靜電破壞對策Q&A

彙整了靜電對策的基礎知識、靜電引發的故障或破壞,以及關於靜電消除器的常見Q&A。

IC(積體電路)等電子零件因靜電而遭破壞的現象稱為靜電破壞。
當帶電物體接觸到電子零件,電荷會從物體流入電子零件使電子零件帶電。

此帶電的電子零件一旦接地或接觸到接地的導體,換電子零件的電路內部會突然產生電荷流動。

此電荷(電流)的流動會瞬間讓電路發熱,造成配線融化而引發短路或斷線。
雖然這只是一個案例,但曾有個案的溫度升高到3000℃。

  • 電子零件帶電狀態示意圖
    電子零件帶電狀態示意圖
    1. A:帶電的物體
    2. B:接觸
  • 電荷流向導體的示意圖
    電荷流向導體的示意圖
    1. A:接觸
  • 因靜電破壞而產生電橋的配線電路
    因靜電破壞而產生電橋的配線電路
    1. A:鉻蒸發的部分
    2. B:正常的鉻
    3. C:產生電橋的部分

靜電破壞的原因中的帶電體有作業人員、裝置類、半導體元件本身等,但這些原因可分成「人體模型 / 人體放電模型 (HBM)」、「機器模型 / 機器放電模型 (MM)」、「元件帶電模型 / 充電器件模型 (CDM)」三種。

人體模型 / 人體放電模型(HBM:人對元件放電)

帶有靜電的人體在碰觸到元件的導線時發生放電等,使元件帶電,元件在接地後放電電流會流向電路而造成靜電破壞。
若外部靜電帶電物為人體,帶電的人體所釋出的電荷量要比絕緣體大許多,放電能量也相當大。

如此類帶電的人體向半導體元件放電的模式稱為「人體模型 / 人體放電模型」。

人體帶電模型
  1. A:元件
  2. B:電流

帶電的作業人員不經意將手指等靠近半導體元件時,元件的端子與手指之間會發生靜電放電。(人類因移動及進行各種作業的關係,極容易帶電)

機器模型 / 機器放電模型(MM:金屬體、導電體對元件放電)

若帶靜電的帶電物為設備,稱為「機器模型 / 機器放電模型」。

在製程中使用的設備類若未接地,導體也會帶電。當帶電的設備接觸到半導體元件的外部端子時,電流會貫穿元件內部而造成靜電破壞。

機器帶電模型
  1. A:導電體
  2. B:元件
  3. C:電流

帶電的導電體接觸到元件時會使元件帶電,而元件因接地而發生靜電破壞。

充電器件模型 / 元件帶電模型(CDM:因元件本身帶電造成破壞)

即使對人體帶電模型、機器帶電模型採取充分的靜電對策,在進行半導體元件的生產製程或組裝時仍有可能會因靜電放電而產生破壞。

這是因為元件本身帶電而造成的靜電放電破壞,稱為「充電器件模型 / 元件帶電模型」。

此放電模型是半導體元件的表面因摩擦等造成元件本身帶電,其結果會使電路或導線等導電體因外部電場而引發靜電感應。

在此狀態下若導線接地,會對內部電場帶來激烈變化,使放電電流流入造成靜電破壞。

元件帶電模型
  1. A:元件
  2. B:電流

半導體元件的電路帶電時,若元件端子靠近附近的導電體,將會因放電而對內部電路造成靜電破壞。

近年來電子零件因不斷輕量、小型化,對靜電的耐受性也變得非常敏感。
雖然只是參考值,但MOS半導體大約只要施加80 V至100 V的電壓就可能會失去半導體的功能。

人體會感覺到刺痛的程度大約是3 kV的電壓,因此可想像是多麼微量的電壓就會造成破壞。

半導體元件類型與破壞電壓圖
半導體元件類型 破壞電壓
MOS型IC 80至100 V
接面場效電晶體 140至1,000 V
CMOS型IC 200至2,000 V
高階蕭特基二極體 100至450 V
MOS場效電晶體 50至300 V
雙極電晶體 380至5,000 V
閘流管 600至1,000 V

防靜電腕帶的作用是防止人體帶電,以及避免突然對人體放電(腕帶內有數MΩ的電阻,可防止突然劇烈放電)。因此雖然是對人體放電模式而言是有效的方法,但若是元件本身因摩擦等而帶靜電,將無法防止放電。

