液晶模組廠靜電防護機制之建置-以C公司為例

全文

(1)。. 國立高雄大學高階經營管理碩士在職專班碩士論文. 液晶模組廠靜電防護機制之建置-以 C 公司為例 Establishing Electrostatic Discharge Protection System in the LCM Module Factory – Company C as An Example. 研究生：徐凰群撰指導教授：盧昆宏教授. 中華民國九十八年五月.

(2) 建置液晶模組廠靜電防護機制-以 C 公司為例指導教授：盧昆宏博士國立高雄大學亞太工商管理學系. 學生：徐凰群國立高雄大學高階經營管理碩士在職專班. 摘要本論文研製之主要目的在探討研究，為液晶模組廠建置一個合適的靜電防護機制計畫，並規範液晶模組廠現場靜電防護機制之執行與管理。主要內容是敘述靜電發生之原理，並透過對液晶模組的顯示器原理及組裝機構件的了解，經由徹底執行由廠房建築物接地開始，進而到地板選用及施工注意事項，再來是管控隨時受到環境影響的無塵室溫濕度及落塵量，形成一個完全的靜電防護區之後，並透過各種靜電防護器具如靜電消除器、靜電環的適當運用，對所生產的模組做出完全的靜電防護，最後再經由 C 公司靜電防護施策定期量測規範詳盡的說明，形成一個完整的靜電防護建置計畫。本研究的結論及建議如下：(1)雖然在環境溫度及相對濕度與接地都會盡量做有效的管控，但對一些已知會產生靜電放電的工作點還是依舊發生，但若不做防護將會是產線的重大災難。(2) 組裝作業常會有不慎將金屬物接觸到面板半成品中的一些裸露金屬層的情形，因此避免設備本身與待組裝物的金屬接點接觸而造成瞬間的靜電放電迴路，或是在點檢的瞬間形成過度電性應力，則是人員組裝時最應注意的事項。關鍵字：液晶模組廠、靜電防護、濕度、靜電放電. I.

(3) Establishing Electrostatic Discharge Protection System in the LCM Module Factory – Company C as an Example Advisor: Dr. Lu , Kuen Horng Department of Asia-Pacific Industrial and Business Management National University of Kaohsiung. Student: Hsu , Huang Chun Institute of the Executive Master of Business Administration National University of Kaohsiung. ABSTRACT The primary purpose of this thesis is to establish an appropriate protection system of ESD for LCM plants and to organize the implementation and management of ESD protection mechanism in the work field. The thesis starts with the theorem of ESD generation. Based on the understanding of the mechanical structure of LCD display, grounding of the plant, selection of floor material, and construction are first things to be done, and temperature, humidity, and particle that could be influenced by environment should also be controlled to build a complete ESD protection zone. Afterwards, by the appropriate application of various sorts of ESD protection tools, such as ESD eliminators and ESD strip, products could be protected against ESD thoroughly. Finally, through the case study of C Company, a comprehensive ESD protection system is concluded. The conclusions are: (1) Even if temperature, humidity, and grounding are controlled as well as possible, ESD is still generated at certain working stations, and it will be a catastrophe for production line if ESD protection is not well implemented. (2) It is common at assembly station that the uncovered metal objects of the semi-finished goods can be contacted by some other metal objects and results in ESD circuit or EOS. This is definitely main point to be paid attention to for assembly operators. KeyWords: Liquid Crystal Display Module-LCM, Electrostatic Discharge Protection, Humidity, Electrostatic Discharge-ESD. II.

(4) 謝誌來到高雄大學最難得的莫過於能受到恩師－盧昆宏老師的指導與教授，盧老師讓我瞭解到專業知識固然重要，但如何運用來解決問題才最重要；在寫作的過程中鉅細靡遺的概念剖析與不厭其煩的指正。口試期間，要感謝吳建興院長、莊寶鵰老師，提供了非常多的寶貴意見，讓本論文無論在研究架構或可讀性上都更加充實、完備與流暢。想到兩年來，要感謝的人太多了；論文寫作期間，要感謝董仔的技術支援，以及淑蓉在資料及編寫的幫忙，還有婉伶在英文摘要的協助。而且在學校期間，也要謝謝同組ㄚ季、新娘子、老闆、將軍、長老等共同切磋砥勵，讓我得以延續學習的樂趣，重溫當學生時歡樂時光，在此由衷的感謝。同時在這段期間，家人對我的鼓勵與關心，以及素貞在我背後默默的支持並打理家中一切，讓我於生活上毫無後顧之憂，她的陪伴是我最大的動力來源。我要再次感謝所有的人。徐凰群謹誌於高雄大學 2009.06. III.

(5) 目. 錄. 摘要 ..............................................................................................................................I ABSTRACT ............................................................................................................... II 謝誌 .........................................................................................................................III 目. 錄 ...................................................................................................................IV. 圖目錄 .......................................................................................................................VI 表目錄 ........................................................................................................................ X 表目錄 ........................................................................................................................ X 第壹章緒論 ...............................................................................................................1 1.1 研究背景...............................................................................................................1 1.2 研究動機...............................................................................................................2 1.3 研究目的...............................................................................................................3 1.4 研究限制...............................................................................................................3 1.5 研究流程...............................................................................................................4 第貳章文獻探討 .......................................................................................................5 2.1 液晶顯示器產業演進...........................................................................................5 2.2 TFT液晶顯示器製程簡介 ....................................................................................6 2.3 ESD防護之文獻介紹..........................................................................................10 第參章研究方法 .....................................................................................................20 3.1.. 研究架構 ....................................................................................................21. 3.2.. 個案公司介紹及訪談 ................................................................................22 IV.

(6) 3.3.. 施作方法及管理細則 ................................................................................24. 第肆章 LCM模組廠靜電防護計畫 ........................................................................26 4.1 靜電防護管理委員會組織架構 .........................................................................27 4.2 靜電防護區範圍的基本要求 ............................................................................29 4.3 人員之訓練課程.................................................................................................36 4.4 LCM電子元件敏感度與靜電防護區範圍.........................................................37 4.5 LCM靜電防護區認證作業.................................................................................39 第伍章 LCM靜電防護區設置施工管理要領 ........................................................42 5.1 廠房接地系統設計及施工管理細則 .................................................................42 5.2 廠房樓地板設計及施工管理細則 .....................................................................47 5.3 生產線靜電防護設置與注意事項 .....................................................................55 第陸章個案實例 .....................................................................................................74 6.1 管制口設施.........................................................................................................74 6.2 人員基本防護配備 .............................................................................................77 6.3 製程防護措施 .....................................................................................................77 6.4 ESD防護措施量測作業指導書..........................................................................84 第柒章結論與建議 ...............................................................................................106 7.1 結論 ...................................................................................................................106 7.2 建議................................................................................................................... 111 參考文獻 ................................................................................................................. 113 附錄 ......................................................................................................................... 117. V.

(7) 圖目錄圖 1.1 本論文架構圖 ................................................................................................4 圖 2.1 液晶顯示器的組成元件 ................................................................................6 圖 2.2 圖像顯示器原理(一) .....................................................................................7 圖 2.3 圖像顯示器原理(二) .....................................................................................7 圖 2.4 圖像顯示器原理(三) .....................................................................................8 圖 2.5 圖像顯示器原理(四) .....................................................................................8 圖 2.6 液晶顯示器LCM流程圖 ...............................................................................9 圖 2.7 靜電發生原理 .............................................................................................. 11 圖 2.8 閃電 ..............................................................................................................12 圖 2.9 未接地人員靜電變化量測 ...........................................................................13 圖 2.10 微粒衝擊晶圓示意圖 ................................................................................15 圖 3.1 電子元件靜電破壞現象 ..............................................................................20 圖 3.2 靜電破壞防護計畫研究流程圖 ..................................................................21 圖 4.1 靜電防護管理委員會組織圖 ......................................................................27 圖 4.2 功率LDMOS的I-V 特性曲線......................................................................38 圖 5.1 EPOXY導電地板施工順序圖......................................................................52 圖 5.2 平置式離子風扇校正CHARGED PLATE位置圖......................................58 圖 5.3 吊掛式離子風扇校正CHARGED PLATE位置圖-1 ..................................59 圖 5.4 吊掛式離子風扇校正CHARGED PLATE位置圖-2 ..................................59 圖 5.5 離子棒/離子網校正CHARGED PLATE位置圖-1 .....................................60 VI.

