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抗静电塑料在半导体领域的应用

静电在自然界几乎是无所不在,静电的产生主要来自于摩擦。最经典的塑料摩擦起电,就是大家都熟知的将塑料笔在头发上摩擦后去吸引碎纸屑这个小实验。


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半导体制造极易受到误操作和污染的影响,对其保护和洁净度的控制始于晶圆厂并延伸至实际应用中,抗静电塑料在其中发挥重要作用。

一、抗静电塑料的半导体领域应用


1、静电对半导体的危害


  • 造成器件静电损伤
芯片的整个制程中,芯片产品(特别是集成度高或小尺寸的芯片产品)以及晶圆均对静电敏感,容易受到相关设备或工具的静电损伤;
  • 静电吸附尘埃、污染物,降低成品率
半导体的光刻对尘埃特别敏感,在曝光工序时,无论是在晶片上还是在防护罩上的任何级别的尘埃都能引起管芯图形的失效。而在外延生产工序中,晶片表面沾染尘埃,其后果可能是工序生长率的偏离、不完美,晶粒的生长或晶体结构错位。

2、抗静电塑料的作用


顾名思义,抗静电塑料的作用就是在半导体制程中防止静电产生,有助于防止颗粒污染并提高晶圆搬运、存储和转移的可靠性。抗静电塑料广泛应用于制作晶圆盒/载具、光罩盒、晶圆梳、夹具、托盘、 真空吸笔以及洁净室厂房的建造等。
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二、抗静电塑料的原理


1、塑料的抗静电方法


塑料具有较高的电阻率和良好的电绝缘性,绝大多数的塑料都是电绝缘材料,但易因摩擦或其他原因带上静电,导致吸尘、放电等。

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目前有许多种方法被用来降低塑料的电阻,主要是表面处理和添加导电性物质两种方法。最常使用的方法就是在内部或表面添加抗静电剂,降低塑料表面电阻,赋予其抗静电性能。

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图  防止塑料静电产生的方法

2、抗静电剂的作用


凡是能降低塑料表面电阻、防止发生静电堆积的材料都叫做抗静电剂。抗静电剂在塑料加工和使用过程中,会迁移到塑料制品的表面,形成一层抗静电剂层,加快静电荷的“泄漏”。

抗静电剂是一种表面活性剂,它由亲水基因和憎水基因两部分组成,其作用如下:

1) 在塑料表面形成平滑的抗静电剂分子层,可减少摩擦,从而减少静电的产生。
2) 塑料表面的抗静电剂分子层有一定的导电性,可以使静电迅速“泄漏”。
3) 抗静电剂分子本身带有电荷,可中和电荷,消除静电。

表  抗静电剂的种类及成分


种类

结构

主要成分

阳离子型

季铵盐、季磷盐、季硫盐

亲油:单烷基、二烷基

阳离子型:卤素、过氯酸、有机酸

非离子型

多元醇又多元醇酯

亲油基:单烷基、二烷基

多元醇:丙三醇、山梨糖醇、环氧乙烷、多元醇

聚氧化乙烯加成物

亲油基:烷基胺、烷基酰胺、脂肪醇、烷基酚

亲水基:聚氧化乙烯和聚氧化丙烯

两性离子型

内铵盐

阴离子基:胺、烷基咪唑林

丙胺酸盐

阳离子基:碳酸、磺酸

阴离子型

磷酸盐

亲水基:脂肪醇、聚氧化乙烯加成物

亲油基:烷基、烷基苯

高分子型

聚丙烯酸衍生物

亲水性:季胺、磺酸、碳酸


对抗静电剂的要求是:

1)在成型温度下稳定不分解、不挥发、不变色;
2)不降低或不显著降低塑料制品的性能,不与塑料中的其它成分发生化学反应;
3)不过分向表面渗透,防止出现发粘喷霜现象,耐久性好;
4)不影响或显著影响塑料制品的二次加工性,如电镀、印制、喷涂、焊接等;
5)无色、无臭、无味、无毒;
6)价格低廉。

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