1、引言
　　ESD對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有非常大的影響，每年半導(dǎo)體工業(yè)因?yàn)镋SD造成的經(jīng)濟(jì)損失以數(shù)十億美元計(jì)。隨著金卡工程和IC卡國(guó)產(chǎn)化在中國(guó)的逐步深入推廣，ESD對(duì)IC卡模塊封裝這種集成電路封裝形式的影響成為一個(gè)研究課題。
　　ESD的產(chǎn)生機(jī)理是什么？它對(duì)IC卡模塊封裝的影響體現(xiàn)在哪些方面？對(duì)這些影響應(yīng)該采取什么措施去改善或消除？本文對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了初步的探討，并結(jié)合上海斯倫貝謝智能卡技術(shù)有限公司的實(shí)際例子提出了幾點(diǎn)控制ESD影響的簡(jiǎn)單措施。

2、ESD及產(chǎn)生原因
　　組成物質(zhì)的原子包含電子和質(zhì)子。物質(zhì)獲得或者損失電子時(shí)，物質(zhì)表現(xiàn)為帶有正電或負(fù)電。靜電是正電荷或負(fù)電荷在物質(zhì)表面積累的結(jié)果。電荷積累通常由物質(zhì)的接觸、分離或者摩擦引起，通常稱(chēng)為摩擦生電。影響電荷積累的因素很多，包括物體的接觸程度、摩擦系數(shù)和分離速率等。在影響因素消除之前，電荷會(huì)持續(xù)積累，隨后釋放，或者一直積累到周?chē)镔|(zhì)的絕緣屬性或絕緣保護(hù)失效為止。一旦絕緣屬性被改變，會(huì)迅速實(shí)現(xiàn)靜電平衡。
　　ESD（ElectrostaticStorageDeflection，靜電積聚轉(zhuǎn)移）是電荷的快速平衡，電荷的迅速平衡被稱(chēng)為靜電放電。研究表明，人走在地毯上由于摩擦產(chǎn)生的電荷，可引發(fā)高達(dá)20KV的靜電壓。由于電荷是在阻力很小的情況下迅速釋放的，因此釋放時(shí)的等效電流可以超過(guò)20安培。如果是通過(guò)集成電路或者其它對(duì)ESD敏感的元器件放電，那么大電流很可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞原本只能傳導(dǎo)微安級(jí)或毫安級(jí)電流的線(xiàn)路。

3、ESD對(duì)IC卡模塊封裝的影響
　　ESD的影響存在于晶圓片生產(chǎn)、集成電路封裝、器件測(cè)試、裝配和使用的集成電路整個(gè)生命周期。不管什么原因，只要在器件表面或周?chē)鷧^(qū)域積累電荷，就會(huì)產(chǎn)生ESD。ESD每年造成的半導(dǎo)體工業(yè)經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十億美元。
　　集成電路器件對(duì)ESD非常敏感。集成電路器件應(yīng)該工作在一定的電壓、電流和功耗限定范圍內(nèi)。大量聚集的靜電荷在條件適宜時(shí)就會(huì)產(chǎn)生高壓放電（如空氣濕度高于65％，或操作人員的接觸等），靜電放電通過(guò)器件引線(xiàn)的高壓瞬時(shí)傳送，可能會(huì)使氧化層（即絕緣體）斷開(kāi)，造成器件功能失常。當(dāng)較大靜電電流流過(guò)PN結(jié)時(shí)，由于熱散逸，PN結(jié)溫度急劇上升。半導(dǎo)體的熱時(shí)間常數(shù)一般比ESD脈沖的瞬變時(shí)間長(zhǎng)，熱量很難迅速向外擴(kuò)散，如果ESD產(chǎn)生大電流，會(huì)使金屬互連線(xiàn)熔化并損傷器件的PN結(jié)，使器件過(guò)熱而失效。ESD還能夠觸發(fā)硅控整流器而在CMOS器件中產(chǎn)生閉鎖。在一般的條件下，ESD不會(huì)導(dǎo)致器件即時(shí)失效，它往往潛伏在集成電路器件中，這種存在潛在缺陷的器件在使用時(shí)非常容易失效。