(8) 圖 5.6 離子棒/離子網校正CHARGED PLATE位置圖-2 .....................................60 圖 5.7 離子槍/離子噴嘴校正CHARGED PLATE位置圖.....................................61 圖 5.8 可調式鬆緊帶靜電環 ..................................................................................63 圖 5.9 可調式魔鬼粘靜電環 ..................................................................................63 圖 5.10 無線式靜電環 ............................................................................................63 圖 5.11 有線靜電環+接地腳踏 ..............................................................................63 圖 5.12 人員防靜電措施基本配備 ........................................................................66 圖 6.1 人員全身靜電量測器(單機型) ...................................................................74 圖 6.3 ESD防靜電門禁系統使用方法....................................................................75 圖 6.4 ESD防靜電門禁系統使用方法....................................................................75 圖 6.6 人員防靜電措施基本配備 ..........................................................................77 圖 6.7 玻璃外引腳清潔機構與離子槍 ..................................................................77 圖 6.8 COF供料機構與離子槍 ...............................................................................78 圖 6.9 COF沖切機構與離子槍 ...............................................................................78 圖 6.10 ACF供料機構與離子槍..............................................................................78 圖 6.11 PCBI傳送機構與離子槍 ............................................................................79 圖 6.12 組裝站-1(背光板準備)與離子風扇 ..........................................................80 圖 6.13 組裝站-2-1(背光板與玻璃基板組合準備站)與離子風扇.......................80 圖 6.14 組裝站-2-2 (背光板與玻璃基板組合準備站)與離子風扇......................81 圖 6.15 組裝站-2-3..................................................................................................81 圖 6.16 組裝站-2-4................................................................................................82 VII.

(9) 圖 6.17 組裝站-2-5..................................................................................................82 圖 6.18 組裝站-3 PCBA螺絲固定作業及固定後狀態 .........................................83 圖 6.19 組裝站-4 前框組裝作業及組裝後狀態...................................................83 圖 6.20 檢查站控制元件配置 ................................................................................83 圖 6.21 ESD KIT PRS-801.......................................................................................84 圖 6.22 導電地板RTT(點對點) 量測方式 ............................................................85 圖 6.23 導電地板RTG (點對地) 量測方式...........................................................86 圖 6.24 靜電墊RTT(點對點) 量測方式 ................................................................87 圖 6.25 靜電鏈量測方式 ........................................................................................88 圖 6.26 靜電椅量測方式 ........................................................................................89 圖 6.27 插座接地量測方式 ....................................................................................90 圖 6.28 靜電手環(CUFF) 量測方式 .....................................................................91 圖 6.29 靜電手環(CORD) 量測方式 ....................................................................92 圖 6.30 靜電手環(CUFF&CORD) 量測方式 .......................................................93 圖 6.31 靜電環測試器量測方式 .............................................................................94 圖 6.32 離子棒(ION BAR) 量測方式 ...................................................................95 圖 6.33 機台接地系統(機台位於導電地板上) 量測方式 ....................................96 圖 6.34 靜電袋(表面電阻) 量測方式 ...................................................................97 圖 6.35 靜電手套(表面電阻) 量測方式 ...............................................................98 圖 6.36 無塵服量測方式 ........................................................................................99 圖 6.37 無塵鞋量測方式 ......................................................................................100 VIII.

(10) 圖 6.38 聚丙烯包裝(PP-BOX)箱量測方式 ..........................................................101 圖 6.39 裝載匣(CASSETTE) 量測方式..............................................................102 圖 6.41 黑色靜電箱量測方式 ..............................................................................104 圖 6.42 置物架量測方式 ......................................................................................105 圖 7.1 在組裝過程中受到ESD破壞的SOURCE驅動IC的輸出端..................... 110 圖 7.2 內部電路在組裝後測試時的EOS現象的FA解析.................................... 110 圖 7.3 電晶體元件遭CDM擊傷後的閘極故障位置的截面圖............................ 110. IX.

(11) 表目錄表 2.1 靜電統計 ......................................................................................................13 表 3.1 個案公司某模組廠 2008 年品質統計表 ....................................................24 表 3.2 個案公司 2008 年銷售統計表 ....................................................................24 表 5.1 廠房接地系統設計及施工法規及標準 ......................................................43 表 5.2 靜電消除方法之選擇 ..................................................................................55 表 7.1 中央氣象局 2009 年 01 月氣象資料統計表 ...................................... 111 表 7.2 無塵室溫溼度統計表 ................................................................................ 112. X.

(12) 第壹章緒論本章主要說明本論文之相關背景：第一節為本研究之動機，描述目前平面顯示器產業生產線的現況，以及全球面板供應商間激烈的競爭生態。生產線在尋求提高品質的同時，又要顧及降低成本，往往都會因為在厚度極薄化，以及成本極低化之下，而忽略了靜電放電(Electrostatic Discharge-ESD)所帶來的干擾及破壞問題，而靜電破壞所造成的損失金額，就有了很大的改善研究空間；第二節說明本研究的目的；第三節闡述本研究的限制；第四節呈現整個研究的範圍及架構。. 1.1 研究背景台灣在近 10 年裏，半導體產業和光電產業，已成為政府兩兆雙星中的主角，其中平面顯示產業更是發展重點。目前台灣與韓國面板大廠合計供應全球近八成的市場，台灣面板產業更在全球市佔率一再增加，更擺脫過去景氣循環的巨幅震盪的影響，已成為穩定性及成長性兼具的主要電子產業。但相對的，同業間的競爭也相對激烈；無論在產能、價格、品質上的擴充及改善，每一項都需錙珠必較。眾所皆知，靜電無所不在，而且是隨時都在發生的。由於液晶面板隨著面板解析度的提昇，以及薄型化設計的需求，在設計空間受到壓縮下，設計部門一直在縮小其電子元件體積，對於某些防護層進行減薄，這些設計者所謂的改善動作，因而造成原來各個元件間的防止靜電干擾的安全距離的縮短，是故增加生產線過程中，因遭靜電破壞的不良率。再者，由於同業競爭所造成的成本壓力，也會間接造成設計部門，對於保護迴路的簡化設計，以及採用較不具抗靜電能力之低成本材料，這些都會造成產品來自靜電損傷的原因。因為有若干文獻以對靜電問題有所探討，但是都著重於靜電本身的發生原理研究，或者是針對產品本身的抗靜電設計防護加強。對液晶顯示器模組(Liquid Crystal Display Module - LCM)製程的整體靜電防護，則較缺乏整體文獻之說明。因此本研究著重於 LCM 模組廠 ESD 防護機制之建置，希望透過對生產線的認 1.

(13) 識，除了提昇模組對靜電的防護能力外，進行製造環境的控制，使其成為製程能力的一種指標。鑑此背景，可知 LCM 易受 ESD 之威脅，因此為 LCM 模組產線中具有被靜電破壞威脅的工程，所以如何有效率的建構一個適合 LCM 的靜電破壞防護的模式，是本文在製程管理研究的主要課題。. 1.2 研究動機綜觀 LCM 模組廠整體靜電防護，從建廠的地網舖設、製程佈置，以及日常的人員管理和教育訓練，目前並沒有一份完整的文獻詳加規。且於整體建置過程中，無論任何一個過程產生瑕疵，都會為未來生產製造過程，埋下一枚不定時炸彈。依據個案公司 2008 年 LCM TV 模組專用廠的低品質費用(Cost Of Poor Quality,COPQ)報表統計，每年在 LCM 製程之中，因 ESD 所造成的直接損失，統計損失金額高達數億元，若再加上出貨後的客訴處理及商譽損失，每一件異常事件都動輒以百萬計。而且，如果真的產生類似靜電破壞製程異常問題，整個靜電破壞真因探討，必須針對整個 LCM 的每一個製程的每一個動作進行分析，逐一過濾，不能有任何的遺漏，連最細微的簡單動作都必須檢討及實驗。否則，無論是多麼資深的製程工程師，都沒辦法對作完部分實驗的結果，作一個完整結論。由於每次的偵錯過程都得花費大量的人力、物力。有時甚至，無法在需求時間內找出問題真因，因而造成商機的流失，以及公司商譽的破壞，將是無法以金錢數計。因此，本研究將針對這些缺失，逐一對症下藥，落實建構之基礎及常日管理重點，消弭浪費於無形之中。. 2.

(14) 1.3 研究目的由於薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display - TFT LCD)模組設計薄型化之設計趨勢，使得靜電放電對 LCM 造成的影響，顯得越來越嚴重，本研究藉由對靜電特性的研究，提出一套由建廠規劃，到製程環境、人員管制的辦法，藉以控制靜電對 LCM 製程良率的影響，並提出 LCM 實例，說明 ESD 的發生、追查以及對策，以期能提供客戶品質最好的模組面板。並以最適當的防護方法，降低因 ESD 所產生的各種對應費用及風險，且考量不會因有過度防護措施，而造成浪費之現象，建造一個有合格環境的 LCM 製造廠。鑑於上述，本研究目的的主要項目如下：一、. 建置 LCM 廠之靜電防護機制計畫。. 二、. 規範 LCM 現場靜電防護機制之執行與管理。. 1.4 研究限制本研究的重點，在於 LCM 製程中的抗靜電防護之探討、改善與建置。如何規範一個 LCM 所需的最適當需求，確保產品品質，降低模組生產線建構抗靜電防護之費用等，達到生產線最高效益。在研究抗靜電防護機制過程之中，若要求對各種非 LCM 製程因素，及要求生產製程各站點能完全保護，實務上是不太可能的。因如此一來將使得 LCM 製程建構需要提高防護規格，而使得整體建廠費用大增，並且可能使製程複雜度提高，進而作業工時上升。若此，也將會使討論範圍過於龐大，使得影響研究結果的變異因子過多，反而無法看出改善製程靜電保護的效益，因而無法讓本研究的過程及結果有效的呈現，所以本研究的的內容，將只著重於整個 LCM 模組廠製程靜電保護機制計劃的建置與實作的執行管理，來提高 LCM 製程整體的品質良率。. 3.

