談LCD液晶顯示器製造過(guò)程的靜電防護(hù)與靜電消除

一、何謂ESD靜電放電與靜電釋放

　　靜電（Electrostatic）在人類日常生活中無(wú)所不在，也時(shí)常有所聞因靜電的發(fā)生而導(dǎo)致火災(zāi)與傷害，其中尤以冬天時(shí)穿著厚重毛衣，在脫去毛衣時(shí)，常常會(huì)因摩擦產(chǎn)生靜電而讓人覺(jué)得刺痛感。在國(guó)內(nèi)外的新聞報(bào)導(dǎo)中，也發(fā)生過(guò)人們?cè)诩佑驼緯r(shí)，因?yàn)槎焯烨镌镉诌m巧穿著厚重毛衣，在加油時(shí)發(fā)生靜電引起火花，造成人員的傷害。靜電放電防護(hù)（Electrostatic Discharge，ESD）是在21世紀(jì)中期以來(lái)形成的，目的在以研究靜電的產(chǎn)生與衰退減少。ESD中文名為靜電放電（Electrostatic Discharge）或稱靜電釋放（Electrostatic Dissipative）。

　　『靜電』在紀(jì)錄中是最早被發(fā)現(xiàn)的一種〝電〞，靜電也是自有人類以來(lái)就存在的一種電，也是時(shí)時(shí)刻刻影響人類的生活。最早發(fā)現(xiàn)靜電的存在，當(dāng)屬西元前640年，希臘哲學(xué)家Thaces把琥珀(Amber)摩擦后發(fā)現(xiàn)其可以吸附人體毛髮，從而開(kāi)始知道靜電的存在。靜電的形成，如電流熱（火花）效應(yīng)、電磁效應(yīng)（電流干擾）、靜電放電模型與靜電放電效應(yīng)等因素，而靜電所引起的災(zāi)害最常見(jiàn)的就是爆炸與著火。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，微電子的技術(shù)被廣泛的應(yīng)用及電磁環(huán)境愈來(lái)愈複雜的環(huán)境下，科學(xué)家們和工程師對(duì)靜電放電的電磁場(chǎng)效應(yīng)如電磁干擾（EMI）和電磁相容性（EMC）等問(wèn)題的解決，就愈發(fā)顯得重要與被重視。

　　靜電防護(hù)在現(xiàn)在高科技工業(yè)中，一直是一項(xiàng)被重視的科目，因靜電的不良帶來(lái)製程的不良率偏高與破壞，尤其以半導(dǎo)體業(yè)與電子科技LCD製造業(yè)的感受最深；而靜電也是無(wú)所不在，如設(shè)備本身與產(chǎn)品本身的靜電產(chǎn)生，會(huì)產(chǎn)生潛在性的失效與嚴(yán)重破壞，有甚者易造成火災(zāi)、爆炸、電擊等種種危安事件。這些問(wèn)題發(fā)生除了導(dǎo)致企業(yè)成本提升、產(chǎn)品失效，同時(shí)也影響到企業(yè)的形象損失。

二、靜電帶電現(xiàn)象與如何分辨靜電產(chǎn)品

靜電的產(chǎn)生，最常感受到的即是摩擦靜電，也是最普遍的一種。當(dāng)人們?cè)谧邉?dòng)時(shí)、或者是人體與其他物品相互摩擦下，很容易就產(chǎn)生靜電；靜電的形成簡(jiǎn)單的說(shuō)有導(dǎo)體與絕緣體兩項(xiàng)：

導(dǎo)體：需要具有一個(gè)可移動(dòng)的電子或價(jià)電子（Valence Electrons）在原子結(jié)構(gòu)最外層，而所受到原子核（Nuclei）束縛就愈小。當(dāng)受到外來(lái)電場(chǎng)的吸引而產(chǎn)生移動(dòng)（此即為電流），此類的物質(zhì)我們稱為導(dǎo)體。

絕緣體：缺乏可移動(dòng)的電子或價(jià)電子的物質(zhì)，通常絕緣體的物質(zhì)如石英與塑膠等物質(zhì)，在摩擦產(chǎn)生靜電而且無(wú)法將電荷傳地。

以下舉出最常見(jiàn)的靜電產(chǎn)生（靜電帶電的現(xiàn)象）如【表一】：

【表一】

 

一般我們?cè)谏钪谢蚬矆?chǎng)所中，很容易去忽略到靜電產(chǎn)品的存在，靜電產(chǎn)品有絕緣體、導(dǎo)體、防靜電等三項(xiàng)，以下作者整理一表說(shuō)明如【表二】：

 【表二】

 

