原创 生产制造实践技术随谈-检视工厂当前的人体静电压评测方法

2022-3-30 15:41 964 9 9 分类: EDA/ IP/ 设计与制造 文集: 生产制造ESD管理
  当今的众多门类的微电子产业都需要有效管控其生产工厂中静电导致的生产不良率与品质可靠性问题,包括集成电路制造(晶圆制造与芯片封测)、平板显示制造(前段TFT Fab、中段LCD成盒组装/OLED封装、后段显示模组组装)、MEMS(前段晶圆制造与后段器件封装)等等。
以工厂中人体静电导致的微电子器件的问题为例(Human Body Model,人体静电放电模型),让我们一起检视人体静电分析与管控人体静电相关的技术性认知与实践方法的各个具体方面。
下图为人体静电导致SMD LED静电失效风险的最典型(最常见、最高风险导致器件失效)的情形,即人体直接触摸SMD LED(手机LCD屏幕采用的背光源,ESD敏感度相对较高)管脚进行放电。

图1,人体静电对SMD LED器件放电的简化电路

  基于此种条件下LED的静电失效机理(正向导通静电放电),人体放电产生的放电电流幅值越大,此SMD LED电性失效的风险就越高(一般SMD LED的最大工作电流幅值几个毫安)(LCD屏幕模组工厂中LED的静电损坏常称为“死灯”-即通低电流不再发光);

  于是,要有效保护SMD LED不会被操作人员身体上的静电放电“打死”,就必须将工作中操作人员的人体静电压管控得足够低(由LED最大承受电流*人体皮肤电阻确定)。

  那么,工厂中的静电防护实践中,必须要做的就是如何检测出人员真实的人体静电带电水平,也就是检测人体静电的有效方法从而确认工厂当前的人体静电管控措施是否足够有效。

现实的情形是,相当多数的电子制造工厂采用的人体静电压检测方法,都是基于国际行业ESD标准(美标ANSI/ESD S20.20、欧标IEC 61340-5-1)的测试方法,也就是借助于CPM(Charged Plate Monitor,静电充电板测试仪)设备,具体见下图,

图2,采用CPM测量人体静电带电量-静电压的做法(来源:美国Prostat公司)

  那么,这种检测人体静电(得出静电压)的方法是否真正可以做到无失真地反映出人体的静电带电量?如果人体静电的检测方法存在失真,必然会对工厂的人体静电管控的技术性分析、判断等造成一定的干扰或误差影响。

只要你了解CPM设备测量静电压与其充电板的电容参数,基于基本的物理分析,便可以得出明确的判断:

CPM通过其充电板与人体串联,即将人体的静电并联了一个对地20pF左右的电容,则由此得到的“人体静电压”必然显著低于人体原本的静电压(人体静电荷量/人体对地电容)(人体对地电容一般在100pF左右),即,CPM方法测量人体静电压得到的数据会显著偏小失真。

图3,CPM方法测量人体静电压的失真分析-并联20pF的电容

  那么,如何才能实现无失真的检测人体静电带电的目的?

  其实,有了上图CPM方法检测人体静电压的物理分析图,就很容易得出无失真的检测方法,即消除静电压测量仪器的并联电容影响,也就是用非接触式的静电压仪表测量人体皮肤(如手掌)的静电压即可。

图4,人体静电的无失真测量方法-非接触式静电场/静电压测试仪

  所以,通过以上人体静电对SMD LED的放电机理与人体静电压的检测方法分析,电子工厂静电防护实践中的其他内容还有很多,也都有必要重新检测工厂当前的做法是否合理,是否存在偏差的地方。

作者: Copper_Hou, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3980254.html

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文章评论7条评论)

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Copper_Hou 2022-4-2 21:40

Orima: 谢谢,没理解错的话,你的意思是设备接地和人员静电环接地可以接在一起。。。
是的,国际行业标准就是首选设备地引出静电接地的系统地。
工业领域里,保护人员电气安全的等级要远高于保护产品的静电防护,相比之下,会单独做静电接地桩的占比小得多。

Orima 2022-4-2 21:17

Copper_Hou: 这种问法有歧义。
设备接地主要是基于人员接触设备的电气安全考虑,同时设备的静电带电也可以解决。
人员的静电接地,则是消除人体上的静电带电。
静电接地系统 ...
谢谢,没理解错的话,你的意思是设备接地和人员静电环接地可以接在一起。。。

Copper_Hou 2022-4-2 09:16

Orima: 设备接地和人员静电环接地有何区别差异???
这种问法有歧义。
设备接地主要是基于人员接触设备的电气安全考虑,同时设备的静电带电也可以解决。
人员的静电接地,则是消除人体上的静电带电。
静电接地系统的地业内一般首选设备地,非特殊需求不建议做单独的静电接地桩。

自做自受 2022-4-1 17:29

Orima: 设备接地和人员静电环接地有何区别差异???
呵呵 ,在气候干燥季节,贴身的化纤衣料很容易产生静电,手触墙壁都会放电“噼啪”被刺激一下,在黑暗中脱衣服都能看到静电闪光“噼噼啪啪”。所以,我贴身衣服都是纯棉布料,外衣尽可能少有化纤。
你说的差异,自然有业内专家研究。如果静电对人体有害,至少不舒服,人体还是尽可能静电最低吧!
呵呵,我认为工厂人员恢复工作服棉布料吧!对人对设备都有宜,看来人类是做不到了......

Copper_Hou 2022-4-1 10:39

T.b.K: 没有关注过这个问题,有没有人比对过穿静电服的效果数据上
静电服控制人体静电影响的效能,是建立在人体已经接地的基础之上,即静电服的接地导电网络将人体及衣服上的静电进行屏蔽(静电服外侧检测到的人体静电影响就很小),从而对微电子器件实现静电保护。
静电服没有接地的话,人体的静电仍然可以影响到就近的微电子器件操作。

T.b.K 2022-4-1 10:18

没有关注过这个问题,有没有人比对过穿静电服的效果数据上

Orima 2022-3-30 22:58

设备接地和人员静电环接地有何区别差异???
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