(15) 1.5 研究流程圖 1.1 所示為本論文之架構圖，本論文主要分為柒章，第壹章緒論將描述本論文之研究背景、動機、目的及研究限制與本文架構；第貳章文獻探討為 LCM 製程及靜電原理介紹，以及美國靜電協會的國際標準靜電防護規範 ANSI/ESD S20.20 靜電防護控制管理體系的內容簡介；第叁章研究方法說明基於美國靜電協會的國際標準靜電防護規範 ANSI/ESD S20.20，定出本研究的的範圍及流程；第肆章則針對目前業界所使用的靜電放電防護方法制定一靜電防護計畫；第伍章說明各項靜電防護措施之實務操作規範，及作業要領；第陸章以個案公司為例，說明靜電防護的佈置；第柒章結論與建議。. 圖 1.1 本論文架構圖. 4.

(16) 第貳章文獻探討 2.1 液晶顯示器產業演進液晶這一項特殊物質的發現，是早在 1850 年，Virchow、Mettenheimer 和 Valentin 三個人就已經發現 nerve fiber 的粹取物之中，含有這種特殊的物質。而到了 1877 年德國的物理學家 Otto Lehmann，利用偏光顯微鏡第一次觀察到物質液晶化的現象，但他對造成這個現象的原因並不了解。一直到 1888 年由奧地利植物學家 F.Reinitzer 發現其物理特性，隔年與 Lehmannu 一同發表物質的第四態 -Flussige Kristalle，也就是今日的 Liquid Crystal (轉引自陳蓮春，1999)。期間經過兩次世界大戰，但當時因為其對軍事用途助益不大，且戰後之技術發展均以國防需求為主，並不重視大量生產的相關領域研究，日本反而是最先把液晶顯影這項技術商品化的國家。 1973 年，日本夏普公司將液晶應用於電子計算器，這是世界首次實現了液晶的量產化，時至 1987 年世界就產出了第一台彩色液晶電視機產生因此日本一直獨占液晶顯示器市場，直到 1995 年韓國廠商進入 TFT-LCD 的生產為止，且韓國以優勢的製造成本打入市場，打破了日本獨佔市場的狀況，也開啟的戰國時代的序曲。雖然台灣也早在 1976 年就與美國合作，生產手錶用的液晶顯示器，但直至 90 年代台灣的聯友光電與元太電子才正式設立 G1&G2 的 TFT-LCD 生產線。但因當時產業市況持續低迷，一直延續到 1998 年，全台計有華映、達碁、奇美、聯友、廣輝及瀚宇彩晶六家廠商投入大尺寸 TFT-LCD 面板生產，也代表全球正式進入液晶產業的戰國時代。. 5.

(17) 2.2 TFT液晶顯示器製程簡介一、 TFT 液晶顯示器之基本構造及原理簡介 TFT-LCD 是為 Thin-Film Transistor Liquid-Crystal Display 的縮寫(薄膜電晶體液晶顯示器)。TFT-LCD 是如何點亮的呢？簡單來說說，會像圖 2.1 一樣， TFT-LCD 面板可視為兩片玻璃基版，中間夾一層液晶，上層玻璃基板鍍有彩色率光片(Color Filter)，而下層的玻璃則鍍上電晶體(Thin-Film Transistor)。當電流通過電晶體產生電場變化，使得液晶分子偏轉，藉以改變光線的偏極性-圖 2.2 圖 2.3，再利用偏光板決定畫素(Pixel)的明暗狀態-圖 2.4。此外，上層玻璃因鍍有彩色濾光片，形成每個畫素各包含紅藍綠三顏色，這些發出紅藍綠彩色的畫素，便構成了面板上的影像畫面-圖 2.5。. 圖 2.1 液晶顯示器的組成元件. 6.

(18) 圖 2.2 圖像顯示器原理(一). 圖 2.3 圖像顯示器原理(二). 7.

(19) 資料來源：轉引自陳建銘(2005) 圖 2.4 圖像顯示器原理(三). 圖 2.5 圖像顯示器原理(四). 8.

(20) 二、 TFT 液晶顯示器 LCM 段製程簡介圖 2.6 所示之液晶模組製造流程途中，我們可以很清楚的知道 LCM 為 TFT-LCD 模組製程中最後一個工程段，可分為前段、後段製程；前段製程是屬於一萬區之無塵室標準，LCD 廠將生產製程完成之玻璃(Panel)運送至 LCM 廠，經解包拆解後，將璃(Panel)裝入承載的載具中(Cassette)，再運送到 LCM 投入口，取出玻璃(Panel)經過將捲帶式薄膜承載晶粒封裝 IC(Chip On Film IC - COF IC)壓著(Bonding)在 Panel 及印刷電路板(Printed Circuit Board - PCB)加工，之後再送到屬於十萬區等級之無塵室，進行將玻璃(Panel)與被光模組(Backlight Unit)與其他相關零件的組裝，之後再進行高溫老化測試(Aging)，最後再經最終檢查 (CD 檢)，檢查是否有功能異常之現象，然後進行 OQC 抽檢無誤，經包裝後可入庫出貨。整個 LCM 組裝流程裡，是以外引腳壓著製程(OLB - Out Lead Bonding)最容易對 TFT LCD 及 COF 有接觸性充放電，所以在整個製程中，必須有非常完備的防護措施。但是靜電的最大產生點，卻是在於 Assembly 製程中的偏光板保護膜撕除動作，因此，本工程如何預防瞬間的高壓(大電流)衝擊，亦是生產線需要關注的重點。. 圖 2.6 液晶顯示器LCM流程圖 9.

(21) 2.3 ESD防護之文獻介紹一、. 何謂 ESD. 靜電放電(Electrostatic Discharge - ESD)。何謂靜電呢？就理論上來說，靜電是由物質表面的正/負電荷分離所造成的電位，自然界中的物質，可經由某種過程而獲得或失去電子(例如摩擦或感應起電)如圖 2.7，這類的電荷即稱為靜電。當這些正電荷或是負電荷逐漸累積時，會與周圍環境產生電位差，電荷若是經由放電路徑而產生在不同電位之間移轉現象，即稱此為靜電放電現象，簡稱為ESD。物質都是由分子組成，分子是由原子組成，原子中有帶負電的電子和帶正電荷的質子組成。在正常狀況下，一個原子的質子數與電子數量相同，正負平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞于原子核周圍，一經外力即脫離軌道，離開原來的原子核而侵入其他的原子 B，A 原子因缺少電子數而帶有正電現象，稱爲陽離子、B 原子因增加電子數而呈帶負電現象，稱爲陰離子。造成不平衡電子分佈的原因即是電子受外力而脫離軌道，這個外力包含各種能量(如動能、位能、熱能、化學能……等)在日常生活中，任何兩個不同材質的物體接觸後再分離，即可産生靜電。當兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷如電子轉移到另一個物體使其帶正電，而另一個體得到一些剩餘電子的物體而帶負電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。所以物體與其他物體接觸後分離就會帶上靜電(冉存仁、傅武雄，2003)。通常在從一個物體上剝離一張塑膠薄膜時就是一種典型的“接觸分離＂型的靜電，在日常生活中脫衣服産生的靜電也是“接觸分離＂型的靜電。. 10.

(22) 圖 2.7 靜電發生原理. 11.

(23) 二、. 靜電防護的重要性在靜電荷出現後，如果沒有適當的釋放，或是有效的消除，就可能因直接. 接觸或感應而產生放電的現象，而形成靜電放電。而靜電與靜電放電是無時無地、無所不在的，只是程度上有所區分而已，地球大氣層中的閃電(圖 2.8)，就是自然界的靜電放電。. 資料來源：維基百科圖 2.8 閃電原靜電是由物質表面的正/負電荷分離所造成的電位，而自然界物質可分為導電體、半導電體、絕緣體三種，且上列三種物質都會因接觸、分離及空氣中的相對溼度的不同，而產生程度不一的靜電。靜電產生後，其可藉由導電路徑而排放，排放的速度決定其瞬間電流的大小，在排放速度比較以導電體最快，半導體次之，而絕緣體是最慢的一種。一般在電子廠中常見的靜電產生源；人員所有動作如坐立之間、移動，就會產生一相當的靜電值，而人員動作所產生的靜電變化可參考圖 2.9，工作台材料移動的磨擦，設備作動、充切，儀器、治工具到產品本身，任何可能產生摩擦的地方，都是靜電產生的來源。這些活動中可能產生的靜電電位如表 2.1 靜電統計表. 12.

