ESD静电培训.pdf

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1、Roger Shen靜電防治訓練課程經驗分享靜電防治訓練課程經驗分享業務部業務部Rogher.Shen內容大綱內容大綱靜電放電簡介靜電放電簡介靜電放電的模型靜電放電的模型ESD的影響的影響靜電防治專有名詞介紹靜電防治專有名詞介紹靜電防治材料定義靜電防治材料定義靜電防治基本法則靜電防治基本法則ESDA測試標準及介紹測試標準及介紹Rogher.Shen靜電放電簡介靜電放電簡介靜電是甚麼靜電是甚麼?原因原因剝離剝離,摩擦摩擦,感應感應機制機制-物質因失或得到電子而帶電物質因失或得到電子而帶電Rogher.Shen影響摩擦生電電量的因素影響摩擦生電電量的因素Rogher.Shen常用的數量級符號常用的

2、數量級符號數量級數量級全名全名符號符號1012 Tera T109 Giga G106 Mega M103 Kilo K10-3 Milli M10-6 Micro 10-9 Nano N10-12 Pico PRogher.Shen典型的典型的ESD電壓電壓515噴電路冷凝噴霧劑噴電路冷凝噴霧劑18動作真空吸錫器動作真空吸錫器316PC板上的收縮膜板上的收縮膜1.512移除移除PC板上的板上的MYLAR膠帶膠帶1.518在地上滑動苯乙烯材質箱子在地上滑動苯乙烯材質箱子0.620拿起聚乙烯塑膠袋拿起聚乙烯塑膠袋1.518坐離發泡椅墊坐離發泡椅墊1.535走動於人造地毯走動於人造地毯0.2512

3、走動於乙烯材質的地板相對溼度走動於乙烯材質的地板相對溼度80%相對溼度相對溼度20%境電壓境電壓(KV)靜電之產生靜電之產生Rogher.Shen靜電放電的模型靜電放電的模型人體帶電模型人體帶電模型(Human Body Medel,HBM)?Discharge to the Device機器帶電模型機器帶電模型(Machine Model,MM)?Discharge to the Device元件帶電模型元件帶電模型(Charaged Device Model,CDM)?Discharge from the DeviceRogher.Shen(Human Body Medel,HBM)模擬由

4、站立人體之手指尖端放電至元件的現象模擬由站立人體之手指尖端放電至元件的現象Rogher.Shen(Machine Model,MM)70年代年代,日本人認為日本人認為HBM不足以代表不足以代表worst-case而提出而提出,適用於自動組裝之製造環境適用於自動組裝之製造環境?MM的電容值較的電容值較HBM大大,因此因此MM儲存的電荷較多儲存的電荷較多?R很小因此電流較大很小因此電流較大,速度較快速度較快Rogher.Shen(Charaged Device Model,CDM)現代自動化組裝製造環境中最重要的現代自動化組裝製造環境中最重要的ESD模型模型-觀念簡單觀念簡單,再生困難再生困難-速

5、度快速度快,難保護難保護CDM Event 的來源的來源-測試機台測試機台-SMT-IC的包裝的包裝Rogher.ShenESD的三種模型的三種模型HBM與與MM人體人體,機器或環境帶電機器或環境帶電-HBM是最古老且最常發生的模式是最古老且最常發生的模式,但並非最嚴重的危害模式但並非最嚴重的危害模式-MM造成的故障與造成的故障與HBM類似但電壓卻遠低於類似但電壓卻遠低於HBM,速度亦較速度亦較HBM快快CDM元件帶電元件帶電-模擬一帶電元件經由一腳接地而放電的現象模擬一帶電元件經由一腳接地而放電的現象造成造成ESD故障的主要原因故障的主要原因-電流上升時間最快速電流上升時間最快速Rogher

6、.ShenESD的影響的影響ESD事件事件因局部高溫或電位差造成半導體元件的破壞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可能發生在製程中或使用中的任何階段成本問題成本問題,客戶抱怨客戶抱怨,商譽的損失商譽的損失Rogher.Shen電子元件電子元件ESD故障之構因故障之構因功率相關功率相關:熱崩潰熱崩潰,金屬熔蝕金屬熔蝕-Power=IESD Voperating電壓相關電壓相關:介電質崩潰介電質崩潰潛在性故障潛在性故障:功能劣化功能劣化Rogher.Shen靜電防治專有名詞介紹靜電防治專有名詞介紹ESDS(Elec

7、trostatic Discharge Sensitive)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-Safe Zone)靜電安全區域內部任一點均符合Basic Rule之要求的區域SSW(Static-Safe Workstation)靜電安全工作站Esd Protective Workstation(SSW)靜電放電防護工作站內涵ESDS Item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-Safe Package)靜電安全包裝Esd Protective Packa