此外,還有使用上的問題,例如將腕帶纏繞於手腕時可能會造成接地脫落(即使有妥善配線,也會因汗水乾掉後變成鹽分而造成與接地線絕緣的狀態等),另外經常聽到的意見就是必須定期檢查、操作性變差、難以維持原本的使用方法等。

元件破壞案例
元件破壞案例

IC僅帶有靜電並不會造成破壞。而是因放電的電流通過而造成壞損。

不同類型的防靜電腕帶
不同類型的防靜電腕帶

導電布的功能是用於抑制靜電產生,並防止靜電急劇放電。
若要使用導電布,使用上的概念視帶電物為絕緣體或導體而異。

帶電物為絕緣體

當帶電物為絕緣體時,就等同於放置在金屬體上方,會產生靜電感應。
此時若量測帶電量,雖然會呈現0 V,但實際上並非已消除靜電。
所以此方式無法對帶電的絕緣體消除靜電。

引起靜電感應的狀態
  1. A:絕緣體

靜電感應是指在如同金屬體(導體)般能讓電流導通的物質上所產生的現象。此現象就如圖所示,一旦帶電的物質靠近,金屬體(導體)內部的電子就會移動,而金屬體(導體)表面部分所帶的靜電正好會與帶電物質的極性呈相反的狀態。

帶電物為導體

當帶電物為導體時,就如同採取接地,對機器帶電模型而言是有效的方法。
但是並無法防止剝離帶電等造成的帶電現象。

引起剝離帶電的狀態
  1. A:導體

剝離帶電是指把原本彼此接觸的物體剝離(分離)時產生的強力帶電現象。
由於是剝離(分離)的動作造成帶電,因此一般稱為「剝離帶電」。
此時剝離的速度越快,帶電量就會增加越多。

在對安裝基板組裝樹脂零件的作業中最常聽聞的就是在導電墊片上或金屬製的組裝夾具上進行作業。在這種可能會受到靜電感應影響的狀況下很難順利進行靜電消除,因此請盡可能的在中空的狀態下進行靜電消除。例如,若樹脂零件可能會貼合金屬製的組裝夾具平面,請盡可能縮小接觸樹脂零件的面積,以及盡量遠離導體等,在這些地方下功夫或許就能有效消除靜電。

吸附晶片時的靜電消除
吸附晶片時的靜電消除
輸送玻璃基板時的靜電消除
輸送玻璃基板時的靜電消除

就如同吸附晶片後輸送時,或輸送液晶面板的玻璃基板時,物體會因摩擦或剝離而帶電。

帶電的物體在生產過程的各種場合下都有放電的可能性,因此也具有靜電破壞的危險性。(例如製造晶片時,在吸附的瞬間有時會放電。)

雖然目前會對元件加設保護電路,或提高耐壓性等,製造出靜電耐受性比以往高許多的產品,但由於對小體積化的需求,元件本身體積越來越小,且為了提高能力而組裝了更多的零件,配線間隔也縮小許多,因此無法獲得較大的效果。

所以在製程中必須隨時意識到周圍是否有帶電,在吸附、剝離前後使用靜電消除器來進行靜電對策就成了有效的除靜電手段。

如晶片這麼小的物體,可使用局部消除靜電的定點型的靜電消除器;玻璃基板等較大型物體則使用棒型靜電消除器;為加速設備產距時間則盡可能使用靜電消除速度快的靜電消除器等,都是有效的方法。

尤其是帶電的物體為中空,接觸式的接地及導電墊片並無法發揮效果,因此只有使用靜電消除器才能進行靜電對策。

若考量人體帶電模式、機器帶電模式及元件帶電模式,就能了解所有作業人員、元件、周圍的物體整體都能消除靜電的話就是最理想的狀態。因此要避免靜電破壞,採取空間靜電消除的對策是最有效的。若要對整個空間進行靜電消除,使用靜電消除器是最佳的方法。

實績案例1 組裝工作台內部空間的靜電消除

實績案例1 組裝工作台內部空間的靜電消除

在組裝工作台內的頂板加裝棒型靜電消除器,可建立大範圍無靜電的空間。

實績案例2 單元式組裝製程中的省空間靜電消除

實績案例2 單元式組裝製程中的省空間靜電消除

加裝風扇型靜電消除器,可對作業範圍進行靜電消除。
將作業範圍維持在0 V,可避免探針或作業人員放電。

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