(24) 資料來源：林同聖(2008) 圖 2.9 未接地人員靜電變化量測. 表 2.1 靜電統計靜電量測值(V) 活. 動. 相對溼度 10%. 40%. 55%. 走過地毯. 35,000. 15,000. 7,500. 走過合成樹脂地板. 12,000. 5,000. 3,000. 工作台作業員動作. 6,000. 800. 400. 從塑膠管中取出 DIP 晶片. 2,000. 700. 400. 從合成樹脂盤中取出 DIP 晶片. 11,500. 4,000. 2,000. 從 Styro 泡棉中取出 DIP 晶片. 14,500. 5,000. 3,500. 由氣泡包裝待中取走 PCB. 26,000. 20,000. 7,000. 將 PCB 裝入有泡棉條之箱子. 21,000. 11,000. 5,500. 資料來源：林同聖(2008) 而在 LCM 廠中，最容易產生靜電來源的動作，則是屬於固體摩擦與剝離時產生的靜電；電阻值高的物質如塑膠、橡膠及化學纖維類，都很容易因為摩擦與 13.

(25) 剝離而產生靜電，其靜電電位可能高達幾 10 個 KV，甚至如接觸面積很大，產生達 100KV 都是有可能的。其中有一個狀況可能是常被忽略的，就是對地絕緣的導體一樣會儲存電荷，所以對於任何固體的摩擦與剝離，都要注意靜電的產生。而且在此一接觸與剝離動作中，其速度愈快，靜電荷的累積速度也越快(魏中文， 1996)。作業人員在絕緣地板上走動，就是接觸分離的動作，靜電荷因此就在人體上累積。而在早期 TFT LCD 對於 ESD 的忍受程度，在實務經驗上有些甚至 50V 的靜電電壓值，就可以將一顆 TFT 擊穿。雖然現在的技術可以提高 TFT LCD 對於 ESD 的忍受程度，但亦仍無法承受達到幾 10 個 KV 電荷電壓這種程度。三、 1.. ESD 有可能產生的破壞現象直接的物理性破壞：各項電子元件受到 ESD 之高電壓或大電流衝擊，而使其原來的物理性能完全改變或消失。. 2.. 潛在的物理性破壞：電子元件的初始性能依然存在，但其信賴性 (reliability)已有可能開始變差了。. 3.. 造成系統運作錯誤：此一 ESD 影響的可能是沒有直接對元件有物理性破壞，但因 ESD 可能已經改變記憶體元件的電容值，而使得編碼錯誤，進而使系統運作錯誤。. 電子工業現正逐漸向更小更精密發展，因此靜電放電可能對產品造成的損壞程度也相對提高。而 ESD 除了可導致的上述傷害外，靜電還會引發靜電吸引 (Electrostatic Attraction - ESA)現象，這也是無塵室(Clean Room)另外一個致命的問題。例如由美國靜電防護協會所發表之研究；一個 4 英吋晶圓負載 1000V 電荷時，1micron 的微粒撞擊可產生撞擊力達 830,000 磅/平方英吋或 148 公噸/平方公分，遠超過始晶圓受損的程度(參考圖 2.10)。雖然 LCM 廠的組裝零件，並沒有這樣的受損疑慮，但是 LCM 製程所需之無塵室等級，約略在 10,000 Class 到 100,000 Class 間，而 ESA 所產生的集塵效應，也是 LCM 製程中長久以來揮之不去的夢魘，而必須面對的嚴重問題。. 14.

(26) 圖 2.10 微粒衝擊晶圓示意圖四、. 靜電防護而我們為什麼要做靜電防護呢？因為靜電放電最大的傷害不是立即將產品. 打壞(10%)而是將產品變成『危險良品』(90%)，使得產品在客戶手中產生嚴重的可靠性問題，或突然故障而釀成的巨大災難，依據美國、歐洲及日本電子產品製造商的實際經驗，如果他們在產品阻力、封裝過程，或是處理零件時，實施嚴格的靜電防護措施，成品良率與可靠度一定顯著提高。所以我們做靜電防護不只是為了品質良率，也不只是為了安全，更不只是為了應付稽核，而是為了生產時的風險管理，更是為了公司整體的品牌形象。一般來說避免靜電放電傷害的對策大概分為兩大類；第一種為預防型，也就是盡量減少環境、製程或因材質所產生的靜電。另外一種為抵抗保護型，是在作業環境中，能夠以消除、宣洩或設計保護電路等手段，來保護產品的安全。目前鮮有文獻對於整體 LCM 廠之靜電防護設計單獨進行探討，僅只是對於其局部之保護設計改善，或是強調其後續之成品 ESD 保護測試方法研究，有些是研討對單一防護機具之性能。因此本研究將針對 LCM 之建廠開始談起，以工廠防靜電之基本原則；抑制靜電荷的積聚，及迅速、安全、有效地消除已經產生的靜電荷，一直談到建廠期間及建廠完成後的生產線靜電防護區設計及管理。其中應遵守之規範既要注意的細節；如接地、地面材料、濕度控制、工作臺、衣鞋、靜電環等，都將一一被規範及說明規範，讓未來之 LCM 設廠及管理有一可遵循之文獻。. 15.

(27) 五、. 美國國家標準學會(ANSI)/靜電放電(ESD)協會標準介紹. 目前最新版本為 ANSI/ESD S20.20-1999，2007 年美國國家標準學會為 1999 年版的部分條文修改及補充，則稱之為 ANSI/ESD S20.20-2007 Revision 版， ANSI/ESD S20.20 範圍覆蓋了，設計、建立、實施和維護一個靜電放電控制方案所必要的要求，該控制方案適用領域包括：製造、處理、組裝、安裝、包裝、標籤、服務、測試、檢驗或其他在處理電氣的或電子的零件，裝置和設備等，對靜電放電損害的敏感度超過或等於人體模型的 100V 的情況。根據軍方和商用兩方面機構的歷史經驗，ANSI/ESD S20.20 包括靜電放電控制方案要求，並為處理靜電放電敏感物體所建立的控制方案提供指導。參考文獻包括靜電放電協會，美國軍方和美國國家標準局所批准的有關材料性質和測試方法的標準。ANSI/ESD S20.20 的基礎是建立在靜電放電控制的基本原則上： 1. 環境中的所有導體，包括人員，應該與一個已知接地或人造接地（如在船或飛機上）結合在一起。如此的連結在所有物體和人員之間建立了一個等電位平衡，只要系統中所有的物體都處在同一個電位上，靜電保護就可維持在“零伏特＂電壓的電位平衡點上。 2. 環境中的必要的非導體，不能通過與地連接，散去它們的靜電荷。空氣離子化為這些不可少的非導體提供了電荷中和的方式（電路板材料和一些元件的封裝就是不可少的非導體的例子）。為保證配合靜電放電敏感物體合理措施的實施，要求對工作場合中必要的非導體上的靜電荷所產生的靜電放電危害，做出評估。 3. 靜電放電敏感物體在靜電保護區外運送時，要求用靜電防護材料密封起來，而包裝材料的種類依賴於具體的情況和目的去做選擇。在靜電保護區內，低帶電和靜電耗散材料能提供合適的防護。靜電保護區外，推薦使用低帶電和靜電放電遮蔽材料。雖然，ANSI/ESD S20.20-2007 並沒有討論這類材料，但清楚地瞭解它們在應用中的差別是重要的。更多地闡明可參考標準 ANSI/ESD S541。 16.

(28) 物體的任何相對移動和本體分離，或固體，液體及含有微粒的氣體的流動，都能產生靜電荷。通常的靜電放電源包括人員，常用的聚合物製成的物體，和制程設備。在下列情況下，靜電放電就會發生： (1). 一個帶電物體接近並接觸靜電放電敏感元件。 (2). 當一個靜電放電敏感元件暴露在一個靜電場中的時候，將它接地。微電子線路的半導體元件、厚膜和薄膜電阻、混合元件、印刷電路板等，就是一些靜電放電敏感零件的例子。經由將一個元件置於模擬的靜電放電過程中，可確定一個元件和物體的敏感度。由模擬的靜電放電過程所測試的敏感度等級，並不一定與實際情況下的敏感度等級相同。但是，它們還是被用來建立一個敏感度數據的標準，以比較不同製造商提供的同類產品。用於描述電子元器件特性的三個不同的模型是：人體放電模型(Human Body Model - HBM)、機器放電模型(Machine Model - MM)和元件充電模型 (Charged Device Model - CDM)。人體模型(HBM)和機器模型(MM)都是由於電子元件外部的靜電放電造成電子元件損壞，研究證明電子件本身由於接觸分離及摩擦如從電子元件內部產生電荷，在接觸或處理器件如由機器手或人取出時會時器件會發生放電，在輸送帶生產線上最常見的 ESD，有一部分就是典型的元件充電模型(CDM)靜電放電(蔡燿城、江志強，2002)。六、國內外 ESD 防護相關文獻介紹目前無論國內或是國外有關ESD防護文獻，沒有一份研究是專門為了LCM所撰寫，他們的內容均是比較偏於局部的深入研究，如靜電消除器於膜厚量測設備之應用與改善研究(郭侃誠、蕭名男、江志強、王志延、莊蕙端，2002)，只有單純探討靜電消除器操作頻率及工作距離之變化對靜電去除效果之影響。液晶顯示器製程現場靜電問題評估與防制成效 (冉存仁、傅武雄，2003)，更是只比較各個 TFT-LCD製程的量測值，說明高量測值的製程站有其潛在的危險，並未對工廠做出有效的防護實質措施。無塵室中防護衣的特性 (劉友台、陳俊傑，1998)，也是專門對無塵衣做深入的研究論述，電工法規(曾相彬2000)，提供廠房接地系統的 17.

