靜電放電（ESD）是什麼？為什麼晶片怕靜電

靜電放電，英文 Electrostatic Discharge，縮寫 ESD，是人或東西身上累積的電，碰到（或很靠近）另一個東西時，一下子跑過去。冬天摸門把被「啪」地電一下，就是一次靜電放電。對人只是刺一下；對晶片，可能像被雷打到：晶片裡最細的東西比頭髮細上千倍，一下子湧進來的電就能把它打穿、燒斷。

靜電是怎麼來的？

兩種東西碰在一起、再分開，會有一些電子從一邊跑到另一邊：多了電子的帶負電，少了的帶正電。摩擦會讓跑的電子更多，所以叫摩擦起電。走過地毯、從椅子上站起來、撕膠帶、脫毛衣，都會這樣。

東西不導電，例如塑膠、化纖衣服，或穿著橡膠底鞋子的人，電就留在上面流不走，所以叫「靜」電。空氣越乾，電越留得住：乾燥的日子走過地毯，人身上可以帶到上萬伏特。

放電又是什麼？

帶電的東西碰到會導電的東西，例如金屬門把，電就一口氣流過去，這就是放電。電壓很高，但時間比眨眼短得多，跑過去的電也不多，所以人只覺得刺一下。

麻煩在於，人大約要到兩、三千伏特才會覺得刺；有些很敏感的晶片，幾十伏特就可能受傷。你完全沒感覺的一次放電，就可能已經傷到一顆晶片。

晶片為什麼怕靜電？

晶片裡最基本的零件是電晶體，一個用電控制的小開關（見「電晶體是什麼？」）。它的閘門底下隔著一層很薄的絕緣層，叫閘極氧化層，平常只要擋住晶片工作用的那一點電壓。放電一下子送進很高的電壓，常見的壞法有三種：

• 絕緣層被打穿：像薄牆被打出一個洞，閘門和底下接在一起，開關就不聽話了。
• 矽被燒出一個點：電流擠在一小塊地方，把矽熔掉一點，變成漏電或短路的路。
• 導線被燒斷：常常是前兩種先壞了，大電流湧過細細的金屬線，把線燒熔。

晶片做得越小，裡面的東西越細，能承受的就越少。

被電到的晶片，一定當場壞掉嗎？

不一定。有的當場壞：完全不動，或某一支接腳短路，出貨前的測試通常抓得到（見「晶片怎麼測試？」）。有的只是受了傷：還會動、測試也過了，只是絕緣層裡留下一個小傷，漏電多了一點，用了一陣子才壞。這種看不出來，最麻煩。晶片擋不擋得住放電，可靠度測試也會考（見「可靠度測試是什麼？」）。

晶片自己有保護嗎？

有。每一支接腳旁邊都做了保護電路，平常不作用；接腳上突然來了很高的電壓，它就打開一條路，把電導到電源線或地線，繞過裡面的電晶體，像河邊的洩洪道。

可是它不能做得無限大：做大了，接腳上跑得很快的訊號會被拖慢。所以它是最後一道防線，靜電還是要先在外面管住。

工廠怎麼防靜電？一步一步

晶片會被碰到的地方，例如封測廠的封裝線和測試區，會劃成防靜電區。想法是：不讓電生出來；生出來了，讓它慢慢流走；流不走的，中和掉；最後把晶片包好再帶出去。

第 1 步：人先接地：手環、桌墊、地板和鞋子

• 做什麼：手腕戴手環，用線接到桌上的接地點；桌墊、地板和鞋子也做成會慢慢導電的。
• 為什麼：人一動就帶電，接地之後電一生出來就流掉。線上串著一顆很大的電阻，讓電慢慢流；萬一碰到有電的東西，也不會傷到人。
• 不這樣會怎樣：伸手一拿，身上的電就從手指跑進晶片的接腳。

