潔凈室與靜電

1 潔凈室與靜電

（1）潔凈室

半導體、平面液晶顯示器、光電子和生物醫(yī)藥都需要潔凈的生產(chǎn)車間，通常潔凈室是指空間空氣懸浮粒子濃渡被控制在規(guī)定界限內(nèi)的房間或限定空間，這塵埃粒子的粒徑越小和被限定的粒數(shù)越小，潔凈度便越高。

（2）潔凈室的靜電

由于潔凈室的潔凈度要求，室內(nèi)使用

①大量的高絕緣介質裝飾材料、地面、墻、門、頂棚、隔斷、工作臺、椅子等等，這些材料摩擦容易起電帶電，不易泄漏釋放。

光刻間塑料地面500V~1000V，擴散間塑料地面500V~1500V，瓷磚地面也有500V~1500V，塑料墻紙700V，塑料頂棚OV~1000V，金屬活動皮芏椅面500V~3000V。

②人穿潔凈工作服、鞋、步行或工作時，與不同物質設備器材摩擦要產(chǎn)生靜電，人、衣服、鞋都會帶電。

人穿尼龍衣、著塑料膠底鞋緩慢地在清潔的地板上走動，人身上帶7000V~8000V靜電壓。

在乙烯基地板上行走可帶1200V（10%~20%RH）、250V（65%~90%RH），在地毯上行走可帶35000V（10%~20%RH）、1500V（65%~90%RH），晶片裝配線，人穿的工作服可達10KV。

③空調(diào)氣流經(jīng)過初效過濾器，中效過濾器，高效過濾器，凈化出口氣流是帶靜電的。

鋁板送風口、回風口500~1000V。

④大量的絕緣器材、裝備和工具，也是重要的靜電電荷源。晶片裝配生產(chǎn)線：晶片裝料盒35KV，有機玻璃蓋8KV，石英制品1.5KV，晶片托盤6KV，丙烯酸脂蓋20KV，臺桌面10KV，塑料存貯柜30KV，玻璃纖維晶體載料盒滑過聚丙烯桌面帶10KV。

總之：潔凈室的潔凈度要求越高，靜電帶電便越嚴重。

2 潔凈室靜電的危害

（1）靜電庫侖力

吸上粉塵、污物帶給無器件，增大泄漏或造成短路，使性能受損，成品率和可靠性大大下降。如粉塵粒徑>100μm，鋁線寬度約100μm，氧化膜厚度在50μm時，最易使產(chǎn)品報廢，現(xiàn)在線徑更細，氧化膜很薄，很小粒徑塵粒子就會損害元器件，這種情形多發(fā)生在腐蝕清洗、光刻、點焊和封裝等工藝過程中。

（2）靜電放電ESD

① 元器件的絕緣氧化膜被擊穿，引線被燒斷或線間融短。若人體帶上10KV（100PF）的靜電荷，觸摸器件腳時發(fā)生ESD，其向大地瞬間形成脈沖放電電流峰值可達20A（10~100s），不要說高密度，細線徑，薄Sio2膜的Lsi、Vlsi、就是一般IC、MOS都會遭受損壞。

一般說器件絕緣柵Sio2薄膜的耐壓場強是E=（5-10）×106V/cm，如果器件Sio2膜厚度取1000，其器件輸入腳施加50V-100V以上的靜電壓就將會被擊穿，而人帶靜電超過50V、100V是極平常的。

② 造成噪聲、發(fā)射電磁波干擾

ESD引起EMI其電磁波的前后峰較尖，信號強，相當與電路中幾伏的能量，頻率跨越幾MH2甚幾百MH2的強大噪聲，可能引起元器件損壞，設備和傳感器不正常工作，甚至引起設備死機。

ESD引起的EMI還會引發(fā)錯誤信號的輸入，或發(fā)生鎖存現(xiàn)象。如無塵室中，將晶園片的EMIF箱放在鋼的手推車上，晶園片的ESD會通過電感傳給手推車，車輪是絕緣的，則EMI的擴散會引起園晶片處理機死機。

③ 電擊人體

人的ESD或對人的ESD當超過人體電擊極限電流5mA以上時，人都會有各種傷害感覺，造成工作人員的情緒不安，操作錯誤。

半導體，平面顯示器，光電子等潔凈室，盡管做了很多工作，但潔凈室的靜電問題仍然影響著生產(chǎn)安全和產(chǎn)品產(chǎn)量，影響著制造成本和效益，影響產(chǎn)品的質量和可靠性。有報導國外工業(yè)專家估計，美國由于靜電造成產(chǎn)品的損失平均在8-33%，見表3靜電損耗報告。