(29) 規格及施工參考。工業製程的靜電防制方法分類如下：接地、增加溼度、限制速度、靜電消散材料與離子產生器等五種。工業製造過程中，因作業環境、程序及材料的不同，所實施的靜電危害防制方法亦會有所不同。製程靜電危害防制方法有許多種，受限於液晶顯示器製程中的限制，如控制在一定範圍內的環境溫溼度、空間中潔淨度的要求與基材本身絕緣特性，因此一般製程的靜電危害防制方法無法完全適用於液晶顯示器製程，所以採用離子產生器，利用離子中和的方法消除基材的靜電問題，成為必須且有效的靜電危害防制方法。液晶顯示器製程中靜電問題，主要因為玻璃基材在作業中產生多量靜電並維持很長一段時間，所以靜電危害防制方法主要針對玻璃基材所蓄積靜電進行防制，採行離子產生器利用電荷中和原理，將玻璃基材表面蓄積靜電降至最低，一般採用高壓電經由放電尖針將周圍空氣電離，產生正負極性或單極性離子，將玻璃基材的靜電中和及靜電量趨近於零。液晶顯示器製程中已大量採用離子產生器作為靜電危害的主要防制方法。生產過程中為提高產量常加快製程中物件的移動速度，致使離子產生器必須在較短時間內將物件蓄積靜電降至最低，此時便須採用單位離子量較高的離子產生器，或將離子產生器適當地接近物件以增加靜電消除效果。且離子產生器應定期接受保養，以確保離子產生器能發揮預期成效。依據液晶顯示器製程潛在靜電危害作業步驟及改善建議，配合製程條件及現場限制，在製程現場使用/調整離子產生器，並實施靜電消除效果量測，實地驗證液晶顯示器製程中，玻璃基材產生及蓄積多量靜電，經由使用/調整離子產生器，可以達成明顯成效，有效消弭製程中潛在靜電危害事件，達成減低製程中肇因靜電引起良率問題。(陳永昇2002) 而目前最完整的 ESD 防護文獻算是美國國家標準學會 ANSI/ESD S20.20-1999，但是其缺點卻是因其涵蓋的的範圍太廣，使得引用者無法準確的選 18.

(30) 用適合的防護方法。本研究就是發現此一問題，特別針對 LCM 模組廠提供一套由建廠開始，一直到後續生產線建置及常日管理的設計，讓 LCM 模組生產能由建廠開始，就能確立有良好的生產環境，讓本研究能為國內 LCM 模組生產在 ESD 防護上有所貢獻。. 19.

(31) 第參章研究方法從隨著國際電子業對產品不斷要求提升其產品品質、耐用性、安全性、穩定. 性，使得買家在選擇生產商和合作夥伴時，更加視其內部製程管理的表現。由於在製造廠中，靜電會導致 ESA，吸引微粒附著於充電表面，或是因 ESD 致使產品受到破壞(圖 3.1)，甚至電磁干擾(Electro Magnetic Interference - EMI)可能使設備運作錯亂等問題，因此越來越多規模較大的國際性電子電器品牌已要求有關「靜電敏感零件」供應商定期按照 ANSI/ESD S20.20 標準執行內部、第二及/或第三認證單位的靜電防護過程管理審核。同時，因為該標準對高價電子電器產品具有的高效裨益，其有關要求將成為未來「靜電敏感零件」的基本行業要求。所以，在 LCM 內必須積極推行以下各項工作, 以確保靜電防護管理體系有效運作： z. 深入瞭解生產過程中可導致靜電危害的元素. z. 建立一個具整體系統化的工廠靜電防護體系. z. 滿足國際靜電防護管理要求. z. 掌握國內外最新靜電防護標準要求和測試方法. z. 通過實施靜電防護體系, 以減低因靜電造成的成品不合格率及其經濟損失. z. 增強客戶對您的靜電防護管理品質的信心現今電子業對靜電防護的要求，主要是其所使用. 的生產技術，及其所使用的材料而定，大多數的互補式金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor - CMOS)IC 晶片對 100 伏特以上的靜電電位來說，都有可能受到這個靜電電荷能量資料來源：曾亭嘉(2004) 圖 3.1 電子元件靜電破壞現象. 的破壞。美國靜電協會的國際標準靜電防護規範 ANSI/ESD S20.20 建議，電子業對於電子元件、半成品或儀器設備的靜電防護措施，標準參考靜電電位值應設定在 100 伏特。. 20.

(32) 3.1. 研究架構本研究將會參照美國靜電協會的國際標準靜電防護規範 ANSI/ESD S20.20 靜電防護控制管理體系的內容，以及針對個案公司的深入訪談，並依本人對液晶模組的研究，本論文主要著重在靜電防護的的實作規範與說明，來為 LCM 量身訂製一套最適合個案工廠的的防護區計畫(圖 3.2)。. 圖 3.2 靜電破壞防護計畫研究架構. 21.

(33) 3.2. 個案公司介紹及訪談一、個案公司簡介個案公司成立於 1998 年，為台灣的液晶面板 TFT-LCD 廠商，全球市場佔有率曾達 19%，為全球液晶電視面板重要供應商，於台灣及大陸擁有 9 座模組專業工廠，每月可達 500 萬片以上的模組出貨。「產業聚落化」是個案公司在產業提昇競爭力的重要策略，並再佔地約二百五十公頃的「樹谷園區」，引進液晶電視相關產業進駐，包括玻璃、背光板、偏光膜、燈管、驅動 IC 等重要上游材料，促使採購及設備產生群聚，推動光電產業聚落化，提高液晶電視供應鏈整體效能。二、個案公司 LCM 廠廠長訪談本研究依 2008 年對個案公司 LCM 廠廠長訪談的內容整理如下； 1. 各座 LCM 廠的主體結構建廠經驗由於個案公司在 1998 年成立之初，建廠規劃人員均未有大規模的 LCM 籌設實際經驗，所以第一個廠房的接地要求，並未完全依照靜電防制所規範，僅知如何達成電力保護法規之規格，雖於初期試產階段未有發現異常。但是當於隔年量產真正開始，所有主體應有之接地應注意及應遵行之事項，就漸漸開始影響整體良率及計劃之進行。因此才會有隔年重新鋪設地網一事，期間一年光景所造成的實際損失，造就主管營運者的重視，可說是塞翁失馬。但是若再於一財力不如者，將回出現未知的災難，領導者不可不小心。 2. LCM 生產線的建購經驗建廠之初，所有作業均因陋就簡，一心只有如何產出第一批成品，對於靜電的成因及防範均疏於注意及規範，更遑論建構時生產線的設備防靜電細節，因此不時發生批量性的靜電擊傷與莫明的畫面顯示異常(Abnormal Display)事件，也造成初期對客戶交期不順利的重大影響。但所幸，當時為一供給遠小於需求差異很大的時期，多數客戶均須忍受如此的拖延，但時至今日，靜電問題已飛是否達交問題，而是可能成為公司生死交關。 22.

(34) 3. LCM 廠常日管理經驗由於靜電是無時無地的存在及發生，所以靜電防護工作更不能僅靠建廠及稽核行事，而是要依賴無時無刻的全員落實執行，靜電防護觀念惟有落實人心後，自動自發的展開才能接近圓滿的達成目標。但之前依定要靠著嚴格的常日作業規範，以及循循善誘的教育訓練，耐心的循序漸近深深植入所有公司成員的心理，才能有卓著之效。 4. 目前 LCM 廠對於靜電防護還需要更加強的部份現今 LCM 最最需要加強的是人員對於靜電防護的確實執行，上至策略領導階層，下至一般現場的操作員工，只要任何的環節出現漏洞，傷害就此而生。三、個案公司資料分析本研究引用個案公司某模組廠 2008 年品質統計表(表 3.1)，由個案公司品質記錄裡，將可直接判定為因 ESD 所影響的不良項目提出，得知其 ESD 不良率高達 0.025%，再由個案公司 2008 年銷售統計表來看，年銷售金額高達 750 億(表 3.2)，若以 LCM 0.25%的 SED 不良報廢估算，個案公司載 LCM 製程的 ESD 直接損失就達到 2 億之譜，若再以 LCM 之前的 LCD 製程來看，依個案公司品質統計經驗，其 ESD 直接損失比 LCM 高達數倍，因此估算個案公司的 ESD 直接損失，將會高達 10 億元以上。. 23.

