電子產(chǎn)品的靜電放電保護技術(shù)與新裝置的應用

摘要：本文介紹靜電產(chǎn)生的理念,并對生產(chǎn)現場(chǎng)采取的除靜電措施與除靜電器應用作分析,而且舉例闡明電子產(chǎn)品的靜電放電保護技術(shù)與新裝置的應用。 敘詞：靜電放電 除靜電器 電位傳感器 Abstract：The theory electricity occurrence were introduced in paper,and taking remove　electricity arrange application of static electricity device removal　were analysed in productive field,in addittion electrostatic discharge (ESD) protecting techique new device application　for　electronic production were elaborated using example. Keyword：electrostatic discharge (ESD) static electricity device removalSensor of electric potential
1 前言
當今在電子產(chǎn)品設計與制造過(guò)程中,人們很關(guān)心的是如何迸行電子產(chǎn)品的靜電放電保護。因為它是提高產(chǎn)品的耐受性并關(guān)系影響整個(gè)電子工業(yè)長(cháng)期發(fā)展的重要問(wèn)題，所以靜電破壞與促使靜電放電(ESD)保護己顯得日益重要。這是因為隨著(zhù)近來(lái)零件小型化和半導體高集成化趨勢,其靜電放電而引起的電路或器件的靜電破壞已成為一大隱患的技術(shù)問(wèn)題。靜電破壞隱患問(wèn)題是如何產(chǎn)生的吶？

眾所周知，MOS結構的IC、FET及高頻器件等產(chǎn)品對靜電非常敏感，容易受到靜電破壞。其MOS器件比雙極器件更易遭受到ESD破壞，并且隨著(zhù)制造工藝尺寸的每一次縮短而更加脆弱。由于隨著(zhù)IC制造工藝從500nm左右演變到90nm和更小尺寸，集成器件的擊穿電壓已大大降低。這與工作電壓的降低直接相關(guān)，在計算核心領(lǐng)域幅度最大，而且在I／O、存儲器、模擬電路也是如此。這個(gè)趨勢的一個(gè)受害者就是傳統的保護器件，它們的閾值電壓超過(guò)了當前器件的最高電壓應力極限。IC內部的傳導膜也會(huì )遭受ESD導致熔斷引發(fā)的故障，從而導致斷路。熔斷行為遵循門(mén)特征。內部峰值電流高達30A時(shí)，即使ESD的短暫閃擊也能毀壞鈦鎢或鎳鉻薄膜跡線(xiàn)。

為此防范危險的最好保護方法首先應了解危險的性質(zhì)，以及它對系統的損害方式。通過(guò)靜電電位傳感器“EP傳感器”的測量與生產(chǎn)現場(chǎng)應采取怎樣的除靜電措施來(lái)實(shí)施電子產(chǎn)品的靜電放電保護，這就是本文研討的思路與重點(diǎn)。首先對半導體器件的靜電破壞模式作闡述。

2 半導體器件的靜電破壞模式

器件的靜電破壞模式大致分為以下3種：人體帶電模式(HBM)、機器模式(MM)、器件帶電模式(CDM)。

人體帶電模式(HBM)，見(jiàn)圖1(a)。人體帶電模式為人體所帶的電荷接觸到器件端子時(shí)放電的模式。其發(fā)生原因是因未穿著(zhù)防靜電腕帶與導電鞋與直接用手接觸端子等造成。

機器模式(MM)，見(jiàn)圖1(b)。機器模式(MM)為金屬裝置所帶的電荷接觸到器件端子時(shí)放電的模式。其發(fā)生原因是因設備或機器人的帶電、接地不充分與電絡(luò )鐵的電源泄漏等造成。

器件帶電模式(CDM)，見(jiàn)圖1（c）。器件帶電模式為器件的導體部(芯片、電線(xiàn)、引線(xiàn)框等)帶靜電、器件端子接觸到設備或工具夾具時(shí)放電的模式。其發(fā)生原因是因IC的自動(dòng)裝配機的搬運部分發(fā)生摩擦帶電等造成。

3 什么是靜電與其相關(guān)技術(shù)

物質(zhì)因摩擦等原因而導致正負電荷失衡、電子極性偏向一方的現象稱(chēng)為“帶電”。在干燥的冬天，用手接觸汽車(chē)車(chē)門(mén)時(shí)有時(shí)會(huì )聽(tīng)到噼啪的聲響――這就是靜電（其動(dòng)電是一般的電）。

靜電是指物質(zhì)中殘留的電。因衣服和座位摩擦而附帶接觸金屬部分后會(huì )放電，約3KV的高電壓。

3.1靜電產(chǎn)生的原因是什么

物質(zhì)均由原子組成。原子由若干帶負電的電子和帶正電的原子核(質(zhì)子和不帶電的中子)組成。電子環(huán)繞于原子核周?chē)?。這些電子就是靜電的原形。在通常狀態(tài)下，質(zhì)子帶的正電荷電量與電子帶的負電荷電量相同，所以原子整體上呈電中性。中性的原子會(huì )因摩擦、接觸或剝離等原因而導致電子發(fā)生移動(dòng)――如果帶上多余電子便會(huì )帶負電；反之。如果失去電子的話(huà)便會(huì )帶正電。

