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ESD 專題報告
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什麼是靜電
• 原因 : 剝離、摩擦、感應….
• 機制 : 物質因失去或得到電子
而帶電
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影響摩擦生電電量的因素
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材料的影響
正(Positive)
• 空氣
• 人手
• 玻璃
• 毛髮
• 石英
• 尼龍
• 羊毛
• 絲綢
•鋁
•紙
•棉
•鋼
•木
• 橡膠
•金
• 多元脂
• 聚胺脂
• 聚乙烯
• 聚丙烯
• 乙烯基
•矽
• 鐵弗龍
負(Negative)
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典型的 ESD電壓
溫度：21℃
在人造地毯上走動
坐離發泡椅墊
拿起聚乙烯塑膠袋
在地上滑動苯乙烯材質的箱子
移除PC板上的Mylar膠帶
PC板上的收縮膜
作動真空吸錫器
噴電路冷凝噴霧劑
35
18
20
18
12
16
8
15
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1.5
1.5
0.6
1.5
1.5
3
1
5
隱 藏 的 危 險 =>靜 電 放 電
• 原因 : 電位不同物體間的電荷移轉
不一定伴隨有電弧或火花發生
• 一般人體可以感受到的靜電電壓約為
3 k v以上 ; 當靜電電壓低於此值時 , 許
多半導體元件依舊非常容易受到靜電放
電而致損壞
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ESD 對 IC 的威脅
人體 .. 直接充電或放電°
* 電壓範圍 : 數百伏特到30KV
機器 .. 裝配 , 測試 , 蓋印及機械手臂
環境 .. 運輸 , 儲存 , 製造及使用
* 電壓範圍 : 數千伏特°
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靜電放電的模型
# 人體帶電模型 ( Human Body Model ,
HBM )------(2kv)
# 機器帶電模型( Machine Model , MM )
(測試機台,自動插件機,SMT機台)------------(200V)
# 元件帶電模型( Charged Device Model ,
CDM )------(1KV)
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元件帶電模型( CDM )
● 現代自動化組裝之製造環境中最重要
的ESD模型。造成ESD故障的主要原因
● CDM Event 的來源
測試機台,自動插件,IC的包裝及運送過
程產生)
1. 在 1ns (毫微秒)內電流可上升到15A(1KV) ，放電時間在 10 ns
以下。
2. 在高頻時、電容幾乎可以視為短路，因此CDM 電流會由Gate
Oxide 放電。
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電子元件 ESD 故障之構因
• 功率相關：熱崩潰、金屬熔融……
Power = IESD * VOperating
• 電壓相關：介電質崩潰……
• 潛在性故障：功能劣化……
(閘極退化、保護電路損害、放電抑制、PN接
面退化、間歇性的失效)
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ESDS元件敏感等級--- HBM
ESD STM5.1-1998
EIA/JESD22-A114-B:2000
Class
Class 0
Class 1A
Class 1B
Class 1C
Class 2
Class 3A
Class 3B
来自
Voltage Range
<250V
250V ~ < 500V
500V ~ < 1000V
1000V ~ < 2000V
2000V ~ < 4000V
4000V ~ < 8000V
≧8000V
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ESDS元件敏感等級--- MM
ESD STM5.2-1999
EIA/JESD22-A115-A:1997
Class
Class M1(A)
Class M2(B)
Class M3(C)
Voltage Range
< 200V
200V ~ < 400V
≧400V
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ESDS元件敏感等級--- CDM
ESD STM5.3.1-1999
Class
Class C1
Class C2
Class C3
Class C4
Class C5
Class C6
Class C7
Voltage Range
< 125V
125V ~ < 250V
250V ~ < 500V
500V ~ < 1000V
1000V ~ < 1500V
1500V ~ < 2000V
≧2000V
EIA/JESD22-C101A:2000
Class
Class I
Class II
Class III
Voltage Range
< 200V
200V ~ < 500V
500V ~ < 1000V
Class IV
≧ 1000V
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IC 的 ESD 規格
HBM
MM
〝Okay〞 ±2KV ±200V
〝Safe〞 ±4KV ±400V
〝Super〞 ±10KV ±1KV
CDM
±1KV
±1.5KV
±2KV
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靜電防制專有名詞
* Surface Resistance [ 表面電阻]
以二個電極放置於一材料表面上，加以一直流電壓(V) ，量
測其通過之電流值( I ) ，在計算出其電阻值( R ) ，其單位為
歐姆( Ω) 。
* Surface Resistively [表面電阻率]
均一材料的單位面積表面電阻，其單位為Ω/ square，其表面
電阻率與表面電阻間通常存在一比例，該比例與量測電極
之幾何形狀有關。
* Volume Resistively [ 體積電阻率]
即電阻率或稱電阻係數其單位為Ω-cm。
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靜電防制材料特性定義
* Conductive Materials [ 導電材料]
表面電阻率小於1×105 Ω/square ，或其體積電阻率小於1×104
Ω-cm的材料。[ △ < 1×104 or 1×105 ]
* Static Dissipative Material 靜電消散材料
表面電阻率至少為1×105 Ω/square < △< 1×1012 Ω/square 。
或體積電阻率至少為1×104 Ω-cm < △< 1×1011 Ω-cm 。
* Anti-Static Material 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)
- 抗靜電材料並不需要量測其表面電阻率或體積電阻率來決
定其特性。
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靜電防制材料特性定義
* Insulating Materials [ 絕緣材料]
表面電阻率大於1×1012 Ω/square ，或其體積電阻率大於
1×1011Ω-cm的材料。
(EIA-625-1994 ; ESDA ADV 1.0-1994)
* Static Shielding Material 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)
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基本法則
* 將工作區的所有導電物體接地，使其帶
電不超過50V。
* 用靜電電壓表確認工作區內的所有非導
電物體帶電壓不超過300V ( or 200V)。
* 如果靜電無法避免，應確保靜電敏感零
組件與帶電之表面保持足夠的距離。
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ESD問題的對策-1
- 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。
對策 : 更換為導電輪、拖鐵鍊
(推高機不應行經舖有導電地板的區域)
- 紙張、 紙製標籤--在常溫長濕下可視為
抗靜電材料。
- 抗靜電衣--不易控管、 成本高。
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PCB台車