(35) 表 3.2 個案公司某模組廠 2008 年品質統計表 PROCESS INSPECTION Q'TY YIELD LOSS ESD Defect ITEM S Line 欠陷 G Line 欠陷 S ESD G ESD S 弱線 G 弱線合計. PCBI. ASSY.. AGING. C INS.. OQC. 4727784 4844580 4819972 4958407 4814361 0.099% 0.036% 0.000% 0.121% 0.002% QTY QTY QTY QTY QTY QTY 1263 3 14 1280 170 5 175 84 3 18 105 283 1 7 291 896 187 1166 34 2283 2132 1559 4654 54 8399 4658 1753 0 6015 107 12533. % 0.025 0.003 0.002 0.006 0.046 0.17 0.252. 表 3.2 個案公司 2008 年銷售統計表. 再若因為 ESD 所造成的商譽損失更是無以估計了，因此無論是如何盤算，SED 防護都是百利而無一害的，因此無論 LCM 的規模如何，在整體靜電防措施的投資絕對是物超所值，而本研究將會一一闡述如何正確有效的建構 LCM 靜電防護系統。. 3.3. 施作方法及管理細則隨著產品元件的輕薄短小化，靜電防護的要求標準也越來越高，越來越全面。而本研究希望能帶給平面顯示器產業靜電防護完整方案，從廠區地板、工作站的防護、到靜電控制的監控檢測等等，竭盡可能完整的保護產品以及員工，免於受到靜電放電的破壞。一、成立靜電防護管理委員會 24.

(36) 1. 委員會成立的宗旨、目的 2. 組織成員及任務和職掌 3. 委員會運作二、靜電防護區範圍的基本要求 1. 靜電防護的基本原則方法 2.. 防靜電工作區場地的設置. 3. 防靜電設施三、人員之訓練課程 1. ESD 基礎訓 2. ESD 專業訓 3. ESD 稽核訓 4. 全員之 ESD 通識教育四、 LCM 電子元件敏感度與靜電防護區範圍五、靜電防護區驗證作業 1.. 製程靜電管制基本需求的準備. 2. 台灣地區靜電防護區第三者認證單位簡介六、 LCM 靜電防護區設置施工管理要領 1. 廠房接地系統設計及施工管理細則 2. 廠房樓地板設計及施工管理細則 3. 生產線靜電防護設置與注意事項七、個案實例 1. 管制口設施 2. 人員基本防護配備 3. 製程防護措施 4. ESD 防護措施量測作業指導書. 25.

(37) 第肆章 LCM模組廠靜電防護計畫「靜電防護」的觀念是由 1982 年建立於美國的一個專業且自願性質的組織所推動，該組織為全世界靜電防護的先驅，其制定了許多靜電防護相關的規範，其中 ANSI/ESD S 20.20 - Protection of electrical and electronic parts, assemblies and equipment 就是廣為大家引用作為靜電防護的標準。時至今日，許多產業為了降低產品或作業的不良風險，都非常強調「靜電防護」的觀念，並制定標準作業程序（Standard Operation Procedure - SOP）嚴格執行，因此，靜電管制對於許多產業而言是相當重要的一環。ESD 是整個電子產業共同面臨的問題，影響相當廣泛，包括生產、組裝、測試、以及搬運等每個環節都會受到 ESD 的影響，靜電往往會累積在人體、儀器和儲放設備當中，甚至電子元件本身也會累積靜電。因為靜電防護工作，既使能完全依計畫執行，也是不可能有百分之百的效果，因此制定一套完整的防護計畫更顯得重要，下面說明制訂一靜電防護計畫的步驟； a) 成立靜電防護委員會，評鑑公司、工廠、流程及因靜電造成的損失 b) 建立 ESD 管制方案計畫，計畫應包含範圍、保護靜電敏感元件所需的作業及程序、組織的 ESD 職責、參考引用文件、方案裡用到 ESD 保護材料及設備…等，並且獲得高階主管的支持並建立 ESD 政策。 c) 建立訓練計畫並評估訓練成效，只要是會接觸到 ESD 敏感物料者(含高階主管及到廠的供應商)都必須受訓及複訓。 d) 發展及實施符合可行性性驗證計畫並稽核。詳細內容我們將詳述於以下章節。. 26.

(38) 4.1 靜電防護管理委員會組織架構依照美規 S20.20 靜電防護對行政要求，需設立一專責的管理組織，其最基本的架構應如圖 4.1 所示，各公司之規模大小不一，因此 ESD 之怎規模則可依各公司的需求再予以擴編。. 圖 4.1 靜電防護管理委員會組織圖. 靜電防護管理委員會組織章程名. 稱：靜電防護管理委員會. 隸. 屬：LCM 廠長. 目. 地：持續提升對 ESD 的防護品質，綜理廠內 ESD 防護品質相關事宜，以確保適當及有效率的防護應變，確保生產線的產品品質。. 成. 員：. 主委：廠長. 27.

(39) 執委：設置一人或依各功能性工作設置多人，可由主委指派或委員互選。技術委員會：工程部門以及整合部門之主管為當然之成員，另外執委可再由部門內或者由設計部門遴選資深之優秀成員擔任技術委員。稽核委員會：由各部門推派一員並由主委核准擔任，而品管部門為當然成員亦必須選派。開. 會：. 由技術委員會和稽核委員會之成員決定，但建議最好不要超過三個月開會一次。任. 務：. 一、策劃、推動、督導、協調與評估 LCM 廠 ESD 防護工作計畫及督導相關業務。二、推動 ESD 防護管理相關教育訓練與研究發展。三、全廠 ESD 防護工作指標研訂及專科指標發展，及其他有關 ESD 防護工作審議事項。四、訂定年度 ESD 防護工作改善計畫及追蹤相關小組開會及改善情形。五、審查及協助 LCM 廠各單位建立書面作業規範與執行相關措施，以供管理及評估之依據。六、監測與評估各單位之 ESD 防護活動，並確認問題改善之結果。七、增進單位間之溝通與協調，掌握問題之發現，提高危機處理之能力。組織及職掌：一、主委：由廠長擔任，其職掌如下 1. 推動、協助有關 ESD 防護之工作。 2. 督導各單位執行有關 ESD 防護之工作。 3. 主持本會召開之委員會議。二、執委：由主委指派或委員互選，其職掌為訂定年度 ESD 防護活動改善計畫及追蹤相關改善情形。三、技術委員：若干人。 28.

(40) 1. 收集並提供 ESD 防護工作所需之技術資料。 2.. 對於廠內現行之 ESD 防護工作提出改善之建議。. 四、稽核委員：若干人。執行本會交付之各項 ESD 防護工作的稽核。五、管理代表：若干人。 1.. 蒐集及彙整各項 ESD 防護工作資料並製作報表。. 2.. 相關 ESD 防護工作指標建檔及廠內狀況分析，改善計畫推動。. 3.. ESD 防護工作指標教育訓練及審查、追蹤及諮詢。. 4.. 各類 ESD 防護工作相關表單建立及修正。. 4.2 靜電防護區範圍的基本要求在工廠中為了達成保護運送、生產、儲存時的材料、半成品、成品，避免受到靜電破壞或干擾，而以接地釋放或電子平衡技術所涵蓋的範圍，我們皆可稱之為靜電防護區。而我們對 LCM 工廠防靜電防護的基本要求如下；一、靜電防護的基本原則方法 1. 抑制靜電荷的產生與積聚。 2. 迅速、安全、有效地消除已經產生的靜電荷。在環境中的所有導體，包括人員必須綁接至一個明確的接地。而環境中必要的非導體不能因接地而消除其上的靜電荷，離子化系統可提供這些必要得非導體上面電赫的中和，而且無論在靜電防護區內外，ESD 敏感材料的運送，都需要靜電保護材料的裝載。二、防靜電工作區場地的設置 1. 地面材料 29.

(41) (1). 禁止直接使用木質地板或鋪設毛、麻、化纖地毯及普通塑膠地板。 (2). 應該選用由靜電導體材料構成的地面，如防靜電活動地板或在普通地面上鋪設防靜電地墊，並有效接地。 2. 接地(何堃山 2006) (1). 防靜電系統必須有獨立可靠的接地裝置，接地電阻一般應小於 1Ω，埋設與檢測方法主要應符法規的要求。 (2). 防靜電地線不得接在電源零線上，不得與防雷地線共用。 (3). 接地主幹線截面積應不小於 100mm2；支幹線截面積應不小於 6mm2；設備和工作臺的接地線應採用截面積不小於 1.25mm2 的多股敷塑導線，接地線顏色以綠色線為宜。 (4). 接地主幹線的連接方式應採用鉛焊。 (5). 防靜電設備連接端子應確保接觸可靠，易裝拆，允許使用各種夾式連接器，如鱷魚夾、插頭座等。 3. 天花板材料天花板材料應選用抗靜電型材料製品，一般情況下避免使用普通塑膠製品。 4. 牆壁塗料牆壁塗料應使用抗靜電型油漆，或是直接使用抗靜電型烤漆庫板。 5. 濕度控制 (1). 防靜電工作區的環境相對濕度以不低於 50%為宜。 (2). 在不對產品造成有害影響前提下，允許使用加濕設備噴灑製劑或水，以增加環境濕度。(詳細內容本在本研究 5.3 有詳細說明) 6. 區域界限防靜電工作區應標明區域界限，並在明顯處懸掛警示標誌，警示標誌應符合 GJB1649 規定，工作區入口處應配置離子化空氣風浴設備。 7. 電荷源防靜電工作區內禁止使用及接觸易產生靜電荷的電荷源； 30.

