無(wú)塵車(chē)間靜電的危害與靜電控制分析
一、無(wú)塵車(chē)間與靜電
1、無(wú)塵車(chē)間：半導體(semiconductor)、平面液晶顯示器、光電子和生物醫藥都需要潔凈的生產(chǎn)車(chē)間，通常無(wú)塵車(chē)間是指空間空氣懸浮粒子濃渡被控制在規定界限內的房間或限定空間，這塵埃粒子的粒徑越小和被限定的粒數越小，潔凈度便越高。
2、無(wú)塵車(chē)間的靜電：由于無(wú)塵車(chē)間的潔凈度要求（常規）
①大量的高絕緣(insulated)介質(zhì)裝飾材料、地面、墻、門(mén)、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。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(dòng)皮芏椅面500V~3000V。
②人穿潔凈工作服、鞋、步行或工作時(shí)，與不同物質(zhì)設備器材摩擦要產(chǎn)生靜電，人、衣服、鞋都會(huì )帶電。人穿尼龍衣、塑料膠底鞋緩慢地在清潔的地板上走動(dòng)，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)靜電壓，在地毯上行走可帶35000V(10%~20%RH)、1500V(65%~90%RH)，晶片裝配線(xiàn)工人穿的工作服可達10KV。
③空調氣流經(jīng)過(guò)初效過(guò)濾器、中效過(guò)濾器、高效過(guò)濾器，無(wú)塵出口氣流是帶靜電的。鋁板送風(fēng)口、回風(fēng)口約為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(xiàn)：晶片裝料盒35KV，有機玻璃蓋8KV，石英制品1.5KV，晶片托盤(pán)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(guò)聚丙烯桌面帶10KV。
總之：無(wú)塵車(chē)間的潔凈度要求越高，靜電帶電便越嚴重。
二、無(wú)塵車(chē)間靜電(是一種處于靜止狀態(tài)的電荷)的危害
1、靜電庫侖力：在靜電庫侖力的作用下，吸附的粉塵、污物造成元器元件增大泄漏或形成短路，使性能受損，成品率和可靠性大大下降(descend)。潔凈度檢測空氣環(huán)境中空氣所含塵埃量多少的程度。在一般的情況下，是指單位體積的空氣中所含大于等于某一粒徑粒子的數量。含塵量高則潔凈度低，含塵量低則潔凈度高。如粉塵粒徑>100μm，鋁線(xiàn)寬度約100μm，氧化膜厚度在50μm時(shí)，最易使產(chǎn)品報廢。現在線(xiàn)徑更細，氧化膜很薄，粒徑很小的塵粒子就會(huì )損害元器件，這種情形多發(fā)生在腐蝕清洗、光刻、點(diǎn)焊和封裝等工藝過(guò)程中。
2、靜電放電：
(1)元器元件的絕緣氧化膜被擊穿，引線(xiàn)被燒斷或線(xiàn)間熔斷。若人體帶上10KV(100PF)的靜電荷(electric charge)，觸摸器件腳時(shí)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(shuō)高密度，細線(xiàn)徑，薄SiO2膜的Lsi、Vlsi，就是一般IC、MOS都會(huì )遭受損壞。
一般說(shuō)器件絕緣(insulated)柵SiO2薄膜(薄而軟的透明薄片)的耐壓場(chǎng)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(huì )被擊穿，而人體帶靜電超過(guò)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，相當于電路中幾伏的能量，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(huì )引發(fā)錯誤信號的輸入，或發(fā)生鎖存現象。凈化車(chē)間檢測換氣次數：100000級≥15次；10000級≥20次；1000≥30次。壓差：主車(chē)間對相鄰房間≥5Pa平均風(fēng)速：10級、100級0.3－0.5m/s；溫度 冬季>16℃；夏季 <26℃；波動(dòng)±2℃。如無(wú)塵室中，將晶圓片的EMIF箱放在鋼的手推車(chē)上，晶圓片的ESD會(huì )通過(guò)電感傳給手推車(chē)，車(chē)輪是絕緣的，則EMI的擴散會(huì )引起晶圓片處理機死機。
(3)電擊(electricinjury)人體：人體的ESD或對人體的ESD當超過(guò)人體電擊極限電流5mA以上時(shí)，人都會(huì )有各種傷害感覺(jué)，造成工作人員的情緒不安，操作錯誤。
