在高科技產品生產廠,控制靜電是提高生產效率,改善品質,增加利潤的基礎。在半導體、硬盤和平面顯示(FPDs)的生產中,靜電控制是基本的生產條件之一。如果不能控制靜電就意味著,產品要因靜電引力導致粒子污染(ESA問題)和靜電放電(ESD問題)而受到損失。
美國靜電協會(ESDAssociation)和國際半導體設備和材料協會(SemiconductorEquipmentandMaterialsInternational)等組織的靜電控制體系可以幫助企業解決靜電問題。這些體系主要的技術方法是,使用靜電導電材料和靜電耗散材料(包括人體)直接接入大地以消散靜電。
不幸的是,產品本身和工作環境都不可避免地會使用絕緣材料。當絕緣材料就是產品本身的組成部分時,你無法將其替換,如高科技產品制造中會使用含有氧化層的硅片、半導體器件封裝的環氧樹脂、器件引腳上的絕緣材料、環氧樹脂印刷線路板,FPDs行業中的玻璃片等等。此外,適應特殊環境,如耐高溫、耐腐蝕以及潔凈室兼容使用的材料:特氟隆、石英以及許多塑料材料都是絕緣材料。接地不能消除絕緣材料上的靜電荷,因此,多數情況下,辦法就是使用離子風機中和處理。
盡管多數的靜電控制體系中都推薦使用空氣離子化,但它們卻很少在文件當中說明空氣離子化的使用方法以及在生產中使用離子風機產生的影響。對于許多行業來講,使用空氣離子化控制靜電非常重要,希望通過本文能為空氣離子化的用戶提供一些被忽略的信息。
空氣離子的特性
空氣中自然的離子中,通常正離子與負離子的數量為1.2:1。在清潔的室外空氣當中,每立方厘米包含有2000~3000個離子。在一個自然通風的建筑里,這個數量會降至500/cm3,在管道通風(空調通風)的建筑里,這個數值很少超過100/cm3。
自然的空氣離子主要由空氣、地面以及建筑材料中的放射元素的照射所形成。此外,由水流和海浪產生的水滴摩擦、閃電以及大氣層上部受宇宙射線和太陽射線的照射也會產生空氣離子。其中水滴摩擦產生的主要是負電荷性的小空氣離子。
在純凈的空氣中,離子的壽命不會超過幾分鐘,其衰減的速度取決于多種因素。離子的密度越高離子與相反極性離子相遇的機率越強。一旦相遇就會發生電荷轉移,兩個離子變成兩個中性分子。電荷轉移在離子接觸到接地表面時也同樣會發生,因此,用于中和靜電的離子必須盡量減少極性相反的離子相互作用,同時盡可能與大的接地體隔離開。
此外,大的空氣離子一旦形成,它的運動速度要比小的空氣離子要慢(見公式2)。大空氣離子對空氣電導的影響小,一般不用于靜電荷中和。
小空氣離子能夠在靜電荷電場的作用下在空氣中移動。一個靜電場作用在帶電離子的空氣,會吸引相反極性的空氣離子移向產生電場的電荷。離子被吸引到具有極性相反電荷的物體表面,直至電荷被中和,靜電場消失為止。這是使用空氣離子控制靜電的基本原理。
離子化標準。離子風機的離子平衡度,或者說是偏執電壓,可以使用充電板監測儀(CPM)測量,這在靜電協會(ESDA)關于空氣離子化的標準中進行了定義。ANSIESDSTM3.1是得到世界范圍認可的離子化的標準,也為許多國際靜電控制標準所推薦。作為標準的測試方法,它只對不同的系統或同一系統的整個過程,定義了測試儀器和測試方法,而沒有技術要求,因為空氣離子化使用中會有不同的情況。對于最終客戶來說,要解決靜電荷問題,放電時間應當予以確定。
選擇離子化方式。被保護產品的ESD敏感度通常決定了的離子化設備種類。越敏感的產品需要離子平衡能力越精確,越穩定的離子化設備。它要求使用CPM測量離子化設備的平衡度不能超過幾十伏。
選擇離子風機還可能要考慮其他的一些因素。這包括能否使用氣流,離子風機與工作區的距離,以及潔凈室對于離子風機的兼容性等等。
電暈電離離子風機
有多種方法可以通過電暈電離產生和推動帶有兩種極性離子的空氣作用到工作區。這些方法主要區別在于是否使用交流高壓,直流高壓,或是脈沖直流產生離子。
交流離子化。交流離子化技術的原理是,將交流高壓加在彼此接近的離子發射極上,發射極會以50或60Hz的交流頻率交替產生正負離子。由于高于電離電壓點的時間只占整個時間的一部分,所以交流離子化的效率較低。