　　另外，舉如絕緣電阻高的性質(zhì)如塑膠、橡膠及化纖類等產(chǎn)品都很容易因?yàn)槟Σ炼a(chǎn)生靜電?，F(xiàn)實(shí)生活中無(wú)所不在地都有靜電的情形發(fā)生，如大自然中帶電的云塊便會(huì)在大地或地上物，甚至飛行中的飛機(jī)感應(yīng)出靜電。再者如塵埃、煙霧、水氣、雪、冰結(jié)晶體與行進(jìn)中的汽車撞擊摩擦，也會(huì)在汽車上累積靜電，這就如為什幺我們長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)車時(shí)很容易感應(yīng)到車門的靜電。工作中工人以推車搬運(yùn)物體，如被搬運(yùn)的物體帶有電荷，那幺搬運(yùn)的車輛亦會(huì)感應(yīng)出靜電。

Ａ物體與Ｂ兩物體接觸與分離時(shí)產(chǎn)生的靜電以【圖示一】說(shuō)明如下：

 

三、製造過(guò)程中發(fā)生靜電的原因

　　LCD製造流程上，最困擾著製程工程師當(dāng)屬靜電防護(hù)的工作，而在製程上各個(gè)工序與流程，無(wú)時(shí)無(wú)刻不充斥著發(fā)生靜電的可能，靜電放電時(shí)產(chǎn)生的能量是造成破壞的主要原因。製程上要努力研究ESD的發(fā)生源，則必需要先知道產(chǎn)品在剝離與分離時(shí)因靜電放電時(shí)產(chǎn)生的能量是造成產(chǎn)品靜電破壞的主要原因。而ESD對(duì)LCD產(chǎn)品的破壞當(dāng)屬靜電擊穿、靜電吸著塵埃、.電磁干擾（EMI）等三項(xiàng)問(wèn)題，說(shuō)明如【表三】：

【表三】

　　靜電引起的危害，嚴(yán)重者會(huì)造成燃燒與爆炸，有甚者更會(huì)造成人員在受電擊時(shí)由于不能自主的行動(dòng)而導(dǎo)致身體遭受嚴(yán)重受傷。在LCD製程常常會(huì)碰到當(dāng)相當(dāng)能量之電荷聚積至放電的程度而產(chǎn)生火花，以致于引發(fā)可燃性混合物造成燃燒或爆炸等傷害，新竹科學(xué)園區(qū)有發(fā)生過(guò)一家知名半導(dǎo)體企業(yè)的廠房火災(zāi)，即是因靜電放電造成火花，以至于引起火災(zāi)，造成龐大的金錢損失。

各種帶靜電電位的程度表－人體活動(dòng)時(shí)的靜電電位KV表，如【表四】說(shuō)明：

【表四】

注：相對(duì)濕度愈高，則靜電電位（KV）值愈低。

人體(C=200pF)與日?；顒?dòng)所生之靜電量，如【表五】說(shuō)明：

【表五】

注：為何人在高空不受靜電的傷害？因?yàn)闆](méi)有接觸地面，所以人在高空不會(huì)受到ESD的傷害。

靜電的摩擦電序列表，如【表六】說(shuō)明：

【表六】

注釋: 1.物質(zhì)產(chǎn)生靜電的大小，【表六】中愈正性與愈負(fù)性物質(zhì)互相摩擦產(chǎn)生的靜電也就會(huì)愈大。

         2.舉例如愈正性的物質(zhì)如空氣，與愈負(fù)性的物質(zhì)如鎳或銅等物質(zhì)，兩者互相接觸摩擦產(chǎn)生的靜電，亦會(huì)相對(duì)的增大。

四、製造過(guò)程中消除靜電的方法－電子工作區(qū)的ESD靜電防護(hù)

　　LCD製造業(yè)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的技術(shù)已達(dá)到國(guó)際的頂尖水準(zhǔn)以上，品質(zhì)的嚴(yán)格要求與良率的提升，則有賴檢驗(yàn)的機(jī)制與高超的技術(shù)水準(zhǔn)提升。LCD製程上降低不良品的發(fā)生，是LCD製造工程師責(zé)無(wú)旁貸的責(zé)任。而靜電的發(fā)生是無(wú)所不在的，常見(jiàn)的舉如LCD靜電擊穿、靜電吸著塵埃造成的Cell內(nèi)污（Dust in the cell）污染等。LCD製造業(yè)界中，對(duì)于ESD靜電防護(hù)可說(shuō)是無(wú)所不用其極，製程工程師們?nèi)找砸估^的不斷研究，并且在工作實(shí)務(wù)中累積對(duì)于ESD的產(chǎn)生與消除都有著一套經(jīng)驗(yàn)傳承法則。標(biāo)準(zhǔn)有著一定的規(guī)範(fàn)與法則，是一遵循的規(guī)則，但是在工作經(jīng)驗(yàn)中，所累積出的知識(shí)與專業(yè)技能，如不加以整理與紀(jì)錄，并且定期更新在作業(yè)指導(dǎo)書(shū)中，而放任其消失實(shí)在是一件非?？上У氖虑?，就如同消除ESD一般，消失了就不再?gòu)?fù)原。

