行業知識
潔淨室與靜電分(fēn)析
一、潔淨室與靜電
1、潔淨室
半導體、平面液晶顯示器、光(guāng)電子和(hé)生物(wù)醫藥都需要潔淨的(de)生産車間，通(tōng)常潔淨室是指空間空氣懸浮粒子濃渡被控制在規定界限内的(de)房(fáng)間或限定空間，
這(zhè)塵埃粒子的(de)粒徑越小和(hé)被限定的(de)粒數越小，潔淨度便越高(gāo)。
2、潔淨室的(de)靜電
由于潔淨室的(de)潔淨度要求，室内使用(yòng)
①大(dà)量的(de)高(gāo)絕緣介質裝飾材料、地面、牆、門、頂棚、隔斷、工作台、椅子等等，這(zhè)些材料摩擦容易起電帶電，不易洩漏釋放。
光(guāng)刻間塑料地面500V~1000V，擴散間塑料地面500V~1500V，瓷磚地面也(yě)有500V~1500V，塑料牆紙700V，塑料頂棚OV~1000V，金屬活動皮芏椅面
500V~3000V。
②人(rén)穿潔淨工作服、鞋、步行或工作時(shí)，與不同物(wù)質設備器材摩擦要産生靜電，人(rén)、衣服、鞋都會帶電。
人(rén)穿尼龍衣、塑料膠底鞋緩慢(màn)地在清潔的(de)地闆上走動，人(rén)身上帶7000V~8000V靜電壓。在乙烯基地闆上行走可(kě)帶1200V（10%~20%RH）、250V
（65%~90%RH）靜電壓，在地毯上行走可(kě)帶35000V（10%~20%RH）、1500V（65%~90%RH），晶片裝配線工人(rén)穿的(de)工作服可(kě)達10KV。
③空調氣流經過初效過濾器、中效過濾器、高(gāo)效過濾器，淨化(huà)出口氣流是帶靜電的(de)。鋁闆送風口、回風口約爲500~1000V。
④大(dà)量的(de)絕緣器材、裝備和(hé)工具，也(yě)是重要的(de)靜電電荷源。晶片裝配生産線：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，台桌面10KV，塑料存貯櫃30KV，玻璃纖維晶體載料盒滑過聚丙烯桌面帶10KV。
總之：潔淨室的(de)潔淨度要求越高(gāo)，靜電帶電便越嚴重。
二、潔淨室靜電的(de)危害
1、靜電庫侖力
在靜電庫侖力的(de)作用(yòng)下(xià)，吸附的(de)粉塵、污物(wù)造成元器件增大(dà)洩漏或形成短路，使性能受損，成品率和(hé)可(kě)靠性大(dà)大(dà)下(xià)降。如粉塵粒徑>100μm，鋁線寬度
約100μm，氧化(huà)膜厚度在50μm時(shí)，最易使産品報廢。現在線徑更細，氧化(huà)膜很薄，粒徑很小的(de)塵粒子就會損害元器件，這(zhè)種情形多(duō)發生在腐蝕清洗、光(guāng)刻
、點焊和(hé)封裝等工藝過程中。
2、靜電放電ESD
（1）元器件的(de)絕緣氧化(huà)膜被擊穿，引線被燒斷或線間熔斷。若人(rén)體帶上10KV（100PF）的(de)靜電荷，觸摸器件腳時(shí)發生ESD，其向大(dà)地瞬間形成脈沖放電
電流峰值可(kě)達20A（10~100s），不要說高(gāo)密度，細線徑，薄SiO2膜的(de)Lsi、Vlsi，就是一般IC、MOS都會遭受損壞。
一般說器件絕緣栅SiO2薄膜的(de)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(de)靜電壓就将會被擊穿，
而人(rén)體帶靜電超過50V、100V是極平常的(de)。
（2）造成噪聲、發射電磁波幹擾
ESD引起EMI其電磁波的(de)前後峰較尖，信号強，相當于電路中幾伏的(de)能量，頻(pín)率跨越幾MH2甚幾百MH2的(de)強大(dà)噪聲，可(kě)能引起元器件損壞，設備和(hé)傳感器
不正常工作，甚至引起設備死機。
ESD引起的(de)EMI還(hái)會引發錯誤信号的(de)輸入，或發生鎖存現象。如無塵室中，将晶圓片的(de)EMIF箱放在鋼的(de)手推車上，晶圓片的(de)ESD會通(tōng)過電感傳給手推車，
車輪是絕緣的(de)，則EMI的(de)擴散會引起晶圓片處理(lǐ)機死機。
（3）電擊人(rén)體
人(rén)體的(de)ESD或對(duì)人(rén)體的(de)ESD當超過人(rén)體電擊極限電流5mA以上時(shí)，人(rén)都會有各種傷害感覺，造成工作人(rén)員(yuán)的(de)情緒不安，操作錯誤。
半導體，平面顯示器，光(guāng)電子等潔淨室，盡管做(zuò)了(le)很多(duō)工作，但潔淨室的(de)靜電問題仍然影(yǐng)響著(zhe)生産安全和(hé)産品産量，影(yǐng)響著(zhe)制造成本和(hé)效益，影(yǐng)響産品
的(de)質量和(hé)可(kě)靠性。據國外工業專家估計，美(měi)國每年由于靜電造成産品的(de)損失平均在8-33%，還(hái)有人(rén)估計美(měi)國每年靜電對(duì)電子工業毀損價值達100億美(měi)元；日本
