ESD Introducing

7500
3000 3000 7000 400
6 穿著合適的腳帶在防靜電地板上行走
7 閃電(雲層中電荷積累致放電)
<15
1~10 億
※ 閃電:
閃電的平均電流是3萬安培,最大電流可達30萬安培.閃電的電壓約為1億至10億伏特. 一個中等強度雷暴的功率可達一千萬瓦,相當於一座小型核電站的輸出功率.
人體對靜電的電擊感度
Positive +
Quartz Nylon Aluminum
Chrome
Steel Polyurethane Polyethylene
任何两个不同材质的物体只要接触后分离就能产生静电.
Polypropylene
Negative -
PVC (Vinyl) Silicon Mylar
Teflon
2.2 粒子碰撞產生靜電
簡言之,ESD就是電荷的快速釋放、快速中和. 大量積累的電荷快速釋放時產生大電流(I=Q/t),對釋放路徑造成傷害. 日常生活中也到處可見ESD現象,比如脫衣服時的劈啪聲及火花、乾燥的秋冬季手指 觸碰到金屬時感到刺痛、雷電等現象. 靜電釋放的危害主要為以下幾點:
a).引起電子設備的故障或誤動作,造成電磁干擾 b).擊穿集成電路和精密電子元件,或促使元件老化,降低生產成品率 c).高壓靜電放電造成電擊,危及人身安全 d).在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產場所,極易引起爆炸和火災
(4). 其他(線路結構設計)
除了靜電破壞防護電路設計外,在內部面板電路設計上,要儘量避免有大面積金屬電容和尖銳金屬 圖案設計,因金屬面積大,電容就越大, 因此電荷積累就多,其關係式如下: C=ε(介電常數)*A(面積)/d(厚度) Q=C(電容)*V(電壓)
當基板電壓改變時,大面積金屬瞬間無法渲洩累積之電荷,則將找最近最弱之路徑釋放電荷,從而造 成靜電破壞. 對於尖銳金屬圖案設計,當基板電壓改變時容易形成尖端放電,造成靜電破壞.
靜電也有很多用處,比如靜電噴墨,靜電除塵等,但我們今天只討論其危害,且只針對電 子產業.電子產品極易受到ESD傷害,稍有疏忽便會造成很大的良率損失.
對TFT LCD來說,ESD問題一直是不可輕忽的課題,從面板設計到製程過程,都需要花大量精力防止 或降低ESD的危害. 為何ESD問題在TFT LCD業中會如此受到重視,主要因為在TFT LCD業界基板使用是玻璃,而IC業 界所使用基板為硅晶片(Si Wafer),這兩種材質因基本特性不同,在工程中的靜電效應的容許程度亦 有天壤之別. 玻璃是一種單純的絕緣物質(導電率約為10e-14 S/cm),因此,當玻璃基板表面上有靜 電荷存在時,除非有一適當的渲洩管道,否則靜電會一直停留在玻璃基板表面,換言之,靜電消退率 (Decay Rate)相當慢. 相對的,IC業界所使用的本質硅晶片(Intrinsic Si Wafer)為一種半導體物質 (導電率約為10e-5 S/cm),當Si基本表面上有靜電荷存在時,靜電消退速率相當快.另一方面,玻璃基 板與Si基板大小亦有相當大差異(面積相差數倍至數十倍). TFT LCD業界因使用基板的特殊與面 積龐大造成相當容易於各製造工程當中帶靜電荷,因此,如何避免帶電機如何解決帶電是制程中非 常重要的課題. 如何避免帶電及如何解決帶靜電荷問題,主要分為 1）機台設備硬體 2）面板設計 3）作業人員
Com line
Pixel
Dummy line
Transfer pad
例2. ESD Protection Circuit: PMOS Diode(N90).
SB (CELL) IC(MOD Low V) Video1(CELL) Video2(CELL)
Video1/2
GND(MOD) VSS(CELL)
2.靜電如何產生?
物質都是由分子構成,分子由原子構成,原子內有帶負電荷的電子帶正電荷的質子.正常狀況下,一個 原子的質子數與電子數相同,正負平衡,所以對外表現出不帶電的現象.但電子環繞于原子核周圍,在 外力作用下可脫離軌道,離開原來的原子, 則此原子因質子數大於電子數而帶正電,即陽離子.脫離原 子的電子可能侵入其它原子,使其因增加電子數而帶負電,稱為陰離子. 造成不平衡電子分佈的原因即是電子受外力而脫離軌道,這個外力包含各種能量(如動能、位能、 熱能、化學能等) .比如摩擦、碰撞、剝離,靜電感應,電容改變,壓電效應,電磁輻射感應等都會產生 靜. 以下列出幾種產生靜電的方式.