(42) 工作臺表面、油漆或浸漆表面、普通塑膠貼面、普通乙烯及樹脂表面地板、塑膠及普通地板革、拋光打蠟木地板。普通乙烯樹脂工作服、帽、鞋、合成纖維及尼龍面料。塑膠及普通膠底鞋操作工具及設備、普通塑膠盒，架，瓶，盤用品及紙製品，普通泡沫及一般移動工具，壓縮機，噴射設備，蒸發設備等三、防靜電設施 1. 靜電安全工作臺 (1). 靜電安全工作臺是防靜電工作區的基本組成部分，它由工作臺、防靜電桌墊、腕帶接頭和接大地線等組成。 (2). 防靜電桌墊上應不少於兩個腕帶接頭，一個供操作人員使用，另一個供技術人員，檢驗人員或其他人員使用。 (3). 必要時，靜電安全工作臺上應配備離子風靜電消除器。 (4). 靜電安全工作臺上不允許堆放塑膠盒（片）、橡皮、紙板、玻璃等易產生靜電的雜物，圖紙資料等應裝入防靜電文件袋內。 2. 靜電環直接接觸靜電敏感器件的人員均應戴靜電環，靜電環應與人體皮膚有良好接觸，腕帶必須對人體無刺激、無過敏影響，腕帶系統對地電阻值應在 106～108Ω 範圍內。(冉存仁，2003) 3. 抗靜電容器在電子設備研製生產過程中，一切貯存、周轉的容器（元器件袋、轉運箱、印製板架、元器件存放盒等）應具備靜電防護性能。不允許使用金屬和普通塑膠容器。必要時，存放部件用的周轉箱應接地。 4. 靜電消除器消除絕緣材料表面的靜電荷應使用離子風靜電消除器。 5. 防靜電工作服(黄建华，魏晓波，徐明，吴玲桥，邹祥，2006) 人體是潔淨室內最大的污染源，一件合格無塵室服裝（以下簡稱無塵衣） 31.

(43) 對維持無塵室的環境有著至關重要的作用，因此研究無塵衣的評價方法，對無塵衣的生產、設計和選購進行指導，有著相當重要的意義。不論適用於哪個等級潔淨室的無塵衣，都必須具備四個基本要素，它們分別是：潔淨性能、靜電性能、耐久性和舒適性。 (1).潔淨性能評價無塵衣的潔淨性能需要從無塵和濾塵兩個方面來入手，把無塵等同於潔淨，是不合適的。 A.. 無塵無塵指的是服裝本身不發塵，這就要求無塵衣在生產和設計過程中選擇不發塵的布料，並且在裁剪、縫製和款式設計中減少服裝發塵和積塵的可能性。. B.. 濾塵作為無塵衣潔淨性能的另一個重要指標——濾塵率，在日本也被業界稱為捕塵率，指的是無塵衣阻隔人體微粒向外擴散的效果。. (2).靜電性能除了產品本身對靜電的敏感性要求之外，大多數潔淨室要求環境長期處於恒溫恒濕條件，潔淨室內產生的靜電更加不易消除，無塵衣的靜電控制性能也就尤為重要。確保無塵衣靜電性能主要有兩個途徑，一是選擇防靜電性能良好的布料，二是保證服裝整體的電氣連通性，在穿著時良好接地。從以下幾個方面來評價無塵衣的防靜電性能： A.. 檢查服裝面料中的防靜電纖維布料的防靜電加工方法通常有三種：①織物用抗靜電劑作後處理；②以提高織物吸濕性為目的的纖維接枝改性、親水性纖維的混紡和交織；③混紡或嵌織防靜電纖維。前二類方法的作用機理都屬於提高織物回潮率和親水性、降低絕緣性，以加速靜電洩漏， 32.

(44) 所以在乾燥環境中或經過多次洗滌後，效果或不耐久、或不顯著，一般只應用在普通服裝用織物上。只有第三種方法可持久、高效地解決紡織品的靜電問題，所以目前被廣泛應用於生產防靜電工作服。防靜電纖維的電阻、加入量和加入方式決定了面料的防靜電性能。在面積一定的情況下，防靜電纖維加入量越大，則面料的防靜電性能越好。可根據潔淨室的靜電敏感等級，選擇不同加入量的面料。防靜電纖維一般為黑色或灰色，因此嵌織防靜電纖維的外觀一般呈黑色條紋或格子狀。檢查方法是，用剪刀沿黑色導電纖維的邊緣將面料剪開，並將這黑色的導電纖維分離出來，用放大鏡觀察其中是否有一根或幾根比較粗的纖維，用表面電阻測試儀測一下分離出的導電纖維的電阻。連續拆出幾根，可基本判斷出面料中的每一根黑絲是否都含有導電纖維。此外，前文中提到過，表面滲碳型防靜電纖維因其本身特性不適合用於潔淨室環境，因此，在檢查時也要注意加以判斷。 B.. 判斷服裝面料是否加入了防靜電劑加入防靜電的布料除了靜電性能不理想、不持久以外，因為添加劑本身也是一種大分子有機化合物，會對潔淨室環境造成污染，或是經清洗後失去導電性能，因此不能在潔淨室在使用。判斷方法是：用三用電表分別測量面料的經向及緯向電阻（注意不要接觸到黑色導電纖維），所測電阻若小於 109Ω 即可初步認為此面料經過防靜電劑處理，不可用於無塵衣的製作。. C.. 檢查服裝和面料電阻測試潔淨服的電阻是評定潔淨服靜電性能較為簡單、可行和可靠的方法。其方法是將測量電極（重 5 磅）放置在潔淨服的指定位置，再用絕緣電阻表對其電阻進行讀數即 33.

(45) 可。對於防靜電纖維經向嵌織和防靜電纖維經、緯向嵌織的潔淨服，有不同的測量方法。 (3).耐久性無塵衣的效用是隨著使用時間而遞減的，保證潔淨服性能的耐久性，不僅有利於減少潔淨服的更換頻次，降低生產成本，更重要的是可以防止潔淨服在使用期限內的失效而對生產造成的危害。無塵衣的耐久性，需要從潔淨性能的耐久和靜電性能的耐久性兩方面來考慮。潔淨性能耐久性的主要指標是面料的起毛起球等級，反映的是面料在規定程式下摩擦一定時間，表面所產生的變化情況。摩擦起毛起球等級低的服裝，在使用過程中，纖維容易斷裂起毛起球，並產生微粒，污染潔淨室環境，纖維的斷裂又會導致潔淨服局部過濾效率下降，無法滿足濾塵性要求。除了起球試驗以外，我們也可以從以下幾個方面來判斷無塵衣潔淨性能的耐久性： ● 經由顯微鏡觀察防靜電纖維的合股並絲品質。合股並絲品質的問題是由於張力控制不均勻造成的，浮在面上的導電絲很容易被勾斷，繼而會從面料中脫落，既影響導電性能，又破壞潔淨度。 ● 用魔鬼沾的鉤面對服裝固定位置進行著力摩擦，對兩件服裝的摩擦起毛進行觀察對比，也可以初步判斷無塵衣纖維的起毛起球情況；無塵衣靜電性能的耐久主要通過選擇合適的防靜電纖維來實現，前文所說的複合紡絲型防靜電纖維，由於它耐洗滌、耐磨擦、耐彎折，適合用在無塵衣中。 (4).舒適性無塵衣是工作服，但也必須考慮人性化，失去了服裝基本的舒適性，一件功能再完善的無塵衣對於穿著人員來說也是巨大的負擔。因此，無塵衣應具有一定的透氣性、透濕性，以避免穿著時候的悶熱感；在款式設 34.

(46) 計上應儘量考慮服裝穿著後的運動自如；同時面料應注意避免透光性過高。一般來說，提高無塵衣的濾塵性是以犧牲透氣性和透濕性為代價的。因此，無塵衣的透氣性和透濕性必須控制在一定範圍之內，透氣性應維持在 3～120 l/m2*min 在確保潔淨性能的前提下，要提高面料的透氣性和透濕性可考慮選用新型的吸濕排汗纖維，但這樣會增加服裝的生產成本。關於無塵衣的評價，目前缺乏統一的標準和方法，但是不論用怎樣的方法進行評價和檢測，都離不開潔淨性能、靜電性能、耐久性和舒適性，這四個潔淨室服裝的基本要素。 6. 防靜電工作鞋(中國國家標準局 1984) 進入防靜電工作區的人員應穿防靜電工作鞋，防靜電工作一般均引用國際上的一些規範做為標準，例如；國際標準 ISO 2251《防靜電膠鞋》108Ω≧R≧5.0×104Ω。澳大利亞靜電規範 AS 1020-1970《防靜電鞋阻值》107Ω＞R＞7.5×104Ω。日本勞動省 JIS T8103-1979《防靜電鞋阻值》AS-IS 108Ω＞R＞105Ω。聯邦德國路德公司生產的防靜電鞋阻值範圍為 108Ω＞R＞105Ω。澳大利亞靜電規範 AS 1020-1970 中規定導電鞋電阻值 R≦1.5×105Ω。英國政府頒佈的有關標準中提到，導電鞋電阻值 R≦1.5×105Ω。防靜電鞋膠底的電阻值範圍依上述幾個國家訂出的標準，本研究依實際量測平均值來看，建議將防靜電膠底鞋的阻值規定在 108Ω≧R≧5.0×104Ω。. 35.