　　IC卡（IntegratedCircuitCard，集成電路卡）又稱(chēng)智能卡，它將具有存儲(chǔ)、加密及數(shù)據(jù)處理能力的集成電路芯片鑲嵌于塑料基片中，涉及到微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息安全技術(shù)等學(xué)科。作為一種成熟的高技術(shù)產(chǎn)品，IC卡提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度，已成為一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的標(biāo)志之一。IC卡在國(guó)外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電信、金融、交通、醫(yī)療和政府公用事業(yè)等領(lǐng)域。在信息產(chǎn)業(yè)部、中國(guó)電信集團(tuán)的大力推動(dòng)下，IC卡在中國(guó)的應(yīng)用，尤其是電信領(lǐng)域的應(yīng)用取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
　　IC卡模塊是IC卡的核心，是集成電路封裝的一種形式。IC卡模塊的基本制造流程與常規(guī)集成電路封裝非常相似，由貼片（DieBonding）、焊線(xiàn)（WireBonding）、封模（Encapsulation）和測(cè)試（Testing）組成。區(qū)別在于用的載帶（LeadFrame）是一種環(huán)氧樹(shù)脂基材敷銅并鍍鎳和金的軟基條帶，類(lèi)似于TBGA和CSP等先進(jìn)封裝形式用的軟基載帶　（FlexibleSubstrate），IC卡模塊封裝每道工序的輸入輸出都卷繞在特定的卷盤(pán)上。
　　IC卡模塊封裝的集成電路芯片是集成電路技術(shù)發(fā)展微細(xì)化、高集成化的結(jié)晶。由于器件間相隔距離小到微米級(jí)，ESD的影響尤為突出，一旦靜電放電擊穿，后果非常嚴(yán)重。雖然電路設(shè)計(jì)人員可以采用必要的保護(hù)性器件，如齊納二極管、濾波器等將ESD的影響降至最低，但在生產(chǎn)設(shè)備上、生產(chǎn)環(huán)境中和操作人員身上存在的靜電積聚依然使硅片上和封裝時(shí)仍有短路擊穿的可能，使器件性能遭到損傷，導(dǎo)致成品率下降。

4、對(duì)策與實(shí)例
　 除了集成電路設(shè)計(jì)中的保護(hù)措施外，消除ESD影響的措施集中在生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境兩個(gè)方面。

4.1生產(chǎn)設(shè)備
　　自動(dòng)封裝設(shè)備的進(jìn)步使靜電問(wèn)題變得越來(lái)越突出。許多封裝設(shè)備可以達(dá)到每小時(shí)20000個(gè)的產(chǎn)量，如果設(shè)計(jì)不合理，較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的大量靜電會(huì)使大批器件遭到損壞。IC卡模塊封裝設(shè)備大量使用軌道和滑動(dòng)裝置等組成步進(jìn)系統(tǒng)，使用機(jī)械手臂或者其它夾持裝置組成拾取系統(tǒng)。如果設(shè)備設(shè)計(jì)不合理，步進(jìn)系統(tǒng)和拾取系統(tǒng)會(huì)積累大量電荷，并在傳送過(guò)程中放電。為了防止ESD發(fā)生，設(shè)備需要選擇適當(dāng)?shù)牟牧?、夾緊裝置、正確的工藝和接地方式。