人體電位（kV）
電擊感度
1.0
2.0 2.5 4.0 6.0
無感覺
手指外側有感覺,發出微弱放電聲 有針刺的感覺,但不疼 有針刺的感覺,手指微疼,見到放電微光 手指感到劇痛,手腕感到沉重
10.0
12.0
手腕感到劇痛,手感到麻木
手指劇麻,整个手感到被强烈電擊
2. ESD(Electro-Static Discharge)& Protecting
機台設備硬體容易產生靜電荷的部份,如機械手臂(robot),基板旋轉機構(spin unit),基板升降機構 (lift-pin unit),基板滾動摩擦機構(rolling unit)等皆需要有良好的接地、安裝靜電消除器(Ionizer)以 及儘量使用防靜電材料. 下面將介紹TFT LCD製程中防護ESD的一些方法. (對於面板設計方面如何cover ESD問題,將在第三章介紹)
製程中防靜電基本方法
常用方法:接地,離子中和,靜電屏蔽. A.接地
接地就是將靜電通過一條線的連接釋放入大地,這是防靜電措施中最直接最有效的.
導體常用的接地方法有:帶防靜電手环及工作表面接地等.
静電服 腕 带 腳 带 其他：静電鞋 手套/指套
防靜電地板
防靜電台墊
B.離子中和
絕緣體往往易產生靜電,對絕緣體靜電的消除,用接地方法是無效的,通常採用的方法是離子中和, 即在工作環境中使用離子風扇,離子氣槍.
3.日常生活中的靜電
生活中的靜電電壓 靜電產生原因 靜電電壓V 10%RH 40%RH 55%RH
1 人在地毯上行走
2 人在塑料地板上行走 3 坐在椅子上的工人 4 從包裝箱上拿出泡沫 5 無接地措施時人體的運動
35000
12000 12000 26000 6000
15000
5000 5000 20000 800
1. Static Electricity Introducing
1.什麼是靜電?
電是物質的一種屬性,到目前為止,人類能夠區分的電能大概分為三類:直流電,交流電和靜電.
靜電(static electricity)就是處於靜止狀態的電荷,在日常生活中很常見,比如雷電現象,晚上脫衣服時 的劈啪聲及藍色火花等都是靜電現象.
(1).電阻(Resistor)式靜電破壞防護設計 如下圖,此種方式為將各掃描線(scan line)與掃描線間及各信號線(data line)與信號線間用金 屬或ITO繞線成數千歐至數兆歐的電阻. 此種設計為最簡單的ESD防護設計,但因隨著解析度 之提高,造成線與線之空間變小,因空間受限故甚難利用金屬或ITO繞線成所需之阻抗值.
離子風扇
離子風扇
離子風槍
C.靜電屏蔽
靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露於有靜電的區域中 ,用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜 電對電子元件的影響. 最常用的方法是用靜電屏蔽袋作為保護.
靜電屏蔽袋
防靜電袋
3. TFT-LCD Design Circuit for ESD Protection
除了製程中的一些防護措施外,也可在面板上設計一些ESD防護(類似保險絲)來使 TFT面板增加對靜電破壞之耐壓能力,一般靜電破壞防護設計為:
大面積金屬/ 爬坡處ESD
大面積金屬/ 爬坡處ESD
♣ Additional Introduction ♣ ESD測試系統
靜電槍結構
接觸式放電槍頭
非接觸式(空氣式)放電槍頭
靜電實驗裝置
靜電槍槍頭
THE END
2.1 磨擦產生靜電
P-Type Silicon
Human Hands
根據物質磨擦後產生正負電所排成的順序稱為磨擦帶電系列 (Turboelectric Series),下表所示為其中之一例,根據此表,當兩種 物質磨擦時,表中較上位者會帶正電,位在較下位者帶負電. 实质上摩擦起电是一种接触又分离而造成正负电荷不平衡的过程,
Gate Floating line COM COM
B2B
Floating line
Data尾端之Diode因考 量高解析度產品及空間 利用,可以交錯式排列
ESD Protection-Diode
High V
High V
open
open
open open
Low V
Low V
Dummy line
Com Gate line Diode
例1. ESD Protection Circuit: Normal & B2B.
ESD Path: Data(Gate) line Diode Floating line , Floating line diode Common line
Data Floating line
Normal
ESD(Electro-Static Discharge) Introduce
GC.Yin April.2011
Hale Waihona Puke Baidu
Outline
1. Static Electricity Introducing 2. ESD & Protection 3. TFT-LCD Design Circuit for ESD Protection
(2). 雙向主動元件聯接環狀短路式(shorting ring)靜電破壞防護設計
此種方式是將各掃描線與各信號線拉出後用一雙向主動元件聯接環狀短路式(shorting ring)在一 起成一靜電破壞防護環. 其雙向主動元件為環狀二極管(Ring Diodes)或背對背(Back-to-back)二 極管或MIM二極管或環狀TFT(Ring TFT).
粉體粒子在管子內高速流動時會與管壁碰撞產生非常高之靜電,在輸送帶、升降機、鼓風設備 中時亦很容易產生靜電,例如塑膠粉末、化學粉末、金屬粉末、粉塵…在製造過程中的輸送皆會 產生靜電.
2.3 感應產生靜電
靜電感應現象,帶電荷的物體會在臨近的物體上造成電荷的分離,靠近帶電荷物體會出現與 該電荷不同極性之感應電荷.
VGH(MOD) VDD(CELL) Array SB CKH 1,2,3
GND(MOD) VSS(CELL)
Source ESD Protect Circuit
VGH(MOD) VDD(CELL)
GND(MOD) VSS(CELL)
Equivalent Circuit
Data Line
VGH(MOD) VDD(CELL)