表麵阻值和相對濕度
按照ANSI/ESD S541-2003標準(ESD包裝及材料標準),表麵阻值率大於1011歐姆的材料屬於絕緣材料。絕緣材料由於不導電,附帶的靜電荷可能在材料表麵保持幾秒鍾或者更長的時間。表麵阻值的降低或升高往往與相對濕度有關。材料1011歐姆阻值時的相對濕度是該材料保持靜電耗散特性的臨界點。用於包裝靜電敏感器件的材料需要有較低臨界點,因為在操作或運輸的過程中有可能出現幹燥的空氣環境。在沒有靜電屏蔽包裝的情況下,沒有泄放到大地的摩擦靜電荷(由於表麵摩擦所產生)可能讓器件遭受靜電場感應損傷。
在不同相對濕度情況下產生靜電的比較。在ANSI/ESD S20.20標準中,建議環境濕度控製30—70%範圍。相對濕度低於30%時,物體很容易產生靜電。按照ESDA(美國靜電放電協會)有關表麵電阻的標準(ANSI/ESD STM11.11-2001),平麵材料測量表麵電阻前,須在相對濕度12% +/-3%,溫度730F +/-50F(譯者:原文如此)環境下預處理48小時。可以看出,吸濕性的ESD材料的表麵電阻與相對濕度存在必然的聯係。防潮袋(MBB)在幹燥環境下(低相對濕度)仍然能夠保持良好的靜電耗散特性,因此被認為是有非常好的防靜電特性。
使用幹燥空氣或氮氣並裝入幹燥劑,去除MBB中的濕氣後,袋中的相對濕度可以達到4%以下。在於處理48—72小時後,取出袋中的承載物,袋子的表麵電阻測量結果可以評估該材料能否保持抗靜電特性。ANSI/ESD STM11.11-2001的測量方法示意,不同材料的測試結果的例子。
ANSI/ESD STM11.11-2001標準可以用於評估晶片盒、晶片隔板、輸送帶、淨化紙、膠片、樹脂玻璃、聚碳酸酯殼、阻隔袋/屏蔽袋、潔淨泡棉、聚酯盒以及其他物品的防靜電特性。
ANSI/ESD STM11.13-2004 ——小物體的測量
限於篇幅,本文不能介紹所有表麵電阻的方法。這裏重點介紹一下針對規格大小不能使用ANSI/ESD STM11.11-2001標準中的環狀電極進行測量的潔淨室材料的表麵電阻測量,這就是ANSI/ESD STM11.13-2004標準(測試方法標準)。防靜電真空吸筆和吸盤的檢測。該高分子聚合物在使用較長時間後會老化,吸盤的其表麵電阻增加會變為絕緣材料。
熱成型或真空成型的托盤在潔淨室中非常常見,而其中許多盤的結構複雜。用於測量平麵材料的環形電極無法測量諸如抽屜型的吸塑盤,因此,ANSI/ESD STM11.13-2004對於手套、托盤、真空吸盤、晶片盒、膠片和其他的小結構聚合物的測量提供了有利的支持。
職一個典型的檢測結果,可以看出該托盤的檢測結果是可靠的。
ANSI/ESD S7.1-2005是有關地麵檢測的。
ANSI/ESD S7.1-2005是非常好的地麵評估方法,從點對點電阻和對地電阻(RTG)兩個方麵檢測地麵的防靜電性能。導電型(長久性防靜電)地板設計的電阻不超過106Ω,而一般的測量方法針對的是點對點電阻在106~109Ω的地板。一塊可以防止摩擦靜電的地板,在遇到人體穿著絕緣鞋的時候,其靜電泄放能力可能就不夠了。地麵點對點和工作台麵到接地點的阻值測量。
工作站人員可靠考慮——ANSI/ESD STM4.1-1997:承載電流能力
4—21mA的交流電可以使人體反射;21—40Ma可使肌肉痙攣;40—100mA可導致呼吸困難。工作站的電阻小於106Ω時,從帶電器件放電模型(CDM)和交流電可靠角度看,其導電性過強。所以,所有的不鏽鋼推車、工作台、工作架的表麵都應該鋪墊潔淨室專用的靜電耗散台墊。
阻值靠近高值端的抗靜電材料靜電泄放可能太慢,阻值靠近導電端的抗靜電材料有放電和可靠的風險。導電材料的表麵導致ESD敏感器件受損的原因可能是靜電的快速放電和靜電對地泄放過快。工作台的表麵電阻控製在106~109Ω,同時連接一個1MΩ的電阻接地,可確保可靠。
這些看不見的電荷有一定的能量。隱性電荷很難用靜電場測量儀測量出來,它容易在中間帶有導電層結構的包裝材料中產生,電荷在絕緣層表麵富集,但電壓並不表現出來。當導體表麵接觸到絕緣體表麵時,由接觸感應帶電(CCI)產生的靜電可能高達數千伏,並可能導致ESD損壞。
在機器手取放晶片時,用靜電場強儀測量鄰近的聚酯玻璃窗口的靜電場,距離1英寸的場強高達147,000V。
通過聚酯玻璃的晶片都會帶電。但當窗口使用半透明的膠片時,晶片上靜電吸引的微粒數量較少。
這種測量方法不能用於測量點狀的靜電源,該情況可以使用一種由計算機控製的非接觸式測量儀器來測量場強。
非接觸式的電場測試探頭和儀表可以用於帶電的硬盤、晶片、吸塑盤和其他物體的靜電場測量。粉紅色抗靜電膠片感光層帶電的實際測量結果。
法拉弟筒測量:ESDA ADV 11.2——1995
另外一個測量剩餘電荷的方法是使用法拉弟筒,該方法的測量精度超過1nC/Pf(100V)。這個**度在半導體行業測量高分子材料足夠了。
