静电破坏对策Q&A

IC(集成电路)等电子部件因静电导致破坏的现象,被称为静电破坏。
电子部件接触带电的物体时,电荷会从物体流入电子部件,导致电子部件带电。

若将带电的电子部件接地,或接触接地的导体,则电子部件电路内会产生剧烈的电荷流动。

这种电荷(电流)流动会瞬间加热电路,导致配线熔化,发生短路或断路。
这种现象甚至可能会造成3000℃的高温。

  • 电子部件带电示意图
    电子部件带电示意图
    1. A:带电物体
    2. B:接触
  • 电荷流向导体示意图
    电荷流向导体示意图
    1. A:接触
  • 静电破坏产生电桥的配线模式
    静电破坏产生电桥的配线模式
    1. A:铬被蒸发的部分
    2. B:正常的铬
    3. C:产生电桥的部分

导致静电破坏的带电体,可能是作业人员、设备类以及半导体元件本身,这些原因可以被划分为三类:“人体带电模式(HBM)”、“设备模式(MM)”、“工件带电模式(CDM)”。

人体带电模式(HBM:由人体向工件放电)

由于带静电的人体在接触工件导线时放电等原因,导致工件带电,随后又因工件接地,导致电路中产生放电电流,引发静电破坏。
外部静电带电物为人体时,由带电人体释放的电荷量很多,放电能量远远大于带电绝缘体。

这种由带电人体向半导体工件放电的模式,被称为“人体带电模式”。

人体带电模式
  1. A:工件
  2. B:电流

带电作业人员的手指等部位在不经意间接近半导体元件时,元件端子与手指之间会发生静电放电。(由于人类会四处活动,进行各类作业,极易带电)

设备模式(MM:由金属体、导电体向工件的放电)

静电带电物为设备时,被称为“设备模式”。

在制造流程中使用的设备类若未接地,即使是导体也会带电。带电设备接触半导体工件外部端子时,电流会贯穿工件内部,造成静电破坏。

设备模式
  1. A:导电体
  2. B:工件
  3. C:电流

工件接触带电导电体时带电,并因工件接地导致静电破坏。

工件带电模式(CDM:工件自身带电导致的破坏)

就算针对人体模式、设备模式采取了充分的静电对策,在半导体工件的生产工序及组装过程中,仍有可能因静电放电导致破坏。

这是工件自身带电时的静电放电破坏所导致的,被称为“工件带电模式”。

在该放电模式中,半导体工件表面的摩擦等会使工件自身带电,最终电路、导线等导电体会因外部电场发生静电诱导。

在该状态下,一旦导线接地,内部电场将发生急剧变化,放电电流流动,引发静电破坏。

工件带电模式
  1. A:工件
  2. B:电流

半导体元件电路带电,元件端子靠近附近的导电体时放电,内部电路发生静电破坏。

近年来,随着电子部件轻量小型化的发展,对静电的耐性正在越变越敏感。
下列数据仅供参考:对MOS半导体外加仅约80至100 V的电压,就有可能使其丧失作为半导体的功能。

让人体感到刺痛的电压约为3 kV,可见80至100 V有多微量。

半导体元件的种类与破坏电压的示意图
半导体元件的种类破坏电压 破坏电压
MOS型IC 80至100 V
结电场效应晶体管 140至1,000 V
CMOS型IC 200至2,000 V
先导肖特基二极管 100至450 V
MOS电场效应晶体管 50至300 V
双极性晶体管 380至5,000 V
晶闸管 600至1,000 V

静电手环的作用,是防止人体带电以及对人体的急剧放电(静电手环内置了数MΩ的电阻,可防止急剧放电)。因此,对人体放电模式而言是一种有效的方法,但当工件自身因摩擦等带上静电时,是无法防止放电的。

其次就是使用方面的问题,将静电手环缠在手腕上时,接地可能会失效(就算配线连接正常,汗液干后会变成盐层,使静电手环与接地线绝缘等),还需要进行定期检查,导致作业性变差,因此据说很难遵守原本的使用方法。

元件破坏示例
元件破坏示例

若IC仅是带有静电,并不会导致破坏。放电才会导致电流流动,损坏元件。

不同类型的静电手环
不同类型的静电手环

导电性片材的作用,是避免静电产生,防止静电的急剧放电。
使用导电性片材时的思路,会因带电物是绝缘体还是导体而异。

绝缘体时

带电物为绝缘体时,实际就等同于放置在金属体上,会发生静电诱导。
若此时测量带电量,将呈现0 V的表象,但实际上静电并没有得到消除。
因此,无法消除带电绝缘体的静电。

静电诱导示意图
  1. A:绝缘体

静电诱导,是一种由金属体(导体)这类能够让电荷流动的物质引发的现象,如图所示,带电物质接近时,金属体(导体)内部的电子会发生移动,呈现金属体(导体)表面部分带有与带电物质相反极性电荷的状态。

导体时

带电物为导体时,等同于接地,是一种对设备模式有效的方法。
但是无法防止因剥离带电等导致的带电。

剥离带电示意图
  1. A:导体

剥离带电是将原本接触的物体剥离(分离)开来时发生的强带电现象。
因其是由剥离(分离)动作导致的带电,通常被称为“剥离带电”。
此时,剥离的速度越快,带电量越大。

在将封装印刷电路板嵌入树脂部件的作业中,经常会提出在导电垫或金属组装夹具上进行作业。在这种可能受静电诱导影响的状况下,无法有效地消除静电,因此请尽量在腾空的状态下进行静电消除。例如,当树脂部件的整个平面紧贴金属材质的组装夹具等时,可以采取极力缩小接触树脂部件的面积,拉开与导体的距离等措施,或许能够起到效果。

吸附芯片时的静电消除
吸附芯片时的静电消除
搬运玻璃印刷电路板时的静电消除
搬运玻璃印刷电路板时的静电消除

诸如吸附搬运芯片,或搬运液晶面板的玻璃印刷电路板时,物体在摩擦、剥离后会带电。

带电物体可能会在制造的各个环节放电,存在静电破坏的风险。(搬运芯片时,甚至可能会在吸附的瞬间放电。)

现代工艺会通过在元件上装设保护电路,直接提高耐压性能等方式,制造静电耐性远高于过去的产品,但由于追求紧凑化,元件本身被变得很小,并且为提升性能而嵌入了大量部件,配线间隔极小,因此上述措施并不能发挥多大的效果。

因此,注意周围带电的物体,在吸附、剥离前后通过静电消除器实施静电对策,成为了最有效的手段。

对芯片一类的小型物体采用局部的点型静电消除器;对玻璃印刷电路板这种大型物体配备条型静电消除器;对于设备单件生产速度较快的产品,则尽量使用静电消除速度最快的静电消除器。

尤其是当带电物体腾空时,接触式接地及导电垫并无效果,只能通过静电消除器采取静电对策。

根据人体带电模式、设备模式、工件带电模式可以发现,始终保持可消除作业人员、工件、周围所有物体全体所带静电的状态,是最为理想的。因此,以空间为对象的静电消除,是防止静电破坏的最有效对策。对空间实施静电消除的方法之一,就是使用静电消除器。

实绩案例1 组装工作台内的空间静电消除

实绩案例1 组装工作台内的空间静电消除

在组装工作台内的天花板上安装条型静电消除器,在大范围内营造出没有静电的空间。

实绩案例2 单元工序中的省空间静电消除

实绩案例2 单元工序中的省空间静电消除

安装风扇型静电消除器,对作业范围进行静电消除。
确保作业范围内的0 V状态,能够防止探针及作业人员放电。

首页