半导体器件工业生产中的静电防护技术

半导体器件工业生产中的静电防护技术
摘要：静电包括接触分离静电以及感应静电，它在半导体器件工业生产中属
于一种危害性较大的自然现象，如果生产过程不严加防范，很有可能影响半导体
器件产品质量及良品率。

因此半导体器件工业生产中必须合理应用静电防护技术，根据静电损伤隐蔽性、复杂性、随机性以及积累性等特点，制定行之有效的静电
防护措施，尽可能减少静电现象的发生，保障半导体器件质量安全。

本文对静电
原理、放电过程及其造成的危害和损伤进行详细论述，提出最基本的静电防护措施，希望能有效的减少半导体器件工业生产过程因静电而导致的风险和潜在损失。

关键词：半导体器件；工业生产；静电防护技术
引言：针对半导体器件工业生产中常见的静电现象，生产企业须合理埋设或
铺设静电地线，科学设置防静电地板，为所有工作台设置防静电台面，作业人员
的防静电工作服要佩戴齐全，严格控制生产环境的湿度条件，为半导体器件选择
具备防静电功能的包装材料等，全面加强半导体器件生产流通环节的静电防护，
以保障产品质量同时降本增效。

1.静电的原理及放电
静电本质上属于自然现象，其形成的方式主要有以下两种。

第一，接触分离
静电，即两种不同的物体接触时，由于物体表面载流子的浓度和逸出功的不同，
如果此时将两个物体分离，两者之间就会带有极性相反的电荷从而形成电压差，
当两者电荷量或间隙达到临界值时就会发生静电击穿放电现象。

如印制板的常规
包装材料是塑料，但是要揭掉塑料包装就会触发静电，又例如人类日常起居中脱
衣时，衣服会有火花闪烁，这也是接触分离静电的一种。

另外还有摩擦起电，摩
擦过程看似频率非常快，但是实质上就是在循环往复地接触分离；第二，感应静电。

就是当带电物体持续向无电物体接近时，致使无电物体会在两头因感应而生
成正负电荷，进而产生感应静电。

假A物体和B物体静电电平存在差异，如果让
二者接触，或者置身于静电场，相互之间就会有静电电荷迁移的现象。

如果二者
之间电荷量到达临界值，就会击穿两者之间的介质，电荷就会开始在二者之间移动，进而产生静电放电。

它有电量低、时间短、电流小但电压高的特点，直接危
害电子产品的质量性能甚至使用寿命。

工业生产中的电子器件生产极易发生静电，原因在于人体和所穿衣服、脚下的鞋走动时和地面、包装材料包装时和产品表面
因摩擦而起电。

同时，人员与椅子以及操作台因摩擦而起电，高分子材质料盒PCB板架或周转箱，转运期间相互之间频繁碰撞或摩擦出现静电。

生产期间的烘
箱内部空气温度极高，流动时摩擦到箱壁也会有静电产生，生产工具以及带电设
备靠近其它物体时导致感应静电等。

2.静电损伤特点
静电的发生经常突如其来，无任何征兆，随机而隐蔽，原因复杂，容易积累，一旦触发就会长时间隐蔽地积存于电子器件内部，时间越长、工作量越大，静电
量就会持续积累，就越容易吸附环境中的灰尘，导致电子器件缩短使用寿命，静
电放电期间电子器件会受到强烈的电流攻击而击穿，从而对半导体器件造成损伤
甚至永久损坏。

半导体器件生产厂房规模较大，根据半导体器件的生产流程及环境，其产生
的静电有如下特点。

第一，隐蔽性。

工业生产中的半导体器件制造，如果静电的
爆发范围和规模超大，人眼可以直接观察，其它状况的静电人类无法感受到。

实
际上车间以及生产空间静电随时在发生，但是规模和量级通常很小，人类很难察觉。

原因在于只有静电达到2到3千伏的放电电压，人类才能感受到，所以整个
半导体器件生产过程，操作人员几乎不会察觉静电损伤，突显出隐蔽性；②复杂性。

工业生产中的半导体器件制造，通常利用高精仪器检测静电失效，虽然仪器
已经较为先进，但是仍不能检测到所有静电损伤，或无法适用于所有类型的静电
损伤检测，导致出现静电已经失效的错误判断，致使生产过程不加防护。