80年代曾對(duì)報廢的(de)電子産品進行分(fēn)析，由ESD引起的(de)損失占1/3。我國半導體、平面液晶顯示、光(guāng)電子等都起步較晚，但靜電危害也(yě)時(shí)有發生，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就很容易引起幹擾，數據遺失，情形就更嚴重了(le)。
三、潔淨室靜電控制
1、靜電控制的(de)基本原則
（1） 确定靜電控制級别
（2）盡量減少靜電荷的(de)産生
（3） 洩放和(hé)中和(hé)的(de)辦法加速靜電荷消散，防止靜電積累
（4）保護産品不受ESD的(de)損壞
2、确定靜電控制的(de)級别
（1）元器件、組件和(hé)設備靜電敏感度分(fēn)級
1級：易遭受0-1999V靜電電壓損壞的(de)
2級：易遭受2000-3999V靜電電壓損壞的(de)
3級：易遭受4000-5999V靜電電壓損壞的(de)
而敏感靜電壓大(dà)于16000V的(de)，便不必采取防靜電措施。
（2）靜電防護工作區(qū)的(de)分(fēn)級
A級：允許對(duì)地靜電電位不超過±100V
B級：允許對(duì)地靜電電位不超過±1000V
實際工程中是分(fēn)靜電電位不超過100V、500V、1000V等對(duì)應元器件、組件和(hé)設備靜電敏感電壓的(de)3級。
3、盡量減小靜電荷的(de)産生
這(zhè)是控制靜電三步曲的(de)第一步，在這(zhè)淨化(huà)工作環境中，最好的(de)措施：
（1）盡量采用(yòng)性質相似器材，減少在接觸摩擦分(fēn)離過程中産生靜電電荷；
（2）盡量采用(yòng)導靜電型或靜電耗散型材料的(de)器材，減少接觸摩擦分(fēn)離過程産生積累靜電荷；
（3）盡量采用(yòng)減少接觸摩擦分(fēn)離而産生靜電荷的(de)生産流程。
4、洩放和(hé)中和(hé)
這(zhè)是控制靜電三步曲的(de)第二步，在微電子生産的(de)淨化(huà)室中最通(tōng)常的(de)措施是接地，采用(yòng)導電性或耗散性材料洩放靜電荷，以及離子化(huà)消電器中和(hé)靜電荷。
（1）接地
潔淨室應設一個(gè)獨立靜電接地系統（包括地面接地金屬網支系統、生産線工作站接地支系統），以便室内所有設備金屬外殼、移動設備的(de)金屬支架、防
靜電器材等安全、有效地将靜電荷洩放至大(dà)地。工作人(rén)員(yuán)的(de)帶電則通(tōng)過手腕帶接地，以及通(tōng)過防靜電鞋或腳跟帶再經防靜電地面向大(dà)地洩放。地面、牆面、
頂棚、隔斷等是硬接地，設備外殼、移動設備（車、椅、貨架等）、工作台等則屬軟接地。
（2）離子化(huà)肖電器
潔淨室中生産組裝的(de)元器件、PCB，生産線、工作站上總是難免存在一些不能接地的(de)絕緣導體和(hé)絕緣介質材料（例如大(dà)多(duō)數普通(tōng)塑料）。在某些環境下(xià)
，離子化(huà)消電器常用(yòng)來(lái)局部消散這(zhè)些物(wù)體上的(de)靜電荷，而更經常的(de)是借助于空氣離子化(huà)來(lái)中和(hé)在絕緣介質上和(hé)孤立導體上的(de)所帶靜電電荷。
（3）導靜電和(hé)靜電耗散材料
導靜電材料和(hé)靜電耗散材料由于其具有導靜電性，也(yě)是很好的(de)靜電荷洩放材料，而且比金屬導體洩放更具有安全性，通(tōng)常被采用(yòng)做(zuò)地闆、牆面、工作台、周
轉容器、鑷子、刷子等防靜電器材。
5、防止ESD，保護産品
這(zhè)是控制靜電的(de)三步曲中最後一步。在微電子生産的(de)淨化(huà)室中，爲阻止ESD發生在靜電敏感元器件或組件、PCB上，一種方法是對(duì)元器件和(hé)組件提供合适
的(de)接地或分(fēn)路以“消散”掉産品上存在的(de)靜電荷；另一種方法是用(yòng)恰當的(de)包裝方法和(hé)材料來(lái)處理(lǐ)靜電敏感器件的(de)包裝和(hé)輸運。這(zhè)些材料可(kě)有效地屏蔽電荷侵
入産品以及減少産品在包裝箱中移動而産生靜電荷。
國際上，半導體、平面液晶顯示器，光(guāng)電子發展很快(kuài)，集成度越來(lái)越高(gāo)，芯片線徑越來(lái)越細，對(duì)防靜電要求越來(lái)越高(gāo)。美(měi)國ESD協會已開始修訂ANS ESD
S 20.20-1999靜電放電控制大(dà)綱，對(duì)SSD靜電敏感性分(fēn)類已作了(le)些修改。
這(zhè)給元器件使用(yòng)者一個(gè)警示，不論在人(rén)員(yuán)或設備進行裝備制造時(shí)，告訴你能需要的(de)環境控制要求。如果EPA區(qū)域内允許電壓達到25V的(de)話(huà)，恐怕我們現有
的(de)防靜電器材、裝備、工具以及工程都要經過一番艱苦的(de)努力。