洁净室静电的危害及静电控制FFU

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2021-10-28   环球过滤分离技术网   guolvfenlitech6

一、洁净室与静电

1、洁净室

半导体、平面液晶显示器、光电子和生物医药都需要洁净的生产车间，通常洁净室是指空间空气悬浮粒子浓度被控制在规定界限内的房间或限定空间，这尘埃粒子的粒径越小和被限定的粒数越小，洁净度便越高。

2、洁净室的静电

由于洁净室的洁净度要求，室内使用

①大量的高绝缘介质装饰材料、地面、墙、门、顶棚、隔断、工作台、椅子等等，这些材料摩擦容易起电带电，不易泄漏释放。光刻间塑料地面500V~1000V，扩散间塑料地面500V~1500V，瓷砖地面也有500V~1500V，塑料墙纸700V，塑料顶棚OV~1000V，金属活动皮芏椅面500V~3000V。

②人穿洁净工作服、鞋、步行或工作时，与不同物质设备器材摩擦要产生静电，人、衣服、鞋都会带电。人穿尼龙衣、塑料胶底鞋缓慢地在清洁的地板上走动，人身上带7000V~8000V静电压。在乙烯基地板上行走可带1200V（10%~20%RH）、250V（65%~90%RH）静电压，在地毯上行走可带35000V（10%~20%RH）、1500V（65%~90%RH），晶片装配线工人穿的工作服可达10KV。

③空调气流经过初效过滤器、中效过滤器、高效过滤器，净化出口气流是带静电的。铝板送风口、回风口约为500~1000V。

④大量的绝缘器材、装备和工具，也是重要的静电电荷源。晶片装配生产线：晶片装料盒35KV，有机玻璃盖8KV，石英制品1.5KV，晶片托盘6KV，丙烯酸脂盖20KV，台桌面10KV，塑料存贮柜30KV，玻璃纤维晶体载料盒滑过聚丙烯桌面带10KV。

总之：洁净室的洁净度要求越高，静电带电便越严重。

二、洁净室静电的危害

1、静电库仑力

在静电库仑力的作用下，吸附的粉尘、污物造成元器件增大泄漏或形成短路，使性能受损，成品率和可靠性大大下降。如粉尘粒径>100μm，铝线宽度约100μm，氧化膜厚度在50μm时，最易使产品报废。现在线径更细，氧化膜很薄，粒径很小的尘粒子就会损害元器件，这种情形多发生在腐蚀清洗、光刻、点焊和封装等工艺过程中。

2、静电放电ESD

（1）元器件的绝缘氧化膜被击穿，引线被烧断或线间熔断。若人体带上10KV（100PF）的静电荷，触摸器件脚时发生ESD，其向大地瞬间形成脉冲放电电流峰值可达20A（10~100s），不要说高密度，细线径，薄SiO2膜的Lsi、Vlsi，就是一般IC、MOS都会遭受损坏。

一般说器件绝缘栅SiO2薄膜的耐压场强是E=（5-10）×106V/cm，如果器件SiO2膜厚度取1000，其器件输入脚施加50V-100V以上的静电压就将会被击穿，而人体带静电超过50V、100V是极平常的。

（2）造成噪声、发射电磁波干扰

ESD引起EMI其电磁波的前后峰较尖，信号强，相当于电路中几伏的能量，频率跨越几MH2甚几百MH2的强大噪声，可能引起元器件损坏，设备和传感器不正常工作，甚至引起设备死机。

ESD引起的EMI还会引发错误信号的输入，或发生锁存现象。如无尘室中，将晶圆片的EMIF箱放在钢的手推车上，晶圆片的ESD会通过电感传给手推车，车轮是绝缘的，则EMI的扩散会引起晶圆片处理机死机。

（3）电击人体

人体的ESD或对人体的ESD当超过人体电击极限电流5mA以上时，人都会有各种伤害感觉，造成工作人员的情绪不安，操作错误。

半导体，平面显示器，光电子等洁净室，尽管做了很多工作，但洁净室的静电问题仍然影响着生产安全和产品产量，影响着制造成本和效益，影响产品的质量和可靠性。据国外工业专家估计，美国每年由于静电造成产品的损失平均在8-33%，还有人估计美国每年静电对电子工业毁损价值达100亿美元；日本80年代曾对报废的电子产品进行分析，由ESD引起的损失占1/3。我国半导体、平面液晶显示、光电子等都起步较晚，但静电危害也时有发生，成品率较低。而银行、证券公司、机要数据库、监控中心，电力调度室等等，若出现ESD就很容易引起干扰，数据遗失，情形就更严重了。