無(wú)塵車(chē)間的半導體，平面顯示器，光電子等無(wú)塵車(chē)間，盡管做了很多工作，但無(wú)塵車(chē)間的靜電問(wèn)題仍然影響著(zhù)生產(chǎn)安全和產(chǎn)品產(chǎn)量，影響著(zhù)制造成本和效益，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。靜壓差因為潔凈室的環(huán)境是一個(gè)密閉的潔凈環(huán)境，門(mén)關(guān)閉時(shí)室內的氣壓大于室外的氣壓，從而保證潔凈室內的潔凈空氣只能向室外流動(dòng)，室外的空氣不會(huì )進(jìn)入室內，開(kāi)門(mén)后就破壞了壓差系統，潔凈間的凈化質(zhì)量也將受到影響。據國外工業(yè)專(zhuān)家估計，美國每年由于靜電造成產(chǎn)品的損失平均在8-33%，還有人估計美國每年靜電對電子工業(yè)毀損價(jià)值達100億美元;日本80年代曾對報廢的電子產(chǎn)品進(jìn)行分析(Analyse)，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，但靜電危害也時(shí)有發(fā)生，成品率較低。而銀行、證券公司、機要數據庫、監控中心，電力調度室等等，若出現ESD就很容易引起干擾，數據遺失，情形就更嚴重了。
三、無(wú)塵車(chē)間靜電(是一種處于靜止狀態(tài)的電荷)控制（control)
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(electric charge)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(是一種處于靜止狀態(tài)的電荷)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)靜電防護工作區的分級：A級：允許對地靜電電位不超過(guò)±100V；B級：允許對地靜電電位不超過(guò)±1000V；實(shí)際工程中是分靜電電位不超過(guò)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，在這無(wú)塵工作環(huán)境中，最好的措施：(1)盡量采用性質(zhì)相似器材，減少在接觸摩擦分離過(guò)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(guò)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)(Produce)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)的無(wú)塵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：無(wú)塵車(chē)間應設一個(gè)獨立靜電接地系統(包括地面接地金屬網(wǎng)支系統、生產(chǎn)線(xiàn)工作站接地支系統)，以便室內所有設備金屬外殼、移動(dòng)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(guò)手腕帶接地，以及通過(guò)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(dòng)設備(車(chē)、椅、貨架等)、工作臺等則屬軟接地。
(2)離子化肖電器：無(wú)塵車(chē)間中生產(chǎn)(Produce)組裝的元器件、PCB，生產(chǎn)線(xiàn)、工作站上總是難免存在一些不能接地的絕緣導體和絕緣介質(zhì)材料(例如大多數普通塑料)。在某些環(huán)境下，離子化消電器常用來(lái)局部消散這些物體上的靜電(是一種處于靜止狀態(tài)的電荷)荷(electric charge)，而更經(jīng)常的是借助于空氣離子化來(lái)中和在絕緣介質(zhì)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、防止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)的無(wú)塵室中，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；另一種方法是用恰當的包裝方法和材料來(lái)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(dòng)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(lái)越高，芯片線(xiàn)徑越來(lái)越細，對防靜電要求越來(lái)越高。美國ESD協(xié)會(huì )已開(kāi)始修訂ANS ESD S20.20-1999靜電放電控制大綱，對SSD靜電敏感性分類(lèi)已作了些修改。這給元器件使用者一個(gè)警示，不論在人員或設備進(jìn)行裝備(Equipment)制造時(shí)，無(wú)塵車(chē)間告訴你能需要的環(huán)境控制要求。如果EPA區域內允許電壓達到25V的話(huà)，恐怕我們現有的防靜電器材、裝備、工具以及工程都要經(jīng)過(guò)一番艱苦的努力。