除了上
述两种静电损伤特点，还有积累性以及随机性特点，这里不再赘述。

3.半导体器件生产的静电防护
3.1.半导体生产静电防护思路
第一，科学设计静电防护。

工业生产中的半导体器件制造，要把适用的静电防护元件加装在器件内部，避免遭受静电放电的过度攻击。

此类加装的防护元件以可控硅整流器以及电容等为主；第二，对静电放电进行遏制。

包括静电复合中和法、静电屏蔽法、静电泄露法以及静电控制法等在内的方法，都适用于对静电放电进行遏制，从上述种遏制方法的防护原理来看，半导体器件生产过程中静电现象治理的主要思路为一“防”—采取措施以减少静电的产生；二“治”—使已经产生的静电荷尽快的消散。

3.2.常用的半导体生产静电防护措施
①设置静电接地系统，即埋设或铺设静电接地地线并设置静电接地专用端子箱。

这种静电防护措施要达到预期效果，还须选择铜芯绝缘线，促进地线高效绝缘，而且线路须定期检测完整性，检测期间注意均衡布设检测点，同步对地线与测点之间的电阻值进行合理控制。

埋设的地线须具备高度的独立性，任何线路不得重合。

而且埋设的静电地线须与附近建筑物拉开安全间距，同时地线与测点保证有大于等于3个实现直接接触，埋设期间注意精准设定电阻值以及绝缘性的合理区间；②设置防静电地板。

防静电地板有两层结构，一上一下，上层结构是绝缘层，铺设期间确保控制材料之间相互隔离，一旦雷雨天气遭遇雷击，可有效防范静电；下层结合是导电层，铺设期间须连接到防静电地线上，对静电有良好的屏蔽作用。

如果选择的防静电地板是单一结构类型的，虽然可以降低工程造价，但是其防静电性能和成效远远不及双层防静电地板；③工作台表面最好具备防静电功能。

把厚度为0.3毫米的铝制板或铜箔放置于工作台表面，和静电地线之间以导线焊接相连，实现直接接触，再把防静电橡胶铺设于其上，铺设时须注意向下一面是黑面，在连接到导电片上。

同步对操作人员的座椅进行防静电处理，而且使用期间须定期检测座椅以及工作台的实际防静电效能；④作业人员穿戴防静电工作服。

这种工作服是由特殊材料制成的，虽然它不能对静电进行全面屏蔽，但是可保证作业人员生产期间的所有活动不会因摩擦或碰撞有静电出现，这就要求作业人员必须把防静电工作服穿戴在外面，静电防护效果比较好。

而且作业人员还须同步佩戴具备防静电功能的口罩以及手套，可大幅提升防静电成效；⑤生产环境严控湿度条件。

如果生产车间环境过于干燥，就更容易触发静电损伤，所以半导体器件制造车间或环境必须强化湿度条件控制，保证静电电压处于安全区
间，遏制静电现象；⑥包装材料选择防静电类型。

半导体器件制造过程所用的包装材料最好选择具备防静电功能的材质，这类材料通常分两种，即静电屏蔽和防静电的包装材料。

材料性能不同，功能应用也会存在差异性。

防静电材料的优点在于自己基本上不会触发静电，即使静电的出现不可避免，它也能保证其中的半导体器件几乎不会受到损伤，如果产生的静电放电过于激烈而产生穿击现象，多数损害也会由包装材料承担。

静电屏蔽材料可屏蔽静电损伤，促使静电降压，对半导体器件起到良好的保护作用。

⑦减少摩擦阻力，限制产生静电液体的流速。

⑧根据不同的环境，采用适当的静电消除器。

结束语：综上所述，自然界每天都会因各种原因出现不计其数的静电放电，但是由于人体对此比较钝感，很多静电放电不易察觉。

静电实质上是一种普遍自然现象，而且是具备破坏力的自然现象。

尤其在工业生产的半导体器件大规模生产中，静电会带来包括静电损伤等在内的严重危害，严重情况下会击穿半导体器件。

因此，必须合理应用静电控制技术，保证半导体器件工业生产从材料选择到包装再到运输等，全流程防范静电损伤，最大限度保证半导体器件产品的质量和良品率。

参考文献
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