三、洁净室静电控制

1、静电控制的基本原则

（1） 确定静电控制级别

（2）尽量减少静电荷的产生

（3） 泄放和中和的办法加速静电荷消散，防止静电积累

（4）保护产品不受ESD的损坏

2、确定静电控制的级别

（1）元器件、组件和设备静电敏感度分级

1级：易遭受0-1999V静电电压损坏的

2级：易遭受2000-3999V静电电压损坏的

3级：易遭受4000-5999V静电电压损坏的

而敏感静电压大于16000V的，便不必采取防静电措施。

（2）静电防护工作区的分级

A级：允许对地静电电位不超过±100V

B级：允许对地静电电位不超过±1000V

实际工程中是分静电电位不超过100V、500V、1000V等对应元器件、组件和设备静电敏感电压的3级。

3、尽量减小静电荷的产生

这是控制静电三步曲的第一步，在这净化工作环境中，最好的措施：

（1）尽量采用性质相似器材，减少在接触摩擦分离过程中产生静电电荷；

（2）尽量采用导静电型或静电耗散型材料的器材，减少接触摩擦分离过程产生积累静电荷；

（3）尽量采用减少接触摩擦分离而产生静电荷的生产流程。

4、泄放和中和

这是控制静电三步曲的第二步，在微电子生产的净化室中最通常的措施是接地，采用导电性或耗散性材料泄放静电荷，以及离子化消电器中和静电荷。

（1）接地

洁净室应设一个独立静电接地系统（包括地面接地金属网支系统、生产线工作站接地支系统），以便室内所有设备金属外壳、移动设备的金属支架、防静电器材等安全、有效地将静电荷泄放至大地。工作人员的带电则通过手腕带接地，以及通过防静电鞋或脚跟带再经防静电地面向大地泄放。地面、墙面、顶棚、隔断等是硬接地，设备外壳、移动设备（车、椅、货架等）、工作台等则属软接地。

（2）离子化消电器

洁净室中生产组装的元器件、PCB，生产线、工作站上总是难免存在一些不能接地的绝缘导体和绝缘介质材料（例如大多数普通塑料）。在某些环境下，离子化消电器常用来局部消散这些物体上的静电荷，而更经常的是借助于空气离子化来中和在绝缘介质上和孤立导体上的所带静电电荷。

（3）导静电和静电耗散材料

导静电材料和静电耗散材料由于其具有导静电性，也是很好的静电荷泄放材料，而且比金属导体泄放更具有安全性，通常被采用做地板、墙面、工作台、周转容器、镊子、刷子等防静电器材。

5、防止ESD，保护产品

这是控制静电的三步曲中最后一步。在微电子生产的净化室中，为阻止ESD发生在静电敏感元器件或组件、PCB上，一种方法是对元器件和组件提供合适的接地或分路以“消散”掉产品上存在的静电荷；另一种方法是用恰当的包装方法和材料来处理静电敏感器件的包装和输运。这些材料可有效地屏蔽电荷侵入产品以及减少产品在包装箱中移动而产生静电荷。

国际上，半导体、平面液晶显示器，光电子发展很快，集成度越来越高，芯片线径越来越细，对防静电要求越来越高。美国ESD协会已开始修订ANS ESD S 20.20-1999静电放电控制大纲，对SSD静电敏感性分类已作了些修改。

这给元器件使用者一个警示，不论在人员或设备进行装备制造时，告诉你能需要的环境控制要求。如果EPA区域内允许电压达到25V的话，恐怕我们现有的防静电器材、装备、工具以及工程都要经过一番艰苦的努力。 层流罩和FFU的本质区别：一种是吊装,一种是支架安装，结构上有差异，原理和参数一样；

层流罩的说明:

层流罩可提供局部高洁净环境的空气净化设备。层流罩主要由箱体、风机、初效空气过滤器、阻尼层、灯具、高效过滤器等组成，外壳冷板喷塑（不锈网，锌铝合金）。层流罩既可悬挂，又可地面支撑，结构紧凑，使用方便。单个使用或多个连接组成带状洁净区域。层流罩是将空气以一定地风速通过高效过滤器后，形成均流层，使洁净空气呈垂直单向流，从而保证了工作区内达到工艺要求的洁净度。洁净层流罩有风机内装和风机外接两种，安装方式有悬挂式和落地支架式两种层流罩是将空气经风机以一定的风压通过高效空气过滤器后，由阻尼层均压，是洁净空气呈垂直层流型气流送入工作区，从而保证了工作区达到工艺所需的高洁净度。层流罩与洁净室相比，具有投资省，见效快，对厂房土建要求低，安装方便，省电等优点，目前广泛用于精密机械、电子、制药、食品、精细化工、LCD、PCB板、平板显示等部门结构比FFU复杂，为局部净化设备，使用环境条件要求比较低，用于提供局部比较高的洁净度，适合改造工程，及整体要求不是很高，只是满足局部要求的工程。

FFU说明:

FFU又称风机过滤单元,FFU英文全称为（Fan Filter Unit），中文专业用语为风机过滤机组（单元）。

FFU可模块化连接使用，使用FFU广泛应用于洁净室、洁净工作台、洁净生产线、组装式洁净室和局部百级等应用场合。FFU设有初、高效过滤器两级过滤网。风机从FFU顶部将空气吸入并经初、高效过滤器过滤，过滤后的洁净空气在整个出风面以0.45M/S±20%的风速匀速送出。适用于在各种环境中获得高级别的洁净环境。它为不同尺寸大小，不同洁净度等级的洁净室、微环境提供高质量的洁净空气。在新建洁净室、洁净厂房式改造翻新中，即可提高洁净度级别，降低噪音和振动，也可大大降低造价，安装维护方便，是洁净环境的理想部件。大面积使用提供洁净环境，多用于百级，千级或者更高级别，一般要求地板形式为高架地板，有回风夹道，且该级别周围也要保证低一级别的洁净度，相对而言这样成本相对要高一些。

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