大地(Earth)連接的導電接點.•和大地(Earth)間具零電位差.Rogher.Shen一般工作接地系統ESD接地點的量測zDC歐姆計:量測範圍0.1Ω-1MΩ+/-10%.開路電壓必須大於1.5VzESDCommonPointGround(共地點)到EquipmentGround必須小於1ΩzESDCommonPointGround到ESDProtectiveMaterialsandDevices(ESD防護材料或設備)必須小於1Ω(如果有保護電阻則必須加上其值)Rogher.Shen工作表面的量測zESDS4.1-1997主要目的:使用標準的量測設備,量測靜電放電防護工作表面之表面電阻值以評估其特性.z其他相關標準•ASTMF150•NFPA99z測試設備•可提供100V和10V測試電壓,誤差在10%以內的高電阻計,量測範圍由10KΩ–100GΩ•2只5lb直徑2-1/2“的測試電極Rogher.Shen工作表面的量測ƒ測試時機1.環境和材料評估測試2.新配置的設備驗收3.定期的測試ƒ環境和材料評估測試-低濕度測試•濕度12%±3%R.H.:溫度23±1℃;預先放置時間48-72小時•測試電壓為10V/100V•表面必須用70%的IPA清洗•測試結果必須記錄最大,最小值•測試樣品大小:10“X24”6個,樣品本身必須有二個接地點•測試點:Resistancetogroundandresistancetop-tp-topRogher.Shen工作表面的量測ƒ環境和材料評估測試-低濕度測試•濕度50%±5%R.H.:溫度23±1℃;預先放置時間48-72小時•測試電壓為100V•表面必須用70%的IPA清洗•測試結果必須記錄最大,最小