谈LCD液晶显示器製造过程的静电防护与静电消除

一、何谓ESD静电放电与静电释放

　　静电（Electrostatic）在人类日常生活中无所不在，也时常有所闻因静电的发生而导致火灾与伤害，其中尤以冬天时穿着厚重毛衣，在脱去毛衣时，常常会因摩擦产生静电而让人觉得刺痛感。在国内外的新闻报导中，也发生过人们在加油站时，因为冬天天乾物燥又适巧穿着厚重毛衣，在加油时发生静电引起火花，造成人员的伤害。静电放电防护（Electrostatic Discharge，ESD）是在21世纪中期以来形成的，目的在以研究静电的产生与衰退减少。ESD中文名为静电放电（Electrostatic Discharge）或称静电释放（Electrostatic Dissipative）。

　　『静电』在纪录中是最早被发现的一种〝电〞，静电也是自有人类以来就存在的一种电，也是时时刻刻影响人类的生活。最早发现静电的存在，当属西元前640年，希腊哲学家Thaces把琥珀(Amber)摩擦后发现其可以吸附人体毛髮，从而开始知道静电的存在。静电的形成，如电流热（火花）效应、电磁效应（电流干扰）、静电放电模型与静电放电效应等因素，而静电所引起的灾害最常见的就是爆炸与着火。近年来随着科学技术的飞速发展，微电子的技术被广泛的应用及电磁环境愈来愈複杂的环境下，科学家们和工程师对静电放电的电磁场效应如电磁干扰（EMI）和电磁相容性（EMC）等问题的解决，就愈发显得重要与被重视。

　　静电防护在现在高科技工业中，一直是一项被重视的科目，因静电的不良带来製程的不良率偏高与破坏，尤其以半导体业与电子科技LCD製造业的感受最深；而静电也是无所不在，如设备本身与产品本身的静电产生，会产生潜在性的失效与严重破坏，有甚者易造成火灾、爆炸、电击等种种危安事件。这些问题发生除了导致企业成本提升、产品失效，同时也影响到企业的形象损失。

二、静电带电现象与如何分辨静电产品

静电的产生，最常感受到的即是摩擦静电，也是最普遍的一种。当人们在走动时、或者是人体与其他物品相互摩擦下，很容易就产生静电；静电的形成简单的说有导体与绝缘体两项：

导体：需要具有一个可移动的电子或价电子（Valence Electrons）在原子结构最外层，而所受到原子核（Nuclei）束缚就愈小。当受到外来电场的吸引而产生移动（此即为电流），此类的物质我们称为导体。

绝缘体：缺乏可移动的电子或价电子的物质，通常绝缘体的物质如石英与塑胶等物质，在摩擦产生静电而且无法将电荷传地。

以下举出最常见的静电产生（静电带电的现象）如【表一】：

【表一】

 

一般我们在生活中或公共场所中，很容易去忽略到静电产品的存在，静电产品有绝缘体、导体、防静电等三项，以下作者整理一表说明如【表二】：

 【表二】

 

　　另外，举如绝缘电阻高的性质如塑胶、橡胶及化纤类等产品都很容易因为摩擦而产生静电。现实生活中无所不在地都有静电的情形发生，如大自然中带电的云块便会在大地或地上物，甚至飞行中的飞机感应出静电。再者如尘埃、烟雾、水气、雪、冰结晶体与行进中的汽车撞击摩擦，也会在汽车上累积静电，这就如为什幺我们长时间开车时很容易感应到车门的静电。工作中工人以推车搬运物体，如被搬运的物体带有电荷，那幺搬运的车辆亦会感应出静电。

Ａ物体与Ｂ两物体接触与分离时产生的静电以【图示一】说明如下：

 

三、製造过程中发生静电的原因

　　LCD製造流程上，最困扰着製程工程师当属静电防护的工作，而在製程上各个工序与流程，无时无刻不充斥着发生静电的可能，静电放电时产生的能量是造成破坏的主要原因。製程上要努力研究ESD的发生源，则必需要先知道产品在剥离与分离时因静电放电时产生的能量是造成产品静电破坏的主要原因。而ESD对LCD产品的破坏当属静电击穿、静电吸着尘埃、.电磁干扰（EMI）等三项问题，说明如【表三】：

【表三】

　　静电引起的危害，严重者会造成燃烧与爆炸，有甚者更会造成人员在受电击时由于不能自主的行动而导致身体遭受严重受伤。在LCD製程常常会碰到当相当能量之电荷聚积至放电的程度而产生火花，以致于引发可燃性混合物造成燃烧或爆炸等伤害，新竹科学园区有发生过一家知名半导体企业的厂房火灾，即是因静电放电造成火花，以至于引起火灾，造成庞大的金钱损失。