8、ge(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靜電防治專有名詞介紹靜電防治專有名詞介紹ESD Protective Area 靜電放電防護區域靜電放電防護區域(EPA)內涵內涵ESDS Item的大範圍工作區域的大範圍工作區域.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且所有行為亦須遵守其相關規定Triboelectric Charging 摩擦生電摩擦生電當兩種材料接觸摩擦當兩種材料接觸摩擦(Friction)或剝離或剝離(Separation)時其表面產生靜

9、電荷的現象時其表面產生靜電荷的現象Rogher.Shen靜電防治專有名詞介紹靜電防治專有名詞介紹Surface Resistance 表面電阻表面電阻以二個電極放罝於一材料表面上以二個電極放罝於一材料表面上,加以一直流電壓加以一直流電壓(V),量測其通過之電流值量測其通過之電流值(I),再計算出其電阻值再計算出其電阻值(R),其單位為歐姆其單位為歐姆().Surface Resistivity 表面電阻率表面電阻率均一材料的單位面積表面電阻均一材料的單位面積表面電阻,其單位為其單位為/square,表面電阻率與體積電阻率間通常存在一比例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

10、幾何形狀有關該比例與量測電極之幾何形狀有關Volume Resistivity 體積電阻率體積電阻率即電阻率或稱電阻係數其單位為即電阻率或稱電阻係數其單位為-CMRogher.Shen靜電防治材料定義靜電防治材料定義Conductive Materials導電材料導電材料表面電阻率小於1x 105/square,或其體積電阻率小於1x 104-CM(ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)Static Dissipative Material靜電消散材料靜電消散材料表面電阻率至少為1x 105/square且小於1x 1012/square,或其體積電阻率至少1x

11、104-CM為且小於1x 1011-CM(ESD ADV 1.0,EIA-628-1994,MIL-263B)Anti-Static Material 抗靜電材料抗靜電材料-能抑制摩擦生電的材料(ESDA ADV.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靜電防治材料定義靜電防治材料定義Insulating Material 絕緣材料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);ESDA ADV 1.0-1994)Static Shieldi

12、ng Material 靜電屏蔽材料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靜電防治基本法則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.ShenESD問題的對策問題的對策?作業人員的頭髮作業人員的頭髮-+8000V d-1m-以

13、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.ShenESD問題的對策問題的對策?紙張紙張.紙製標籤紙製標籤-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)?手套的使用手套的使用-潔淨室內的一般要求-靜電消散時間(Static-decay time)2 sec?(F

14、ED-STD-101,Method 4046)-量測其表面電阻率 Static Dissipative?-戴上手套後是否需要再戴靜電環?Rogher.ShenESD問題的對策問題的對策?離子風扇離子風扇-解決工作區內絕緣體的帶電問題-使用Charged-plate monitor 評估Discharge time&balance level?成品成品/半成品在工廠內的運送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(.25mil as a Faraday cage)?-作放電測試(discharge test),以滿足自己的需求為原則.記得靜電安

15、全包裝(SSP)並不一定必須滿足Faraday cage的條件.?無線靜電環無線靜電環(Cordless Wrist Strap)-原理:Cormna discharge.-以靜電壓表實際量測人體帶電量-2KV(超過2kv既沒有用)Rogher.ShenESD問題的對策問題的對策?導電地墊導電地墊-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?靜電接地靜電接地(工作檯面及作業人員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.ShenESDA測試標準及介紹靜電放電相關測試

16、程序和標準靜電放電相關測試程序和標準?U.S.Military/Department of Defense 美軍規範?ASTM American Society for Testing and Materials?NFPA National Fire Protection Association?JEDEC Joint Electron Device Engineering Council?IEC International Electrotechnical Commission?ESDA ESD AssociationRogher.Shen靜電環測試靜電環測試功能功能:主要為防止HBM對於E

17、SDS元件的破壞型式型式:金屬,紡織品;錶帶式,鬆緊帶式,黏帶式安全性安全性:必須要有限流電阻(通常約為1M,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,AC 15mA若無限流電阻則必須以紅色標示(MIL-STD-202Method 2.5&Method 101)ESDA ESD S1.1測試方法測試方法接地阻抗-必須小於1.25M30V環帶阻抗-1M 20%Rogher.Shen一般簡易測試方法一般簡易測試方法一般定期檢查(750K -10M)靜電環配戴檢查新品進料檢查(1M 20%)靜電環及接地線連接檢查Rogher.Shen接地系統接地系統ES

18、D S6.1主要目的主要目的:將靜電防護設施接地將靜電防護設施接地,提供一個路徑使靜電消散材料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導電材料及個人接地設備在同一個電位上,減少減少ESDS元件受到破壞元件受到破壞.其他相關標準其他相關標準-ANSI/NFPA 70-1990-ANSI-IEEE Std 142-1982人員安全防護人員安全防護考慮人員碰觸電源時考慮人員碰觸電源時,通過人體的電流通過人體的電流.故接觸人體的接地系統必須要有限流電阻故接觸人體的接地系統必須要有限流電阻Rogher.Shen接地系統接地系統ESD Ground(Soft Ground)靜電放電

