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2020/3/151ESD個人靜電防護ESD(靜電放電)簡介電子產品製程作業之ESD防制措施7/29.20052020/3/152講義主題一、ESD(靜電放電)簡介.1.何謂靜電放電.2.靜電產生的來源.3.影響摩擦生電的因素.4.監測靜電實驗條件與結果5.典型的ESD電壓.6.半導體產品抗靜電能力7.電子元件之ESD破壞機制.8.ESD的影響.9.ESD破壞分析.10.靜電防護用品點檢方式.11.ESD防制設施之檢查週期及合格標準.二、電子產品製程作業之ESD防制措施.1.ESD防護用品.2.如何預防ESD破壞.4.ESD防護的標示.5.有效的查核現場ESD防護作業.6.結論.2020/3/153何謂靜電放電1.ESD:ElectroStaticDischarge.2.何謂靜電物質表面經由摩擦而失去(+)電子或得到(-)電子,使帶靜止的電荷.3.何謂靜電放電電位不同之物體間的電荷轉移,不一定伴隨有電弧或火花發生.簡單來說;即是物體間有電位差,造成電位轉移.靜電放電(ESD)簡介◆嚴寒的冬天，當您脫下暖和的毛衣，您會聽到嗶嗶啪啪聲◆乾燥的冷天，當伸手去開車門或窗戶，會感到觸電的感覺◆用手去撫摸家裡的貓，您會發現貓竟然怒髮衝冠,這些就是靜電瞬間洩放(ESD)所主導產生的現象◆其實靜電並不僅由人為才會產生，例如–空中對流的雲層–沙漠中隨風飄起的砂2020/3/154靜電產生的來源摩擦生電(Triboelectric)感應(Induction)光電效應(Photoelectriceffect)粒子波(ParticleBeam)結冰(Freezing)噴霧(Spray)……….◆靜電是史載最早發現的一種〝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，希臘哲學家THACES把琥珀(Amber)摩擦後發現可以吸附毛髮，而開始知道靜電的存在◆靜電的形成•導體–具有可移動的電子或價電子(ValenceElectrons)在原子結構的最外層，亦即受原子核(Nuclei)的束縛最小，當受到外來電場的吸引而移動(產生電流)，此類物質稱為導體•絕緣體–缺乏上述可移動的電子或價電子的物質，稱為絕緣体靜電放電(ESD)簡介2020/3/155影響摩擦生電的因素物質材料接觸面積相對濕度摩擦頻率靜電放電(ESD)簡介2020/3/156影響摩擦生電的因素靜電放電(ESD)簡介◎以物体抗靜導電性來區分材質–導電性(Conductive)材質:表面店電阻係數在105Ω/square以下–靜電衰減性(StaticDissipative)材質:表面電阻係數介於105~109Ω/square–抗靜電性(Anti-Static)材質:表面電阻係數介於109~1012Ω/square–絕緣体(Insulator)材質:表面電阻係數介於1012Ω/square以上◎摩擦生電7P+7P+7P+7P+e-e-e-e-e-e-e-平衡原子1e-平衡原子2帶負電原子帶正電原子e-e-e-e-e-e-e-摩擦e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-2020/3/157影響摩擦生電的因素靜電放電(ESD)簡介◎物質產生靜電大小排列如下表,其中愈正性與愈負性物質互相摩擦產生之靜電愈大.Air空氣Amber琥珀Hands手SealingWax蠟Asbestos石棉HardRubber橡膠RabbitFur兔毛Nickel,Copper鎳,銅Glass玻璃Brass,Silver黃銅,銀Mica雲母Gold,Platinum金,白金HumanHair頭髮AcetateRayon人造絲Nylon尼龍Sulfur硫磺Wool羊毛Polyester多元脂Fur皮革Orlon奧龍LeadHand石墨PolyurethanePU聚亞氨脂Silk絲PolyethylenePE聚乙烯Aluminum鋁PolypropylenePP聚丙烯Paper紙PolyvinylPVC聚氯乙烯Cotton棉Silicon矽Steel鋼絲Teflon鐵弗龍Wood木材Positive正性(+)Negative負性(-)2020/3/158影響摩擦生電的因素靜電放電(ESD)簡介工作場所中常見的靜電產生物質或活動：•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。2020/3/159監測靜電實驗條件靜電放電(ESD)簡介靜電就在您的週圍–人在走路或跑步就可以產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)(StaticLocator)(12〞x12〞)絕緣架量測時溫度為24.5℃，相對濕度RH為55%一般地面鞋子(皮鞋或球鞋)導線2020/3/1510監測靜電實驗結果靜電放電(ESD)簡介◎A)上述條件測量結果所穿鞋子動作產生靜電壓(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)當不同條件下，靜電壓之變化產生方法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18,0001,5002020/3/1511典型的ESD電壓靜電之產生靜電壓(KV)相對濕度20%在乙烯基材質的地板走動在人造地毯上走動坐離發泡椅墊拿起聚乙烯塑膠袋在地上滑動苯乙烯材質的箱子移除PC板上的Mylar膠帶PC板上的收縮膜作動真空吸錫器噴電路冷凝噴霧器123518201812168155相對濕度80%1.51.5310.251.51.50.6靜電放電(ESD)簡介2020/3/1512半導體產品抗靜電能力靜電放電(ESD)簡介◆抗靜電能力之量測(HumanBodyModel)•依MIL-STD-883，Method3015，測試線路圖：RegulationHighVoltagePowerSupplyDCMeterD.U.T.R1R21.5KΩ?