LCD製造工廠，一般電子工作區(qū)域靜電防護(hù)，我們可利用如下5大項(xiàng)目與SIGH觀念來(lái)執(zhí)行ESD的靜電防護(hù)，如下【表七】與【表八】：

【表七】：5大電子工作區(qū)域靜電防護(hù)項(xiàng)目

 

 【表八】：SIGH觀念

 五、製造工廠靜電消除方法－人員、設(shè)備、材料、方法與環(huán)境的靜電消除

在LCD製造工廠中，消除靜電危害技術(shù)的作業(yè)，最有效而且也是最經(jīng)濟(jì)的防治措施即是『靜電接地技術(shù)』。靜電接地的目的通常有如下兩項(xiàng)重要要求：

1.防止物體儲(chǔ)存電荷或帶電體。

2.防止鄰近帶電體附近的物體產(chǎn)生靜電感應(yīng)。

靜電接地的技術(shù)有如下【表九】說(shuō)明:

【表九】

注：『接地』只適用在導(dǎo)體接地，非導(dǎo)體是無(wú)法接地的。

另外，除了接地技術(shù)是最經(jīng)濟(jì)且是有效的方法外，其它列舉6項(xiàng)消除靜電危害技術(shù)運(yùn)用在LCD製程上常用的方法，其包函如下：

1.增加溼度：有許多的絕緣物質(zhì)例如：木材、紙張、混凝土、紡織品等，皆會(huì)受到周圍空氣的濕度而影響其濕氣含量，如果當(dāng)這些絕緣物質(zhì)表面含有的濕氣愈高時(shí)，那幺其導(dǎo)電率亦會(huì)隨著增高。如以玻璃為例，50％相對(duì)濕度時(shí)的導(dǎo)電率，是20％相對(duì)濕度時(shí)的1,000倍導(dǎo)電率。

　　再詳細(xì)的解釋如右：相對(duì)濕度是指固定的體積內(nèi)空氣的水含量，如23℃相對(duì)濕度65％與28℃相對(duì)濕度65％，兩者所含的相對(duì)濕度有一樣嗎？答案是不一樣的。理由為溫度愈高其相對(duì)濕度的含量也就愈高，就像夏天為何容易下雷陣雨一樣，基于此點(diǎn)理論與【表四】的靜電電位表所示，LCD製程要消除靜電，唯有提高溫度使得相對(duì)濕度提高來(lái)降低靜電的傷害，但此舉需注意溫度提高所帶來(lái)的Particle污染。LCD的ESD技術(shù)改善者，不可不知道這個(gè)道理，而且是需要審慎處理的。

2.使用靜電消除器：靜電消除器是利用人為的方法把帶電體附近的空氣離子化，當(dāng)帶電體碰到這些離子時(shí)，靜電荷可經(jīng)由已離子化的空氣傳導(dǎo)至大地，或者吸引離子化空氣中相反極性的電荷加以中和。一般而言靜電消除器可經(jīng)由離子產(chǎn)生方式區(qū)非為【交流式】與【直流式】?jī)煞N。

3.使用抗靜電材料：如導(dǎo)電地板、導(dǎo)電桌墊、導(dǎo)電椅、抗靜電袋等。

4.降低摩擦速度：如人員穿著靜電無(wú)塵衣或產(chǎn)品包裝以防靜電袋處理。

5.抑制靜電的發(fā)生：此項(xiàng)是靜電『預(yù)防』的最佳方法，也是最根本的方法。

6.離子化：係指利用增加空氣的導(dǎo)電度，使靜電荷可以被導(dǎo)開(kāi)。

對(duì)于LCD製造各種靜電設(shè)備的功能與規(guī)範(fàn)要求，整理製作成一表，詳細(xì)的內(nèi)容如【表十】說(shuō)明：

【表十】

六、結(jié)論

　　靜電防護(hù)ESD的觀念與工作，是現(xiàn)在人人所必需要知道的一門學(xué)問(wèn)，這其中尤以從事半導(dǎo)體業(yè)與LCD電子光電科技業(yè)者最為重要。ESD靜電防護(hù)的工作做得好，不但可增加生產(chǎn)良率、節(jié)省製造成本，同時(shí)也可以使得產(chǎn)品可靠度提高、產(chǎn)品壽命週期相對(duì)較長(zhǎng)，而客戶的滿意度也因產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定，而相對(duì)的使客戶滿意度也提高了；相信這是從事ESD靜電防護(hù)工作的你我，所非常樂(lè)意見(jiàn)到的成果。

【參考資料】

1. 常知安，2007，勞工安全衛(wèi)生管理，千華數(shù)位文化股份有限公司，臺(tái)北。