靜電荷的不良影響使得在潔凈室中維持高水平的產品質量和產量更加困難。無法控制靜電荷會導致顆粒污染，靜電放電（ESD）損壞和設備問題。
靜電吸引（ESA）增加了關鍵產品和設備表面的污染，從而導致缺陷并增加了維護成本。靜電放電會直接損壞半導體，醫療設備和薄膜產品。它還會干擾生產設備的運行。
本文探討了由靜電荷引起的問題，以及如何避免在潔凈室中產生電荷。但是有控制靜電的方法，包括使用空氣電離器，將通過一些行業的實例進行討論。
現代過濾技術可防止大多數外部顆粒進入潔凈室。但是，人員，生產設備和生產過程的各個部分仍會在潔凈室內產生顆粒。不幸的是，所有這些顆粒源通常都靠近產品。如果表面帶電，則ESA會吸引并保持顆粒，否則這些顆粒會殘留在潔凈室的層流中。一旦影響到高科技產品，亞微米尺寸的顆粒就很難去除。
顆粒缺陷在半導體，磁盤驅動器和FPD工業中是眾所周知的。它們會導致設備故障或磁頭和磁盤介質損壞。平面顯示屏可能會被單個吸引靜電的粒子破壞。靜電吸引顆粒對醫療設備質量的影響甚至會更加嚴重。醫療，制藥，食品加工和其他生命科學行業必須考慮附著在顆粒上的微生物。
除了使清除潔凈室中的顆粒更加困難之外，靜電荷還會引起其他生產問題。靜電荷的不受控制的轉移（靜電釋放或ESD事件）會直接損壞產品。半導體，磁盤驅動器組件，醫療設備以及許多類型的薄膜和涂層將被損壞。
ESD事件還會產生電磁干擾（EMI），電磁干擾（EMI）會中斷生產設備（特別是基于微處理器的機器人）的運行。一件設備中的ESD事件可能會影響附近其他設備的操作，從而使問題的根源難以定位。
全面的污染控制程序必須包括將靜電荷作為一種潔凈室污染處理的措施。
每當兩個緊密接觸的表面分開時，一個表面失去電子并帶正電，而另一個表面獲取電子并帶負電。這稱為摩擦帶電。材料是否保持帶電取決于其電導率和電荷流向地面的路徑的可用性。
靜電荷也會通過感應產生。一個物體上的靜電荷可以在另一個物體的表面上產生或“誘導”相反極性的電荷。這些感應電荷會吸引顆粒，并且與地面接觸會導致破壞性的ESD事件。
但是不可避免地會產生靜電荷。在大多數生產區域中，不可能防止材料之間的接觸或摩擦。潔凈室中使用絕緣材料可確保許多帶電物體長時間保持帶電狀態。電荷可以通過接觸（ESD）或感應轉移到其他物體。
解決大多數靜態問題將需要一種或多種靜態控制方法。關鍵應用將需要精心設計的靜態控制程序。
已經開發出多種方法來處理靜電荷。現代無塵室環境大量使用帶有導電和靜電耗散材料的接地。
接地可防止產生靜電荷，并將靜電荷從已帶電的隔離導電或靜電耗散材料中清除。靜電耗散材料的電阻高于導體，但電阻仍低于絕緣體。它們用于減緩電荷去除過程并防止破壞性ESD事件。在無塵室中，接地方法可控制人員，設備以及產品的電荷。
不幸的是，無塵室使用許多作為絕緣體的材料，例如鐵氟龍，各種塑料和玻璃。通常，絕緣材料是產品本身的重要組成部分。示例包括氧化物涂層的半導體，玻璃硬盤和顯示基板以及許多醫療產品。大多數絕緣子很容易充電，可以長時間保持電荷，并且接近或屬于產品的一部分。
潔凈室要求禁止在這些絕緣材料中使用碳粒或化學添加劑，以使其具有靜電消散性。化學噴霧劑和溶液還會造成污染問題。過去，濕度控制是作為靜態控制方法提出的，但已證明其昂貴且無效。最后，由于絕緣體上的電荷不會移動，因此不可能通過將絕緣體接地將其去除。
中和絕緣體（和絕緣導體）上的靜電荷需要使用某種類型的空氣電離。離子發生器僅使用經過高度過濾的潔凈室空氣，即可產生正負空氣離子云，以中和潔凈室環境中存在的靜電荷。
通過中和靜電荷，空氣電離可以幫助其他減少缺陷的方法實現其提高產量的全部潛力。
空氣離子是空氣中失去或獲得電子的氣體分子。來自核，X射線或紫外線（UV）源的電離輻射可用于產生空氣電離。
在潔凈室中產生空氣離子最常用的方法是電暈電離-施加高電壓到尖銳點以產生很高的電場。產生的電場足以從空氣分子中除去電子。產生的空氣離子的極性取決于尖銳點上高壓的極性。
當電離的空氣與帶電的絕緣表面接觸時，帶電的表面會吸引相反極性的空氣離子。結果，絕緣體上的靜電荷被中和。中和需要兩個極性的空氣離子，因為兩個極性的靜電荷都在潔凈室中產生。
以下是兩個主要行業的ESD控制的最新趨勢：