　　IC卡模塊封裝設(shè)備中，有些部件使用塑料或塑料合成物制造，制造過(guò)程必須中混入添加劑，并調(diào)節(jié)添加劑的比例，從而使塑料或塑料合成物獲得一定程度的導(dǎo)電性和耗散性（導(dǎo)電材料是指表面電阻系數(shù)小于106Ω/m2的材料，耗散材料是指表面電阻系數(shù)小于1012Ω/m2的材料）。除此以外，添加物還可以增加材料的硬度。另外，設(shè)備上使用的塑料罩應(yīng)使用耗散材料制作或使用導(dǎo)電性或耗散性涂料，以防止摩擦生電。
　　IC卡模塊的生產(chǎn)中，必須使用各種保護(hù)帶對(duì)半成品和成品進(jìn)行保護(hù)。貼片、焊線(xiàn)和封裝工序使用帶齒的保護(hù)帶，之后用隔離帶對(duì)成品進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)帶應(yīng)該用耗散材料制成。由于IC卡模塊采用軟基條帶作為載帶，生產(chǎn)組織一般按卷到卷進(jìn)行，用以卷繞的圓盤(pán)也應(yīng)該用導(dǎo)電材料或者耗散材料制成。并且用以卷繞的圓盤(pán)、承重的支架和設(shè)備機(jī)架必須相連接地，否則就會(huì)因?yàn)殡妱?shì)差而引起ESD現(xiàn)象。
　　定位裝置、軌道和滑動(dòng)裝置組成了IC卡模塊封裝的步進(jìn)系統(tǒng)。在保證這些裝置或部件與設(shè)備機(jī)架互連并接地的前提下，條帶在步進(jìn)中，應(yīng)該保持與步進(jìn)系統(tǒng)互連接地。IC卡用芯片對(duì)ESD十分敏感，定位裝置、導(dǎo)軌和滑動(dòng)裝置不能使用尼龍等材料直接制作。
　　貼片使用的拾取芯片的吸嘴應(yīng)該用耗散性材料制造，并且應(yīng)該很好地接地，否則存在靜電荷積聚損壞芯片的可能。
　　設(shè)備必須具有良好的接地裝置以耗散積累的電荷。如果沒(méi)有接地，導(dǎo)電的部件將積累電荷。如果合頁(yè)接地不良，那么耗散性塑料蓋也會(huì)積累電荷。合頁(yè)可能會(huì)受到腐蝕，并成為絕緣體或產(chǎn)生很大的電阻。因此，需要使用編織接地帶將機(jī)架和耗散性外殼的合頁(yè)接地。設(shè)備的表面應(yīng)該是導(dǎo)電材料或者經(jīng)過(guò)電鍍。如果由于設(shè)計(jì)原因，不能使用導(dǎo)電涂料，則應(yīng)該在兩個(gè)表面之間安裝編織接地帶。如果設(shè)備的可選部件同設(shè)備的主體相連，則必須使用接地裝置，以保持整個(gè)機(jī)器的電位平衡。接地線(xiàn)不能代替編織接地帶，因?yàn)榻拥貛П砻娣e大，可以釋放更多的電荷，并且編織接地帶產(chǎn)生的電場(chǎng)最小。

4.2生產(chǎn)環(huán)境
　　IC卡模塊封裝的凈化廠(chǎng)房要進(jìn)行立體空間全方位防靜電處理，對(duì)四壁、天花板、地板的材料和溫濕度進(jìn)行控制。
　　當(dāng)前凈化廠(chǎng)房中因怕摩擦而產(chǎn)生粉塵往往使用一些比較硬的耐磨材料作建筑和裝飾材料，而這些材料往往又是非常容易產(chǎn)生靜電的，這是相互矛盾的。解決的一條途徑是整個(gè)凈化廠(chǎng)房的墻壁和天花板通過(guò)由耗散材料制作的防靜電地板消散積聚的靜電荷。
　　相對(duì)濕度高或低都會(huì)加劇ESD的影響。實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)濕度低于45％時(shí)，摩擦產(chǎn)生的靜電荷數(shù)量比相對(duì)濕度55％環(huán)境下靜電荷高出數(shù)倍，相對(duì)濕度高于65％時(shí)，靜電放電發(fā)生的概率明顯增大。所以，IC卡模塊封裝廠(chǎng)房在控制10000級(jí)凈化級(jí)別的同時(shí)，還需要選擇好的恒溫恒濕控制系統(tǒng)以嚴(yán)格控制車(chē)間的溫濕度。
　　IC生產(chǎn)車(chē)間由于氣流的摩擦及工人的潔凈服經(jīng)摩擦下來(lái)的纖維塵埃仍然是帶靜電體，這些纖維塵埃積聚在操作人員身上，通過(guò)操作人員與IC卡模塊器件的接觸產(chǎn)生ESD影響。