還有人估計美國每年靜電對電子工業(yè)毀損價值達100億美元，日本80年代曾對報廢的電子產(chǎn)品進行分析，由ESD引起的損失占1/3。我國半導體，平面液晶顯示，光電子等都起步較晚，但靜電危害也累有發(fā)生，成品率較低。如北京一公司，SMT車間冬季4個月，常因ESD造成上百萬元損失。上海一家外資企業(yè)辦公電腦幾千臺卻因ESD人員叫苦連天，電腦工作不正常。一家研究設計院200m2多的電腦房，ESD嚴重，無法正常工作。無錫一家外資企業(yè)，曾一度由于ESD，產(chǎn)品質量一直不穩(wěn)定。而銀行、證券公司、機要數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控中心，電力調(diào)度室等等。如出現(xiàn)ESD就很容易引起干擾，數(shù)據(jù)遺失，情形就更嚴重了。

3 潔凈室靜電控制

（1） 靜電控制的基本原則

① 確定靜電控制級別

② 盡量減少靜電荷的產(chǎn)生

③ 泄放和中和的辦法加速靜電荷消散，防止靜電積累

④ 保護產(chǎn)品不受ESD的損壞

（2） 確定靜電控制的級別

① 元器件、組件和設備靜電敏感度分級

1級：易遭受0-1999V靜電電壓損壞的

2級：易遭受2000-3999V靜電電壓損壞的

3級：易遭受4000-5999V靜電電壓損壞的

而敏感靜電壓大于16000V的，便不必采取防靜電措施。

② 靜電防護工作區(qū)的分級

A級：允許對地靜電電位不超過±100V

B級：允許對地靜電電位不超過±1000V

實際工程中是分靜電電位不超過100V、500V、1000V等對應元器件、組件和設備靜電敏感電壓的3級。

（3） 盡量減小靜電荷的產(chǎn)生

這是控制靜電三步曲的第一步，在這凈化工作環(huán)境中，最好的措施：

① 盡量采用性質相似器材，減少在接觸摩擦分離過程中產(chǎn)生靜電電荷；

② 盡量采用導靜電型或靜電耗散型材料的器材，減少接觸摩擦分離過程產(chǎn)生積累靜電荷；

③ 盡量采用減少接觸摩擦分離而產(chǎn)生靜電荷的生產(chǎn)流程。

（4） 泄放和中和

這是控制靜電三步曲的第二步，在微電子生產(chǎn)的凈化室中最通常的措施是接地，采用導電性或耗散性材料泄放靜電荷，以及離子化消電器中和靜電荷。

① 接地凈化設備

潔凈室應設一個獨立靜電接地系統(tǒng)，包括地面接地金屬網(wǎng)支系統(tǒng)、生產(chǎn)線工作站（臺）接地支系統(tǒng)。以便室內(nèi)所有設備金屬外殼，移動設備的金屬支架，防靜電器材等安全、有效地將靜電荷泄放至大地，工作人員的帶電則通過手腕帶接地，通過防靜電鞋或腳跟帶再經(jīng)防靜電地面向大地泄放。地面、墻面、頂棚、隔斷等是硬接地，設備外殼、移動設備（車、椅、貨架等）、工作臺等則屬軟接地。

② 離子化肖電器

潔凈室中生產(chǎn)組裝的元器件、PCB、生產(chǎn)線上、工作站上總是難免存在一些不能接地的絕緣導體，絕緣介質材料（例如大多數(shù)普通塑料），在某些環(huán)境下，離子化消電器常用來局部消散這些物體上的靜電荷，而更經(jīng)常的是借助于空氣離子化來中和在絕緣介質上和孤立導體上的所帶靜電電荷。

③ 導靜電和靜電耗散材料

導靜電材料和靜電耗散材料由于其具有導靜電性，也是很好的靜電荷泄放材料，而且比金屬導體泄放更具有安全性，通常被采用做地板、墻面、工作臺、周轉容器、鑷子、刷子等防靜電器材。

（5） 防ESD，保護產(chǎn)品

這是控制靜電的三步曲中最后一步，在微電子生產(chǎn)的凈化室中，為阻止ESD發(fā)生在靜電敏感元器件或組件、PCB上，一種方法是對元器件和組件提供合適的接地或分路以“消散”掉產(chǎn)品上存在的靜電荷；第二種方法是用恰當?shù)陌b方法和材料來處理靜電敏感器件的包裝和輸運。這些材料可有效地屏蔽電荷侵入產(chǎn)品以及減少產(chǎn)品在包裝箱中移動而產(chǎn)生靜電荷。

國際上，半導體、平面液晶顯示器，光電子發(fā)展很快，集成度越來越高，8”12”芯片出現(xiàn)，芯片線徑越來越細，對防靜電要求越來越高，見表4。

美國ESD協(xié)會已開始修訂ANS ESD S 20.20-1999靜電放電控制大鋼，對SSD靜電敏感性分類已作了些修改，見表5、6、7。

這給元器件使用者一個警示，不論在人員或設備進行裝備制造時，告訴你能需要的環(huán)境控制要求。如果EPA區(qū)域內(nèi)允許電壓達到25V的話，恐怕我們現(xiàn)有的防靜電器材、裝備、工具以及工程都要經(jīng)過一番艱苦的努力。

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