(47) 4.3 人員之訓練課程一、 ESD 基礎訓一般定義為所謂的在職訓，對象為製造廠及品管部門所有人員，由專業訓合格再授予適當的講師訓練的人員擔任，每半年執行一次，訓練內容；參照附件 1. 靜電放電(ESD)介紹 2. ESD 防制之目的 3. ESD 基本知識介紹 4. ESD 防制之設備儀器介紹與使用 5. ESD 防制基本作業規範二、 ESD 專業訓訓練對象為基礎訓合格之優秀人員，一般均由委外的靜電防護廠商講授，每半年執行一次，訓練內容；參照所委託靜電防護廠商之授課內容。三、 ESD 稽核訓訓練對象為專業訓合格之優秀人員，一般均由委外的靜電防護廠商講授，每半年執行一次，訓練內容；參照所委託靜電防護廠商之授課內容。四、全員之 ESD 通識教育在 HR 所舉行之新人訓練課程中應編列 ESD 通是教育，授課內容應由管理委員會編寫。主要的訓練內容； 1. 靜電放電(ESD)介紹 2. ESD 防制之目的 3. ESD 基本知識介紹. 36.

(48) 4.4 LCM電子元件敏感度與靜電防護區範圍靜電防護系統設置得第一考量；是加值(Value-Added)? 或是加成本(Cost-Added)? 一般 LCM 所使用的電子元件的敏感度，視電子電路特性不同，不同電子元件對靜電的敏感度亦有不同（表 4.1）。電子元件根據對 ESD 的敏感度區分 ESDSPEC 的等級。例如，靜電放電規範 ESD SPEC(MIL-STD-1686，1980)將元件對 ESD 的敏感度區分爲三級： Class1-元件敏感度從 0～1,999V Class2-元件敏感度從 2,000V～3,999V Class3-元件敏感度從4,000V～15,999V 依文獻紀錄，TFT LCD的主要架構功率橫向擴散金屬氧化物半導體（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor - LDMOS）電晶體，功率LDMOS 在Source 接地. Gate 對Drain 的I-V 特性曲線如圖4.2 功率 LDMOS 氧化層在沒有任何保護措施下，崩潰電壓大約只在 17V 左右，因此若在整個 LCM 製程之中無法有效作 ESD 防護，TFT LCD 則可能隨時會受到 ESD 的威脅。尤其是在 LCM Bonding 段製程時，其整個 TFT LDMOS 架構，由外引腳連接完全暴露在威脅之下。甚至到 LCM 製程後段加入的印刷電路板 (PCBA)上的矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier - SCR)保護元件，也大概只能將故障臨界電壓 VESD 提升到 1KV 左右，但相對於 ESD 發生時，瞬間幾個 KV 的電荷電壓相比，也只是盡力作到保護而已。因此LCM廠的靜電防護區(ESD Protect Area - EPA)範圍，幾乎是所有材料、半成品的加工、運輸、儲存的過程，因此建議全部LCM廠都要被涵蓋到靜電防護區範圍。. 37.

(49) 表 4.1 電子元件的靜電放電敏感度. 電子元件型式. 靜電放電敏感度範(Volts). VMOS. 30～1,800. MOSFET. 100～200. GaAsFET. 100～300. EPROM. 100. JFET. 140～7,000. SAW. 150～500. OpAMP. 190～2,500. CMOS. 250～3,000. Schottky Diodes. 300～2,500. Film Resistors(Thick/Thin). 300～3,000. Bipolar Transistors. 380～7,000. ECL(PBC Level). 500～15,000. SCR. 680～1,000. Schottky TTL. 1,000 資料來源：O.J. McAteer(1989). 資料來源：魏中文(1996) 圖 4.2 功率LDMOS的I-V 特性曲線. 38.

(50) 4.5 LCM靜電防護區認證作業防護區認證對一個 LCM 製造廠來說，並不是一個絕對必要的作為，但是卻是代表對客戶的尊重與品質的保證。目前在台灣的 ANSI/ESD S 20.20 工廠靜電防護稽查認證，一般來說，都是聘請一擁有 ANSI/ESD S 20.20 工廠靜電防護稽查認證授權的稽查認證公證單位進行輔導及認證。一、製程靜電管制基本需求的準備 1.. 首先在設計上：產品對 ESD 的影響要合理的免疫，包括使用較不靜電敏感元件，或對元件、主機板、組件及設備提供適當的防護。. 2.. 要了解公司的產品及所使用的物料的 ESD 敏感程度，建立 ESD 管制方案(可以參考 ANSI/ESD S 20.20 內對 100 伏特電壓的人體模式(Human Body Model)建立此管制方案) 。. 3.. 鑑別並建立「靜電防護區(EPA)」並給予適當標示。. 4.. 消除及減少靜電的產生：利用共同接地(Common ground)保持所有物品在相同或零的靜電位，建立接地路徑如靜電環、靜電地板及工作表面、靜電衣…等。. 5.. 因為無法完全消除及減少靜電的產生，尤其是對絕緣體，故可採用靜電消散技巧或離子風扇中和正負離子。. 6.. 保護產品：對取用零件及組裝時，提供適當的接地或消散其靜電，也可給予適當的靜電防護包裝。. 7.. 靜電防護自我檢查：. (1). 工作檯面：檯面上不得放置易生靜電的材料或工具，如塑膠袋、磁帶、絕緣體等，並要適當裝置靜電消除風扇。 (2). 工作四周：對靜電敏感的東西，在其一公尺內，不得放置易生靜電之物品。 (3). 使用工具：工具要使用防靜電非塑膠製品？(如吸錫器、剪 39.

(51) (4). 刀、刷子等) (5). 地線：檢視是否鬆脫或斷線？尤其是在搬動設備、桌椅之後。 (6). 衣著：有沒有套上防靜電手環、腳環及外袍？是否測試過？ (7). 觸摸零件：嚴禁旁人或訪客隨意觸摸任何電子零件。所有人員須先消除靜電或 (8). 零件：對靜電敏感的元件是否都裝入無瑕疵的導電袋內？ (9). 標籤：所有導電袋子是否貼有防靜電標籤？ (10). 噴劑：只能使用靜電防護負責人確認合格的清潔劑、溶劑、鍍劑、噴劑等。 (11). 所有人員均須接地。二、台灣地區靜電防護區第三者認證單位簡介而台灣目前擁有 ANSI/ESD S 20.20 工廠靜電防護稽查認證授權唯三公司，在此作一些簡單的介紹； 1. 台灣DNV公司:為台灣第一家引進ANSI/ESD S 20.20 靜電防護系統驗證的第三者驗證服務外商公司。DNV是全台灣唯一可以由台灣當地稽核員從事 ANSI/ESD S 20.20 靜電防護系統驗證的第三者驗證團。<資料來源： http://www.dnv.com.tw> 2. 台灣 SGS 公司：為 2006 年，新加入台灣 ANSI/ESD S 20.20 驗證服務市場的外商公司。 (1). 「靜電防護控制」培訓 z 靜電防護控制管理體系要求 z 場地裝置、設備和設計基本要求 z 案例分析 (2). 認證審核前的「差距分析」 40.

(52) 解構公司現存靜電防護系統的缺陷和不足 , 為系統提升及改善奠定基礎 (3). 專業的國際認可第三方審核認證在全球擁有 60000 多家客戶的SGS集團，在認證、測試、驗證服務領域中的經驗豐富。<資料來源：http://www.iecq.tw.sgs.com> 3. 台灣傳鼎國際有限公司：成立於 2005 年，為台灣本土廠商，其具有廠房現場靜電防護稽核能力，並可依顧客需求出建議報告，但是否具有 ANSI/ ESD S 20.20 靜電防護系統直接驗證的第三者驗證服務能力與資格，則需洽該公司。該公司參考美國靜電協會 S20.20 及相關國際規範，並提供書面詳細稽核報告書： z 主要項目包括：地線到地樁迴路阻抗、導電地板量測、機台靜電值量測、\人員／工作區靜電值量測、離子風扇／離子槍量測、靜電防護包裝量測及評估。 z 涵蓋所有主要靜電防護區(EPA)：由進料區、生產製程、至測試／出料／包裝區等，及倉庫部份。請相關部門派員陪同。 z 現場稽核完畢，即進行簡報。 z 制作正式之書面稽核與改善建議報告書。 z 經驗：實際服務與輔導兩岸三地專案與合約電子製造業客戶超過 100 家。 <資料來源：http://www.megalinsource.com>. 41.