半導體行業：半導體制造的趨勢反映在國際半導體技術路線圖（ITRS）中。該報告每年11月發布，傳達當前和未來15年半導體工廠建設和運營的要求。關于靜電荷控制，ITRS 2003聲明：
靜電會不利地影響半導體制造的每個階段，從而導致三個基本問題。靜電吸引（ESA）污染隨著粒徑的減小而增加，從而使缺陷密度目標更難以實現。靜電放電（ESD）會損壞器件和光掩模。縮小設備功能部件的尺寸意味著在ESD事件中需要較少的能量來造成設備或掩模損壞。由于ESD相關的電磁干擾（EMI）而導致的設備故障會降低OEE（總體設備效率），并且隨著設備微處理器運行速度的提高而變得更加頻繁。這三個問題發生在生產裸露的晶圓和光掩模，在晶圓廠生產器件的地方，以及在后端包裝，組裝和測試中生產單個器件的地方。”
該ITRS包含建議靜電荷減少到防止靜電問題的水平。這些建議應包括在新設施建設，新設備以及現有工廠中。由于隨著新的，更小的技術的引入，靜態水平必須下降，因此在每個半導體工廠中實施靜態控制程序至關重要。靜態問題的成本比靜態控制方法的成本高10到100倍。
ITRS 2003建議在建立和驗證靜態控制程序時使用兩個國際半導體設備和材料（SEMI）標準。第一個E78-1102，“評估和控制半導體設備的靜電放電（ESD）和靜電吸引（ESA）的指南”，提出了控制生產設備中的靜電的建議，描述了產品的靜電敏感度水平和要保護的測量方法他們。它最初于1998年發布，現正進行修訂以考慮半導體技術要求的快速變化。
SEMI發布的最新文檔是E129-1103：“評估和控制半導體制造工廠中的靜電荷的指南。” 本文檔與ITRS 2003 的靜態控制建議保持同步，并建議采用靜態級別，以防止從當今的100納米技術到預期的2015年的25納米技術造成污染和ESD損害。建造半導體工廠的任何人都需要考慮當前和現在的情況。將來需要靜態控制。
磁盤驅動器行業：必須控制磁盤驅動器行業中的靜電荷，以解決相同的污染和ESD損壞問題；但是，ESD損壞的問題要嚴重得多。
磁盤驅動器包含一個磁阻（MR）讀取頭，它對非常低的ESD高度敏感。必須將所有可能將電荷轉移到MR磁頭的物體（包括磁頭組件本身）的靜電荷控制在5伏以下，并將其降低。
組裝過程需要仔細的接地技術，并避免金屬之間的接觸。一切都必須由導電或選定的靜電耗散材料制成，并可靠接地。需要特別注意潔凈室服裝，贓物，手套和手動工具的人員接地問題。
空氣離子發生器被廣泛用于控制工藝必不可少的絕緣子上的靜電荷。已經使用α輻射源或傳感器反饋控制為該行業開發了特殊的離子發生器，以將靜電保持在2伏或更低的極低水平。據預測，未來的MR磁頭將具有更低的ESD靈敏度。
磁盤介質工廠使用標準的靜態控制方法，包括室內電離和設備電離。這里的問題是污染和設備機器人故障。
隨著數據密度的提高需要更多專門的磁盤材料，而盈利能力要求更高的生產設備運行速度，這些問題將變得更加嚴重。
重要的靜態控制程序文檔之一是標準ANSI / ESD S20.20，“電氣和電子零件，組件和設備的保護”。S20.20程序是根據ISO 9000質量程序的行業經驗開發的。它指定了程序的所有元素，并讓用戶定義其實現，而不是定義所有都必須嚴格遵循的靜態控制程序。
程序的用戶必須確定：
標準S20.20是指導性文件，可指導用戶使用現有的行業標準來確定設備的ESD靈敏度。它列出了保護100伏人體模型（HBM）敏感設備所需的和可選的靜態控制方法，提供了每種靜態控制方法的規格限制，并允許針對兩種更敏感的程序（例如磁盤驅動器）修改程序）和不太敏感的設備（例如，許多半導體）。
該文檔還提供了用于性能驗證的測試方法的參考，并指導用戶建立和記錄用于培訓和糾正程序缺陷的方法。這些方法對于任何擁有ISO 9000認證的公司都是非常熟悉的。
在實際的制造情況下，如果不中和過程必需的絕緣體和絕緣導體上的靜電荷，就不可能達到S20.20的標準。正確設計的S20.20程序將包括電離，目標是在處理絕緣子的地方。這可能涉及使用一種或多種類型的電離。
ESD協會已通過www.esda.org免費提供了S20.20標準。此外，ESD協會還發布了手冊，以幫助用戶實施S20.20程序。
官方分享 （新塵電子）→〈控制潔凈室生產中的靜電污染〉
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