各种带静电电位的程度表－人体活动时的静电电位KV表，如【表四】说明：

【表四】

注：相对湿度愈高，则静电电位（KV）值愈低。

人体(C=200pF)与日常活动所生之静电量，如【表五】说明：

【表五】

注：为何人在高空不受静电的伤害？因为没有接触地面，所以人在高空不会受到ESD的伤害。

静电的摩擦电序列表，如【表六】说明：

【表六】

注释: 1.物质产生静电的大小，【表六】中愈正性与愈负性物质互相摩擦产生的静电也就会愈大。

         2.举例如愈正性的物质如空气，与愈负性的物质如镍或铜等物质，两者互相接触摩擦产生的静电，亦会相对的增大。

四、製造过程中消除静电的方法－电子工作区的ESD静电防护

　　LCD製造业在国内发展的技术已达到国际的顶尖水準以上，品质的严格要求与良率的提升，则有赖检验的机制与高超的技术水準提升。LCD製程上降低不良品的发生，是LCD製造工程师责无旁贷的责任。而静电的发生是无所不在的，常见的举如LCD静电击穿、静电吸着尘埃造成的Cell内污（Dust in the cell）污染等。LCD製造业界中，对于ESD静电防护可说是无所不用其极，製程工程师们日以夜继的不断研究，并且在工作实务中累积对于ESD的产生与消除都有着一套经验传承法则。标準有着一定的规範与法则，是一遵循的规则，但是在工作经验中，所累积出的知识与专业技能，如不加以整理与纪录，并且定期更新在作业指导书中，而放任其消失实在是一件非常可惜的事情，就如同消除ESD一般，消失了就不再复原。

LCD製造工厂，一般电子工作区域静电防护，我们可利用如下5大项目与SIGH观念来执行ESD的静电防护，如下【表七】与【表八】：

【表七】：5大电子工作区域静电防护项目

 

 【表八】：SIGH观念

 五、製造工厂静电消除方法－人员、设备、材料、方法与环境的静电消除

在LCD製造工厂中，消除静电危害技术的作业，最有效而且也是最经济的防治措施即是『静电接地技术』。静电接地的目的通常有如下两项重要要求：

1.防止物体储存电荷或带电体。

2.防止邻近带电体附近的物体产生静电感应。

静电接地的技术有如下【表九】说明:

【表九】

注：『接地』只适用在导体接地，非导体是无法接地的。

另外，除了接地技术是最经济且是有效的方法外，其它列举6项消除静电危害技术运用在LCD製程上常用的方法，其包函如下：

1.增加溼度：有许多的绝缘物质例如：木材、纸张、混凝土、纺织品等，皆会受到周围空气的湿度而影响其湿气含量，如果当这些绝缘物质表面含有的湿气愈高时，那幺其导电率亦会随着增高。如以玻璃为例，50％相对湿度时的导电率，是20％相对湿度时的1,000倍导电率。

　　再详细的解释如右：相对湿度是指固定的体积内空气的水含量，如23℃相对湿度65％与28℃相对湿度65％，两者所含的相对湿度有一样吗？答案是不一样的。理由为温度愈高其相对湿度的含量也就愈高，就像夏天为何容易下雷阵雨一样，基于此点理论与【表四】的静电电位表所示，LCD製程要消除静电，唯有提高温度使得相对湿度提高来降低静电的伤害，但此举需注意温度提高所带来的Particle污染。LCD的ESD技术改善者，不可不知道这个道理，而且是需要审慎处理的。

2.使用静电消除器：静电消除器是利用人为的方法把带电体附近的空气离子化，当带电体碰到这些离子时，静电荷可经由已离子化的空气传导至大地，或者吸引离子化空气中相反极性的电荷加以中和。一般而言静电消除器可经由离子产生方式区非为【交流式】与【直流式】两种。

3.使用抗静电材料：如导电地板、导电桌垫、导电椅、抗静电袋等。

4.降低摩擦速度：如人员穿着静电无尘衣或产品包装以防静电袋处理。

5.抑制静电的发生：此项是静电『预防』的最佳方法，也是最根本的方法。

6.离子化：係指利用增加空气的导电度，使静电荷可以被导开。

对于LCD製造各种静电设备的功能与规範要求，整理製作成一表，详细的内容如【表十】说明：

【表十】

六、结论

　　静电防护ESD的观念与工作，是现在人人所必需要知道的一门学问，这其中尤以从事半导体业与LCD电子光电科技业者最为重要。ESD静电防护的工作做得好，不但可增加生产良率、节省製造成本，同时也可以使得产品可靠度提高、产品寿命週期相对较长，而客户的满意度也因产品品质的稳定，而相对的使客户满意度也提高了；相信这是从事ESD静电防护工作的你我，所非常乐意见到的成果。

【参考资料】

1. 常知安，2007，劳工安全卫生管理，千华数位文化股份有限公司，台北。