　　所以，操作人員的潔凈服應(yīng)該具有耗散性，并且在操作時(shí)使用腕帶將身體與設(shè)備相連接地。

4.3實(shí)例
　 上海斯倫貝謝智能卡技術(shù)有限公司（原上海金長(zhǎng)城智能卡有限公司）是國(guó) 家信息產(chǎn)業(yè)部定點(diǎn)生產(chǎn)預(yù)付費(fèi)電話(huà)卡模塊和移動(dòng)通信GSMSIM卡的企業(yè)。公司業(yè)務(wù)范圍包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)電話(huà)卡模塊和SIM卡等智能卡，銷(xiāo)售自產(chǎn)產(chǎn)品，提供維護(hù)、安裝、咨詢(xún)服務(wù)。公司在成立之初就非常重視產(chǎn)品質(zhì)量控制，建立了嚴(yán)格的全面的質(zhì)量管理體系，并順利通過(guò)了信息產(chǎn)業(yè)部組織的一系列認(rèn)證。在近兩年的生產(chǎn)實(shí)踐中，公司產(chǎn)品在常規(guī)測(cè)試及抗機(jī)械損壞強(qiáng)度（貼片剪切力、金線(xiàn)拉力和焊球剪切力）檢驗(yàn)、高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)、高低溫沖擊試驗(yàn)和高溫高壓蒸汽試驗(yàn)等一系列領(lǐng)先于業(yè)界同行的質(zhì)量測(cè)試手段的控制下，經(jīng)意法半導(dǎo)體公司、憶恒公司等國(guó)際知名企業(yè)測(cè)試達(dá)到了較高的水準(zhǔn)，取得了用戶(hù)的信任。
　　如何在生產(chǎn)過(guò)程中最大限度地減少ESD的影響，同樣是質(zhì)量控制的重要研究課題。結(jié)合上述消除ESD影響的對(duì)策，上海斯倫貝謝智能卡技術(shù)有限公司在生產(chǎn)設(shè)備改造、生產(chǎn)環(huán)境控制兩方面都進(jìn)行了探索，較好地控制了ESD的影響。上海斯倫貝謝智能卡技術(shù)有限公司IC卡模塊生產(chǎn)設(shè)備分別從法國(guó)和瑞士引進(jìn)，在穩(wěn)定性和精確性方面都達(dá)到了較高的水準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)觀(guān)察，設(shè)備上一些塑料部件被改良以進(jìn)一步提高抗ESD的性能。關(guān)鍵部位，如步進(jìn)導(dǎo)軌的塑料件經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)量，除符合耗散性要求的外，其余采用金屬件進(jìn)行替換。輸入輸出卷盤(pán)的承重支架與設(shè)備的連接得到了加強(qiáng)。原裝引進(jìn)的生產(chǎn)用塑料卷盤(pán)被重新設(shè)計(jì)成金屬卷盤(pán)，除抗ESD性能得到提高外，還改善了生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性。上海斯倫貝謝智能卡技術(shù)有限公司IC卡模塊生產(chǎn)車(chē)間恒溫恒濕，溫度和濕度分別控制在21℃～25℃、45％～65％范圍內(nèi)，這樣的溫度和濕度條件限制了ESD的影響。車(chē)間及外部走廊區(qū)域鋪設(shè)防靜電地板，及時(shí)消散可能積聚的靜電荷。實(shí)際效果采用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明了以上措施切實(shí)可行。
　　當(dāng)然，ESD的影響是很難完全消除的，隨著生產(chǎn)實(shí)踐的進(jìn)一步發(fā)展，控制精度的進(jìn)一步提高，新的現(xiàn)象會(huì)逐步顯現(xiàn)并得到改善或解決。隨著其它核心技術(shù)逐漸被掌握，IC卡應(yīng)用的蓬勃發(fā)展將會(huì)成為一個(gè)新的亮點(diǎn)。