第 2 步：穿上防靜電衣

• 做什麼：在自己的衣服外面罩一件不容易累積電、會把電慢慢導走的外套，扣子全扣上。
• 為什麼：毛衣、化纖衣服一動就帶電，手環管不到衣服上的電；罩起來，那些電就不會被帶到晶片旁邊。
• 不這樣會怎樣：袖子一擦過桌面，衣服上的電照樣靠近晶片。

第 3 步：旁邊不放會帶電的東西，碰晶片的也要能導電

• 做什麼：塑膠杯、膠帶這類不導電的東西不放在晶片旁邊；碰晶片的工具、盤子和機台，用會慢慢導電的材料、接地。
• 為什麼：不導電的東西接地也帶不走電；晶片在機台裡被拿起、放下，自己也會帶電。
• 不這樣會怎樣：帶了電的晶片一碰到金屬，電從它自己身上跑出去，一樣受傷。

第 4 步：流不走的電，用離子風扇中和

• 做什麼：桌上或機台裡裝離子風扇，吹出帶正電和帶負電的空氣分子。
• 為什麼：塑膠、玻璃沒辦法接地；帶電的空氣分子會被帶相反電的地方吸過去，把電中和掉。
• 不這樣會怎樣：電一直留在上面。風扇也要定期檢查，正負沒調平衡，反而讓東西帶電。

第 5 步：不讓空氣太乾

• 做什麼：空調控制濕度，不讓它掉得太低。
• 為什麼：空氣潮一點，電比較容易散掉；越乾，同樣的動作帶的電越多。
• 不這樣會怎樣：乾燥的季節，靜電的麻煩多很多。可是太潮也不行：晶片的塑膠外殼怕吸水氣。

第 6 步：裝進防靜電的盤子和袋子，才帶出去

• 做什麼：晶片放進防靜電的盤子或管子，再裝進夾著一層薄金屬的防靜電袋。袋上常印著三角形、裡面一隻手被劃了一槓：怕靜電，沒有防護不要碰。
• 為什麼：那層金屬像籠子，外面的放電從表面繞過去，進不到裡面；袋子內層也不容易摩擦起電。
• 不這樣會怎樣：普通塑膠袋一摩擦就帶電，等於把晶片包在會起電的東西裡。怕潮的還要封進防潮袋，見「晶片怎麼出貨？」。

晶圓廠裡也要防嗎？

要，只是最怕的不太一樣：

• 晶圓：還在做的晶圓，比起被放電打壞，更怕帶了電、把空氣裡的微粒吸過來。
• 光罩：光罩上的金屬圖案一塊塊互不相連，沒辦法接地；帶了電，可能在很近的兩塊之間放電，把很細的圖案弄壞（見「光罩工程師在做什麼？」）。
• 機台：放電的電雜訊，可能讓機台當掉。

蝕刻機不是故意用靜電吸住晶圓嗎？

是。蝕刻機的腔體裡接近真空，靠氣壓的吸盤不管用，所以改用靜電吸盤（ESC）把晶圓吸平（見「電漿是什麼？」）。

靜電本來就有兩面：電停在那裡會吸東西，像塑膠墊板在頭髮上磨幾下就吸得起頭髮；電一下子跑掉，才是放電。吸盤是刻意用前一面；工廠要防的是後一面：沒人控制、突然衝過晶片的那一下。

在 fab24hr 裡

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「封測廠」，左右滑到測試工程師或封裝製程工程師：卡片上的人穿著長到大腿的防靜電衣，手上戴著薄手套，封裝的還戴髮帽。進了封測廠，在辦公區你也穿著這件防靜電衣；走進無塵室，換上無塵衣。

靜電吸盤也看得到：當量產廠蝕刻區的設備工程師，早班要開腔換掉舊的吸盤；主頁「學習」裡那台蝕刻腔，點一下就拆開，看得到晶圓底下那塊吸盤。

遊戲裡的廠和人物都是虛構的，也沒有專講靜電的劇情；靜電放電是什麼、工廠怎麼防，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。