拖鐵鍊
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ESD問題的對策-2
- 手套的使用--靜電消散時間< 2 sec , 還要
帶靜電環。
- 離子風扇--解決工作區內絕緣體的帶電問
題。
- 無線靜電環--只對2KV以上的靜電有效。
- 導電地墊：可用於無導電地板的工作區
，並搭配導電鞋。
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靜電環測試
* 功能 : 主要為防止HBM對於ESDS元件的破壞
* 型式 : 金屬、紡織品 : 錶帶式、鬆緊帶式、
黏帶式
* 安全性 : 必須要有限流電阻(通常約為1MΩ,
250V,1/4W)來保護人體安全，接地線與靜電環
分離的拉力為 1-5 lb 。
若無限流電阻則必須以紅色標示
* 接地導線阻抗 : 必須小於1.25MΩ< 30V
* 環帶阻抗 : 1MΩ ±20%
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靜電環
1MΩ
* 接地導線阻抗 : 必須小於1.25MΩ@< 30V
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靜電帶導電絲
* 環帶阻抗 : 1MΩ ±20%
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靜電環測試實例
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靜電鞋套and拖鞋
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靜電鞋
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靜電鞋測試器規格
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靜電環測試器規格
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ESD問題的對策-3
* 靜電接地(工作檯面及作業人員)
- 目的：使工作人員在同一電位上
/ 地椿
/ 建築物的金屬結構
/ 金屬水管
- 建議：與市電地線間的電位差不要超過 5V，
或阻抗不超過 25 Ω 。
- 人員防護：考慮人員碰觸電源時，通過人體
電流，故必須要有1M限流電阻。
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接地系統-1
• ESD S6.1
* 主要目的 : 將靜電防護設施接地，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，減少ESDS元件受到破壞。
* 人員安全防護 : 考慮人員碰觸電源時，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。
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接地系統-2
* 靜電放電接地 : 能夠使靜電產生源(人或物)有
放電的路徑
* 實接地 : 電子線路或設備和大地連接的導電接
點(零電位差) 。
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一般工作檯接地系統
• ESD 接地點的量測
* DC毆姆計 : 量測範圍0.1Ω~1MΩ ±10% ，開
路電壓必須大於1.5V。
* ESD共地點到ESD 防護材料或設備必須小於
1Ω(如果有保護電阻則必須加上其值)。
* ESD 共地點到Equipment Ground必須小於1Ω。
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工作檯接地系統
ESD保護墊
導電扣
共地點
接地線
靜電手環插孔
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工作檯表面的量測
• ESD S4.1-1997
* 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質以評估其特性。
* 其他標準 : ASTM F150 and NFPA 99
* 測試設備 :
1. 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
10KΩ~100GΩ 。
2. 2只5 lb.直徑2.5”的測試電極。
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工作檯表面的量測
Resistance Point-to-Point
(≧1M Ω)
高電阻計
高電阻計
Resistance to ground
距離 10”
(1×106 Ω to 1×109 Ω)
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固定式工作檯
接地扣
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活動式工作檯
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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。
* 其他標準 : ASTM F150 , NFPA 99 and DIN 51953
* 測試設備 :
1. 可提供100V和10V誤差在10%以內的高電阻
計，量測範圍由10KΩ~100GΩ 。
2. 2只5 lb.直徑2.5”的電極。
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地面材料的量測
Resistance Point-to-Point
(≧1M Ω)
高電阻計
高電阻計
Resistance to ground
(1×106 Ω to 1×109 Ω)
1. Resistance to Ground每5000 Sq. ft (464.5m2)必須測試五點。
2. Resistance Point-to-Point每 5000 Sq. ft 必須測試五區，每區測
試點間的距離應至少為36” 。
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表面電阻(率)測試
* 測試目的 : 量測一個ESDS包裝材料的表面電
阻率,來評估其靜電防護的特性。
* 標準 : ASTM D-257 , ANSI ESD S11.11-1993
* 測試設備 :
1. 可提供100V和10V誤差在10%以內的高電阻
計，量測範圍由1KΩ~10TΩ之電極 。
2. 測試時間為10TΩ檢查5次之穩定時間平均
值加5秒。
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表面電阻(率)測試
高電阻計
1KΩ~10TΩ
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靜電消散時間測試
* 測試目的 : 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。
* 標準 : FTS101C,4046.1, EIA-541
* 測試設備 :
1. 可充電至±5kv再放電至50V,正負各執行3次
。
2. 放電時間不得大於2秒。
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抗靜電材料-1
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抗靜電材料-2
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抗靜電材料-3
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靜電消散材料
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靜電放電屏蔽測試
* 測試目的 : 決定靜電放電屏蔽袋的效果。
* 標準 : EIA-541,ANSI ESD S11.31-1994
* 測試設備 :
1. 可提供1KV電壓,放電RC迴路200pF,400KΩ
測試器。
2. 放置時間48~72小時。
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靜電屏蔽材料
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靜電防制作業測試標準
* 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 Association
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