19、接地靜電放電接地能夠使靜電產生源能夠使靜電產生源(人或物人或物)藉由路徑到接地的端點藉由路徑到接地的端點,排線排線,金屬線或其他接地系統金屬線或其他接地系統.(EIA-625)Ground(Hard Ground)實接地實接地藉由電子線路或特殊設備和大地藉由電子線路或特殊設備和大地(Earth)連接的導電接點連接的導電接點.和大地和大地(Earth)間具零電位差間具零電位差.Rogher.Shen一般工作接地系統一般工作接地系統ESD 接地點的量測?DC歐姆計:量測範圍0.1-1M+/-10%.開路電壓必須大於1.5V?ESD Common Point Ground(共地點)到Equipmen

20、t Ground 必須小於1?ESD Common Point Ground到ESD Protective Materials and Devices(ESD防護材料或設備)必須小於1(如果有保護電阻則必須加上其值)Rogher.Shen工作表面的量測工作表面的量測?ESD S4.1-1997主要目的主要目的: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.?其他相關標準其他相關標準ASTM F150NFPA 99?測試設備測試設備可提供100V和10V測試電壓,誤差在10%以內的高電阻計,量測範圍由10K 100G2只5lb直徑2-1/2“的測試電極Rogher.She

21、n工作表面的量測工作表面的量測?測試時機測試時機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環境和材料評估測試-低濕度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:Resistance to ground and resistance top-tp-topRogher.Shen工作表面的量測工作表面的量測?環境和材料評估測試環境和材料評估測試-低濕度測試低濕度測試濕度50%5%R.H.

22、: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:Resistance to ground and resistance top-tp-topRogher.Shen工作表面的量測工作表面的量測?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?Resistance to Groundable Point(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Groundable point(s)3”位置-B,C,D:距

23、離每個角落2“位置-E:中心點?Resistance Point-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工作表面的量測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Resistance to Groundable Point(s)以及Resistance Point-to-Point若測試不合格時,清洗後再重新測試建議允收標準Resistance to Groundable Point(s):between 1x106

24、and 1x109Resistance Point-to-Point 1MRogher.Shen地面材料電阻特性測試地面材料電阻特性測試ANSI ESD S7.1-1994?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;DIN 51953?測試種類環境和材料評估測試新舖設完成的驗收Rogher.Shen地面材料評估測試地面材料評估測試?測試條件測試條件?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:

25、12%(3%)和50%(5%)R.H.?溫度:23 1?測試設備測試設備?可提供100V和10V誤差在10%以內的高電阻計,量測範圍可由10K-100G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1k(at 10V DC)?測試結果必須記錄最大,最小值Rogher.Shen鋪設配置完成的驗收鋪設配置完成的驗收?測試前使用70%IPA清洗電極並風乾?Resistance to Groundable Point每5000sq.ft(464.5m2)必須測試五點?Resistance Point-to-Point每5000Sq.ft必須測試五區,每區測試

26、點間的距離應至少為36“(約120CM)Rogher.Shen表面電阻表面電阻(率率)測試測試測試目的測試目的:量測一個量測一個ESDS包裝材料的表面電阻率包裝材料的表面電阻率,來評估其靜電防護的特性來評估其靜電防護的特性.相關測試規範相關測試規範ASTM D-257(專為量測絕緣表面所設計的標準專為量測絕緣表面所設計的標準)ANSI ESD S11.11-1993(專為靜電消散表面所設計的標準專為靜電消散表面所設計的標準)Rogher.ShenESD S11.11表面電阻表面電阻(率率)測試測試?使用使用500K,1T Test fixture檢查並評估穩定時間檢查並評估穩定時間?測試樣品測

27、試樣品:6片片,3“x5”(76x127 mm)雙面皆須測試雙面皆須測試?高電阻高電阻1M 10 T之樣品之樣品,測試電壓為測試電壓為100V?低電阻低電阻1K 1M之樣品之樣品,測試電壓為測試電壓為10V?測試時間為測試時間為1T檢查檢查5次之穩定時間平均值加次之穩定時間平均值加5秒秒Rogher.Shen靜電消散時間測試靜電消散時間測試測試目的測試目的評估靜電防護材料被間接或直接充電後評估靜電防護材料被間接或直接充電後,其電荷自然衰退所需的時間其電荷自然衰退所需的時間相關測試規範相關測試規範FTS101C,4046.1EIA-541Rogher.Shen靜電消散時間測試靜電消散時間測試測試條件測試條件?樣品數樣品數:3“X5”6片片?測試環境條件測試環境條件:12%3%R.H.,23 3?測試電壓測試電壓:充電至充電至5KV,再放電至再放電至50V,正負各執行正負各執行3次次?測試結果測試結果:36次量測結果之平均值不得大於次量測結果之平均值不得大於2秒秒