高溫靜電防護鍍膜技術及其應用：材料世界網

由於電子零件轉往小型集中化發展，半導體元件之電路越是精細複雜，配線間隔越是狹小，靜電防護之提升已成為相當重要的課題。其中針對高溫封裝製程中所需要之高溫靜電防護材料，須同時具備連續使用耐溫性(>350˚C)、耐酸鹼、靜電消散能力，並同時具有一定程度之機械性質等特性。相關目前可國產化之材料，仍存在耐溫性不足與靜電消散效果極差等缺點；而可耐高溫且具備靜電消散之高溫靜電防護材料，則有價格極度昂貴與技術、原料與專利皆為國外所把持等問題。

本文將從以下大綱，介紹高溫靜電防護相關技術與解決方案。

‧前言

‧半導體產業與靜電防護相關問題

‧高溫靜電防護相關問題、現有解決方案、專利與未來技術

‧結論

【內文精選】

前言

現今由於半導體元件的微小化與高密集化，半導體產業不論在材料或是製程上，皆有許多新的議題需要研發。在眾多議題中，靜電防護一直為國際半導體大廠所重視，其原因為靜電產生在防治上之困難，以及在產生靜電放電損害後，對於奈米等級之電子元件將產生極大的損害。在目前半導體封裝製程中，人員與相關機械設備已有嚴格之靜電防護規範，但在部分封裝製程，目前仍需要積極研發與設計新材料，以便達到未來靜電防護之需求。尤其是在半導體高溫封裝製程(High-temperature Packaging Processes)中，因為高溫使用環境下，傳統之靜電防護材料皆不耐高溫而無法使用，而相關金屬承載盤則不具備有靜電防護之功效（靜電放電速度與電流極大）。目前僅有之解決方案中，可國產化之材料深受耐溫性不足與靜電消散效果極差等問題困擾而無法滿足需求。而相關可耐高溫且具備靜電消散之高靜電防護材料，則有價格極度昂貴與技術、原料與專利皆為國外所把持等問題，導致目前仍缺乏適當之國產化技術與材料，因而無法提供完善之靜電防護。

半導體產業與靜電防護相關問題

靜電防護議題一直為國際半導體大廠所關注，其實相關靜電問題，在幾世紀以來一直都是嚴重的工業問題，也受到極高的重視。現今進入高密度電子元件時代，靜電及靜電放電現象帶來更新穎且難度更高之靜電破壞相關問題。所謂靜電破壞，就是由於靜電導致本來絕緣的線路模型之間短路，致使IC（集成線路）等電子零件損壞的現象。舉例來說如圖一所示，IC等電子零件即是因靜電放電導致大量電流流過，絕緣性高的氧化矽等薄膜（絕緣層）遭到破壞，進而破壞內部線路。特別是近年來隨著電子零件轉往小型集中化發展，對靜電故障的敏感性也變得非常大。此外，半導體設備的電路越是精細複雜，配線間隔越是狹小，抗靜電性也就越低。而需要防護之靜電破壞方式也如圖二所示，傳統常見人體帶電模式，演變為更複雜且更難防護之機械放電模式，以及帶電零件放電模式。因此，需要更進一步的對靜電對策做管理並同時設定各種靜電防護標準，來引導廠商建立基礎靜電消解和控制技術。任何忽略靜電控制的企業，將不可能有機會成功製造和運送完全無損的電子零件產品，且其製程相關良率也將降低，並將進一步壓縮公司之整體獲利。

圖二、不同之靜電放電模式示意圖

高溫靜電防護相關問題、現有解決方案、專利與未來技術

在目前半導體封裝製程中，人員與相關機械設備已有嚴格之靜電防護規範，但在部分封裝製程，目前仍需要積極研發與設計新材料，以便達到未來靜電防護之需求。尤其是在半導體高溫封裝製程中，因為高溫使用環境下，傳統之靜電防護材料皆不耐高溫而無法使用。此現象在高溫封裝製程相關之金屬配件方面特別嚴重，相關金屬材料因為極低之等效電阻問題，而不具備有靜電防護之功效（靜電放電速度與電流極大）。目前僅有之解決方案中，可國產化之鐵氟龍與電木等材料，深受耐溫性不足與靜電消散效果極差等問題困擾而無法滿足需求。上述之高溫製程下所需之高溫靜電防護材料(High Temperature Anti-static Materials)，由於需要耐高溫（連續使用耐溫性>350˚C）、耐酸鹼、具有靜電防護與消散能力，並同時具有一定程度之機械性質，因此目前市面上商用之靜電防護材料皆無法使用（連續使用溫度皆<250˚C或靜電消散能力不足）。而僅有之替代材料因專利等關鍵技術由國外掌控，因此價格昂貴(>20,000 NTD/kg)且無法國產化，且國內目前並無任何廠家進行相關製程技術開發。

因此如何製備出材料可與原製程之金屬物件有優良之附著力，並同時具有耐高溫、高表面電阻與靜電消散等能力，為高溫靜電防護重要之解決方式。相關專利部分，經檢索分析後，與靜電防護材料製程相關之專利，約有70%以上皆為圖三所示之濕式化學製程方法。整體作法皆是在絕緣高分子或塑膠材料中，添加金屬、奈米碳管或是導電高分子等材料，並利用…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。