静电防治培训课程

靜電防治訓練課程經驗分享業務部RogerShen第一页，共四十二页。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第二页，共四十二页。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第三页，共四十二页。影響摩擦生電電量的因素摩擦頻率物質材料相對濕度接觸面積Rogher.Shen第四页，共四十二页。常用的數量級符號數量級

全名

符號1012TeraT109GigaG106MegaM103KiloK10-3MilliM10-6Microμ10-9NanoN10-12PicoPRogher.Shen第五页，共四十二页。典型的ESD電壓靜電之產生境電壓(KV)相對溼度20%相對溼度80%走動於乙烯材質的地板120.25走動於人造地毯351.5坐離發泡椅墊181.5拿起聚乙烯塑膠袋200.6在地上滑動苯乙烯材質箱子181.5移除PC板上的MYLAR膠帶121.5PC板上的收縮膜163動作真空吸錫器81噴電路冷凝噴霧劑155Rogher.Shen第六页，共四十二页。靜電放電的模型人體帶電模型(HumanBodyMedel,HBM)DischargetotheDevice機器帶電模型(MachineModel,MM)DischargetotheDevice元件帶電模型(CharagedDeviceModel,CDM)DischargefromtheDeviceRogher.Shen第七页，共四十二页。(HumanBodyMedel,HBM)模擬由站立人體之手指尖端放電至元件的現象Rogher.Shen第八页，共四十二页。(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MM的電容值較HBM大,因此MM儲存的電荷較多R很小因此電流較大,速度較快Rogher.Shen第九页，共四十二页。(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.Shen第十页，共四十二页。ESD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.Shen第十一页，共四十二页。ESD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第十二页，共四十二页。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第十三页，共四十二页。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第十四页，共四十二页。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第十五页，共四十二页。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第十六页，共四十二页。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1x104 Ω-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第十七页，共四十二页。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第十八页，共四十二页。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.Shen第十九页，共四十二页。ESD問題的對策作業人員的頭髮 --+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以下作業人員的衣著 --需要抗靜電衣嗎? (整齊<-->洗衣與量測之成本)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.Shen第二十页，共四十二页。ESD問題的對策紙張.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)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.Shen第二十一页，共四十二页。ESD問題的對策離子風扇--解決工作區內絕緣體的帶電問題--使用Charged-platemonitor評估Dischargetime&balancelevel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.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.Shen第二十二页，共四十二页。ESD問題的對策導電地墊--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.Shen第二十三页，共四十二页。ESDA測試標準及介紹靜電放電相關測試程序和標準/DepartmentofDefense美軍規範ASTM AmericanSocietyforTestingandMaterialsNFPA NationalFireProtectionAssociationJEDEC JointElectronDeviceEngineeringCouncilIEC InternationalElectrotechnicalCommissionESDA ESDAssociationRogher.Shen第二十四页，共四十二页。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第二十五页，共四十二页。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第二十六页，共四十二页。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70-1990--ANSI/NFPA--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第二十七页，共四十二页。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第二十八页，共四十二页。一般工作接地系統ESD接地點的量測DC歐姆計:量測範圍0.1Ω-1MΩ+/-10%.開路電壓必須大於1.5VESDCommonPointGround(共地點)到EquipmentGround必須小於1Ω

ESDCommonPointGround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第二十九页，共四十二页。工作表面的量測ESDS4.1-1997 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.其他相關標準ASTMF150NFPA99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–100GΩ2只5lb直徑2-1/2“的測試電極Rogher.Shen第三十页，共四十二页。工作表面的量測測試時機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第三十一页，共四十二页。工作表面的量測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第三十二页，共四十二页。工作表面的量測先將工作表面以70%的IPA清洗並風乾15分鐘後,方始進行量測ResistancetoGroundablePoint(s)測試電壓為100V,測試結果必須記錄最大最小值測試點分別為ABCDE五點 --A.距離Groundablepoint(s)3”位置 --B,C,D:距離每個角落2“位置 --E:中心點ResistancePoint-to-Point測試電壓為100V測試點如下--A:水平距離10“位置--B:垂直距離10“位置--C:左斜對角線各角落距離為2“--D:右斜對角線各角落距離為2“Rogher.Shen第三十三页，共四十二页。工作表面的量測定期檢查不要清洗工作表面,且移開所有ESDS元作以新配置驗收方法來量測ResistancetoGroundablePoint(s)以及ResistancePoint-to-Point若測試不合格時,清洗後再重新測試建議允收標準ResistancetoGroundablePoint(s):between1x106Ω

and1x109Ω

ResistancePoint-to-Point≧1MΩ

Rogher.Shen第三十四页，共四十二页。地面材料電阻特性測試ANSIESDS7.1-1994測試目的:量測地面材料的電阻特性(其量測結果為電阻值,而非電阻率)靜電防護地板須配合靜電防護鞋,鞋環,輪子及裝載器具使用相關測試標準 NFPA-99;ASTM-F150;DIN51953測試種類環境和材料評估測試新舖設完成的驗收Rogher.Shen第三十五页，共四十二页。地面材料評估測試測試條件樣品數:12“X24”5片,放置時間至少72小時清洗表面:使用70%IPA清洗待測表面測試電壓為:100V濕度:12%(±3%)和50%(±5%)R.H.溫度:23±1℃測試設備可提供100V和10V誤差在10%以內的高電阻計,量測範圍可由10KΩ-100GΩ及2只重量5lb.直徑的2.5“的電極.電極表面為導電橡膠,其在金屬表面上的電阻必須小於1kΩ(at10VDC)測試結果必須記錄最大,最小值Rogher.Shen第三十六页，共四十二页。鋪設配置完成的驗收測試前使用70%IPA清洗電極並風乾ResistancetoGroundablePoint每5000sq.ft(464.5m2)必須測試五點ResistancePoint-to-Point每5000Sq.ft必須測試五區,每區測試點間的距離應至少為36“(約120CM)Rogher.Shen第三十七页，共四十二页。表面電阻(率)測試測試目的:量測一個ESDS包裝材料的表面電阻率,來評估其靜電防護的特性.相關測試規範ASTMD-257(專為量測絕緣表面所設計的標準)ANSIESDS11.11-1993(專為靜電消散表面所設計的標準)Rogher.Shen第三十八页，共四十二页。ESDS11.11表面電阻(率)測試使用500K,1TΩTestfixture檢查並評估穩定時間測試樣品:6片,3“x5”(76x127mm)雙面皆須測試高電阻1MΩ–10TΩ之樣品,