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文章詳情
淺談潔凈無塵室靜電
日期：2025-05-10 10:15
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摘要：
淺談潔凈無塵室靜電
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(zhì)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(zhì)設(shè)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。
（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(zhì)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(zhì)設(shè)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，*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(shè)備和傳感器不正常工作，甚至引起設(shè)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?qū)θ说腅SD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)**和產(chǎn)品產(chǎn)量，影響著制造成本和效益，影響產(chǎn)品的質(zhì)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(shè)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(zhì)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(shè)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(shè)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**步，在這凈化工作環(huán)境中，*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**步，在微電子生產(chǎn)的凈化室中*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
潔凈室應設(shè)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(shè)備金屬外殼，移動設(shè)備的金屬支架，防靜電器材等**、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(shè)備外殼、移動設(shè)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(zhì)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(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**性，通常被采用做地板、墻面、工作臺、周轉(zhuǎn)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*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；**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(shè)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。
（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，*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(shè)備和傳感器不正常工作，甚至引起設(shè)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?qū)θ说腅SD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)**和產(chǎn)品產(chǎn)量，影響著制造成本和效益，影響產(chǎn)品的質(zhì)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(shè)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(zhì)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(shè)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(shè)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**步，在這凈化工作環(huán)境中，*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**步，在微電子生產(chǎn)的凈化室中*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
潔凈室應設(shè)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(shè)備金屬外殼，移動設(shè)備的金屬支架，防靜電器材等**、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(shè)備外殼、移動設(shè)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(zhì)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(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**性，通常被采用做地板、墻面、工作臺、周轉(zhuǎn)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*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；**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(shè)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。