盤盒即便是在接地的情況下仍然可能帶電,圖10中的盤盒帶電後在離子靜電消除器處理後放入法拉弟筒中測量的實例。在這個實例中,盤盒充帶1000V靜電,然後放入法拉弟筒後接地,測量結果表明,該盤盒靜電的泄放能力為<1nC/Pf。
靜電衰減
這測量是測量一個帶電體靜電衰減到原有電壓的10%時的速度。Fed 測量標準101C,4046.1號特別闡述了從+/-5000V衰減到+/-500V靜電衰減時間小於2秒鍾的測量方法。近來又列入從+/-1000V衰減到+/-100V的測量。這個測量可以表示出材料通過接地泄放靜電的能力。但是當物體的形狀複雜時測量比較困難,如纏繞的防靜電泡棉、真空吸塑和少數尺寸太大不能放入測量儀器的物品。
盡管,在靜電環境控製時關聯性目標的測量非常有效,按照美國軍標263A手冊30.5部分附件H,這個測量不能適用於所有的靜電現象。Fed 101C標準中的4046.1對此作了修正,使用了大探測板,可以應用硬盤驅動和半導體行業。
潔淨室測量手套的照片,1000V/100V靜電衰減時間小於2.0S表明合格。在硬盤驅動行業,可能建立的標準要求會更高:1000V/3V靜電衰減時間小於2.0S。
ANSI/ESD STM2.1-1997 防靜電工衣
按照ANSI/ ESD STM2.1-1997標準 “靜電敏感器件保護——工衣”的要求,人體穿著不會富集靜電的工衣是非常重要的。以下草莓视频18在线將闡述,按照ANSI/ESD STM11.11-2001標準,預先經過73°F +/-5° ,12% RH +/-3% RH預處理48—72小時,測量表麵電阻的服裝材料的特征。
點對點電阻
ANSI/ESD STM 2.1-1997標準中使用兩個淨重5磅電極測量布片之間的電阻和袖對袖的電阻,根據ESD STM2.1特別製作的夾子可以用於測量兩個袖口之間的電阻,理想的電阻是1.0 x 106~1.0 x 109 Ω。上述的測量須在絕緣板上進行。
另一種非標準的,但在工業實際中應用的檢測方法已經為一些機構所推行。這個方法就是,將一個非接觸式靜電電壓表測量探頭放進衣服內,用一個帶電體靠近已經接地的工衣。衣服內的靜電極小,或者沒有穿透的靜電場。用一個能夠產生幾千伏的靜電槍在工衣外對靜電電壓表直接放電,在+5,355 V和 -7,185V時測量電壓。工衣的測量電壓為+15 V和-40 V。
離子化的測量ANSI/ESD STM3.1 -2000
因為極性關係,一個靜電帶電體靠近離子化設備時,要麽會被吸引,要麽會被離子中和。當離子與表麵的電荷結合時即會發生中和。在實際應用中,將靜電降低到幾百伏足以消除對塵埃的吸附。然而,對於磁頭來講,幾伏的電荷就可以導致嚴重的損傷後果。一種新型的離子化設備問世,它可以實時監控離子的產生,確保中和電壓不超過+/-1.0V,極大降低了磁頭遭受損傷的風險。如果離子化設備離子失去平衡,它將會讓物體直接帶電,或通過感應讓其帶電。
由空氣中的粒子導致的ESA會讓粒子因為相反電荷的吸引汙染表麵。這在醫藥、硬盤驅動、光感、光纖通訊和國防工業中都是不能接受的。
在電子行業起初采取在工作區使用導靜電材料或靜電耗散材料接地,同時結合使用ANSI/ESD S541-2003標準中規定的包裝來達到ANSI/ESD S20.20-1999標準中的靜電防護要求的目的。
而在潔淨室,層流空氣會產生靜電場。設備中的接觸分離的動作會讓靜電敏感組件,在放到導電的工作表麵時,產生火花放電或其他形式的放電,從而受損。**別靜電防護區和離子化相結合使用在ISO 2 – 4 級的潔淨室中廣泛應用。相反,在ISO 5 – 8級潔淨室工作站中,使用離子化是為了降低絕緣體上的靜電。在評估離子化設備的測量靜電衰減和平衡度方麵,ANSI/ESD STM3.1-2000標準是很好的一個工具。
將一個6” x 6” 大小,帶20pF電量的平板放到按照九個劃分好的位置固定的離子化設備的下麵,測量其平衡電壓和靜電衰減時間。在圖13中,帶有反饋裝置的離子化設備的平衡電壓在+/-1.0 V以下。其他的離子化控製係統監測其離子平衡電壓,靜電衰減時間,濕度和粒子數量。
簡而言之,控製靜電場和靜電現象是非常困難的任務,然而,運用ESD測試方法,掌握ESD材料特征,可以通過產品和材料品質限製,促使ESD/ESA防護計劃的改善,同時確保其變為常規的外部審核和內審的內容。高分子聚合物是一種靜電生成物,運用新的ESD包裝和材料方麵的文件——ANSI/ESD S541-2003,首先要注意的是不僅減少ESA,而且在ISO 1-8級潔淨室中控製ESD。
其中一個必要的環節是,對供應商所標明的ESD依據和產品淨化指標進行檢測,通過詳細的正規檢驗部門的檢驗報告或弟三方的驗證讓產品質量得到保證。在實際生產當中有許多這方麵的實例:ESD產品和淨化產品因為在購買時沒有正規的質量和潔淨室適用範圍的技術報告,在被發現不符合要求時,而不得不停用或被取代。 (