帶電種類(lèi)有以下幾種類(lèi)型：
⑴　接觸帶電. 2個(gè)物體相互接鈾而帶電分為：摩擦帶電、剝離帶電、滾動(dòng)帶電、噴射帶電等4種。
⑵　感應帶電.未發(fā)生接觸便帶電，因帶有靜電的物體接近或離開(kāi)其他物體而帶電。像這種沒(méi)有相互接觸卻帶上靜電的現象稱(chēng)為“感應帶電”。例如，只需將帶電物體靠近IC，便會(huì )發(fā)生帶電現象(靜電感應)。因靜電感應而導致發(fā)生故障的例子如圖2所示。即使工件沒(méi)有帶電，如果帶電物體接近導電體的話(huà)，導電體可能會(huì )因靜電感應而導致內部出現極化，并產(chǎn)生放電現象。

⑶　除塵時(shí)的靜電。除塵的陷阱之一，即使通過(guò)吹風(fēng)將垃圾吹走后，帶電狀態(tài)仍會(huì )持續。除塵的陷阱之二，某些除靜電方法無(wú)法徹底除去吸附的垃圾。.對于帶靜電的產(chǎn)品，可以用較強的離子風(fēng)來(lái)同時(shí)進(jìn)行除靜電和除塵。

4 生產(chǎn)現場(chǎng)采取的除靜電措施與除靜電器應用
4.1除靜電措施
⑴　靜電吸附灰塵的原理
帶電物質(zhì)相互接近后，會(huì )受到庫侖力的作用。如同磁鐵的S極和N極一樣，同極性互相排斥，不同極性互相吸引。由于該庫侖力的作用，會(huì )出現產(chǎn)品吸附灰塵的現象。

帶電量越大，距離越近，相互之間的吸引力就越強。對于工件為絕緣體時(shí)，由于工件本身帶電量很大，因此會(huì )吸附帶電的灰塵。另外，不帶電的灰塵有時(shí)也會(huì )在內部出現極化，也會(huì )被吸附。對于工件為導體時(shí)，一旦灰塵帶電的話(huà)，便會(huì )因靜電感應而導致出現灰塵吸附現象。即使在接地后也不會(huì )發(fā)生改變，因此需要除去灰塵的靜電。
⑵　生產(chǎn)現場(chǎng)采取的除靜電措施
對于機械或人體等導電體而言，接地、防靜電腕帶、導電鞋等非常有效。另外，可以使用導電墊子等來(lái)除去作業(yè)臺的靜電；對于接地無(wú)效的絕緣體而言，可以使用防靜電噴劑、或通過(guò)濕度管理來(lái)防止帶靜電、或是利用離子來(lái)中和靜電。

4.2利用除靜電器除去靜電
“除靜電盒”是一種組合箱體。它裝有高頻AC方式除靜電器和空氣幕簾，可在保持作業(yè)現場(chǎng)潔凈的同時(shí)，高效地實(shí)現除靜電、除塵及集塵功能。

如Creceed除靜電盒產(chǎn)品具有3種功能：除靜電、除塵與集塵。其構成由小型噴嘴式高頻AC“除靜電器”與BOX及集塵機構組成，如圖3(a)所示。

除靜電盒是一種新型“除靜電．除塵，集塵”箱，適用于除去液晶零件、樹(shù)脂成型品以及電子零件等的靜電，并能預防因附著(zhù)灰塵而引起故障。小型箱體不僅可以節省作業(yè)空間，提高作業(yè)效率，而且還能提高產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)能力。

因高壓吹風(fēng)而導致工件再次帶靜電或附著(zhù)灰塵,可利用高頻AC除靜電器，有效除去靜電，并能防止重新附著(zhù)灰塵。由于采用了空氣幕簾，吹風(fēng)后的灰塵不會(huì )四處飛散。作業(yè)過(guò)程節省空間,設置面積為A4A3，適合用于單元生產(chǎn)。作業(yè)效率(時(shí)間)提高，拆下側面外罩后可在流水線(xiàn)上使用。

除靜電器是一種通過(guò)向對象物吹送正電荷及負電荷的離子風(fēng)來(lái)中和對象物帶電狀態(tài)的裝置，如圖3（b）所示。
除靜電器有槍式產(chǎn)品、噴咀式產(chǎn)品與除靜電盒等。

4.3除靜電器的方式

⑴　除靜電器有軟X線(xiàn)式、電暈放電式、放射線(xiàn)式與紫外線(xiàn)式等4種。而電暈放電式又分DC方式與AC方式2種。而DC方式含有脈沖DC式； AC方式又分為商用AC，高頻AC及脈沖AC等3種。下邊介紹電暈放電式和離子的產(chǎn)生。

⑵　電暈放電是指：2個(gè)導體之間產(chǎn)生局部高電壓時(shí)，因空氣絕緣遭到破壞而產(chǎn)生的伴有藍紫色輝光的放電現象。電暈放電式除靜電器會(huì )對放電針施加高電壓，從而引起電暈放電。由于電暈放電的緣故，放電針附近的空氣發(fā)生電離，產(chǎn)生帶電離子。圖4(a)所示為向放電針施加帶正電的高電壓后產(chǎn)生正離子過(guò)程。圖4(b)所示為向放電針施加帶負電的高電壓后，產(chǎn)生負離子過(guò)程。

⑶　AC方式和DC方式的區別
根據電壓施加方式的不同，電暈放電式除靜電器可以分為“AC方式”和“DC方式”2大類(lèi)。小金井的除靜電器采用了AC方式。其AC方式由1根放電針交互產(chǎn)生正離子和負離子。電離平衡良好，與DC方式相比，離子的產(chǎn)生量較少。而DC方式由正離子專(zhuān)用放電針和負離子專(zhuān)用放電針?lè )謩e產(chǎn)生帶電離子的方式。近距離的電離平衡較差，與AC方式相比，離子的產(chǎn)生量較多。