%C1100pf?10%WaveformMeasurtmentTerminalR1-CurrentLimiterRs-RelayC1-人體電容(平均)R2-人體電阻(平均)D.U.T.-待測材料A,B-待測物之接腳ABRS1.Input(A),Common(B)2.Output(B),Common(A)3.Input(A),Output(B)4.V+(A),Common(B)5.V+(B),Common(A)2020/3/1513半導體產品抗靜電能力靜電放電(ESD)簡介◆各類半導體材料抗靜電能力之比較(NEPCON/WESTReport)晶片種類靜電破壞電壓(Volts)MOSFET100~200EPROM100~JFET140~7,000Op-Amp190~2,500CMOS250~3,000SCHOTTKYDIODE300~2,500TTL300~2,500BipolarTransistor380~7,000ECL500~SCR680~10,0002020/3/1514半導體產品抗靜電能力靜電放電(ESD)簡介◆抗靜電能力之分類–依上述量測方法得到的結果，可將材料之抗靜電能力區分為CategoryA與CategoryB(早期MIL分法)類別耐電壓(Min.Volts)材料防靜電包裝保護需求A20~2000防靜電管及導電袋B2000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体產生傷害，故ESD之防護工作，我們不可不慎。而基本上，不同Category之半導體可以不同的等級來做ESD防護，但為方便於處理，通常都以處理較嚴密的CategoryA來做防護措施。2020/3/1515電子元件之ESD破壞機制1.人體帶電模型(HBM)HumanBodyModel2.機器帶電模型(MM)MachineModel3.元件帶電模型(CDM)ChargedDeviceModel4.感應充電及放電(FIM)InducedChargeandDischarge靜電放電(ESD)簡介2020/3/1516電子元件之ESD破壞機制靜電放電(ESD)簡介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生靜電，而影響到元件的模式人體元件(HBM)--------2020/3/1517電子元件之ESD破壞機制靜電放電(ESD)簡介元件外在電場感應電荷(FIM)(Field)E元件接地造成放電移離電場(CDM)(Field)(Ground)移除2.電場感應模式(FieldInducedModel,FIM)–指由於外來電場感應產生電荷.3.充電元件模式(ChargedDeviceMode,CDM)–上述FIM模式中當元件被移離開電場,巧遇機緣將電荷引導接地就變成導接地就變成CDM模式2020/3/1518ESD的影響*ESD事件會產生局部高溫或電位差,造成半導體元件的損壞(功率).*在許多情況下,破壞電壓的臨界質很低(電壓產生).*可能發生在製程中或使用中的任何階段(潛在性障礙).如:waferprocessing,packaging,testing,board,assembly,transportation,inthefield.*成本問題;客戶抱怨;商譽的損失.--如果是潛在故障,成本損失將更為龐大.靜電放電(ESD)簡介2020/3/1519ESD的影響靜電放電(ESD)簡介◆ESD對人体會造成傷害嗎？•家中的110V、240V常常因為使用不慎造成傷亡，那動輒幾KV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(毫安培、mA)AC(60Hz)DC結果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2020/3/1520ESD的影響靜電放電(ESD)簡介◆ESD破壞之型態1.接面崩熔（JunctionBurnout）過大的電流通過接面時，產生極大的熱量，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體（MOS）上可以發現此類型之破壞，這是由於外加的靜電壓超過了氧化層的崩潰電壓所致。其現象亦是短路。EBCEBC2020/3/1521ESD的影響靜電放電(ESD)簡介3.金屬層崩熔（MetalizationBurnout）由於過大的電流流經金屬層，並在較脆弱的地方產生，由於此種破經常是伴隨著接面短路或是氧化層短路之後發生故屬於所謂的二次崩潰（SecondaryBreakdown）。而其現象為斷路。2020/3/1522ESD的影響靜電放電(ESD)簡介◆靜電的累積破壞–負傷而行•負傷而行（WalkingWounded）–許多實驗證實靜電能使半導體負傷，但不玫立即完全破壞其功能，而且有多數這些『負傷而行』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『負傷而行』變成完全失效。•下面是一ESD累積破壞的試驗：應用前述HBM接線方式（僅略去人體的電阻R2=1.5KΩ）來量測54S163IC試驗條件：試驗結果：材料：54s163測試前I=2.883μAPASS人體電容：100pf第一次I=2.883μAPASS每次放電：50V第二次I=2.890μAPASS放電次數：5次第三次I=2.890μAPASS測試點：Vi