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SMT制造中的靜電防護技術

2020/7/28 14:10:22

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1.靜電、靜電釋放、電氣過載、靜電敏感元器件

(1)靜電( Electrostatic)

靜電是物體表面過剩或不足的靜止電荷。它是一種電能,存留于物體表面:是正負電荷在局部范圍內失去平衡的結果,是通過電子或離子的轉換而形成的。靜電現象是電荷在產生和消失過程中產生的電現象的總稱,如摩擦起電、人體起電等現象。

(2)靜電釋放(ESD)

靜電釋放( Electrostatic Discharge,ESD)是一種由靜電源產生的電進入電子組裝件后迅速放電的現象。當電能與靜電敏感元器件接觸或接近時會對元件造成損傷。

(3)電氣過載(EOS)

電氣過載( Electrical Overstress,EOS)是一些額外出現的電能導致元件損害的結果。這種損害的來源很多,如電力生產設備、工具,操作過程中產生的ESD。

4)靜電敏感元器件(SSD)

對靜電反應敏感的元器件稱為靜電敏感元器件( Electrostatic Sensitive Device,SsD)

SSD主要是指超大規模集成電路,特別是金屬化膜半導體(MOs電路)。根據SSD能夠承受而且不至于損壞的靜電極限電壓值(也可稱為靜電敏感度)將SSD分為三級.

SSD分級表

1 級

0~1999V

微波器件(肖特基墊壘二極管、點接觸二極管等)、離散型 MOSFET器件、聲表面波(SAw)器件、結型場效應晶體管( JFETs)、電耦合器件(CCDS)、精密穩壓二極管(加載電壓穩壓度小于05%)、運算放大器( OPAMP3)、薄膜電阻器、MOS集成電路(C)、使用1級元器件的混合電路、超高速集成電路( UHSIC)、晶閘管整流器

2級

2000~3900V

由試驗數據確定為2級的元器件和微電路、離散型 MOSFET器件、結型場效應晶體管JFETS)、運算放大器( OPAMPs)、集成電路(IC)、超高速集成電路(UHsC)、使用2級元器件的混合電路、精密電阻網絡(RZ)、低功率雙極型晶體管.

3級

4000~15999V

由試驗數據確定為3級的元器件和微電路、離散型 MOSFET器件、運算放大器( OPAMPS)集成電路(C)、超高速集成電路(UHSC)、小信號二極管、硅整流器、低功率雙極型品體管、光電器件、片式電阻器、使用3級元器件的混合電路、壓電晶體

新版 ANSI/ESD S20.20-2007靜電放電控制方案體系標準,將敏感器件按照人體放電模型HBM( Human Body Model)、機器放電模型MM（Machine Model)、帶電器件模型CDM( Charged

Device Model)、插座放電模型SDM( SocketDevice Model)等不同的放電模型可劃分為4~7個等級的敏感度。

靜電敏感度等級特一級特二級一級二級三級

靜電耐受能力(V)0~500500~10001000~20002000~40004000~8000

2.靜電釋放(ESD)/電氣過載(EOS)在電子工業中的危害

在電子工業中,隨著集成度越來越高,集成電路的內絕緣層越來越薄,互連導線寬度與間距越來越小。例如,CMOS器件絕緣層的典型厚度約為0.1um,其相應耐擊穿電壓在80100v:WMOs器件的絕緣層更薄,擊穿電壓為30V。而在電子產品制造及運輸、存儲等過程中所產生的靜電電壓遠遠超過CMOS器件的擊穿電壓,往往會使器件產生硬擊穿或軟擊穿(器件局部損傷)現象,使其失效或嚴重影響產品的可靠性。

3.電子產品制造中的靜電源

(1)人體靜電

人體的活動,人與衣服、鞋、襪等物體之間的摩擦、接觸和分離等產生的靜電是電子產品制造中主要的靜電源之一。人體靜電是導致器件產生硬(軟)擊穿的主要原因。人體活動產生的

靜電電壓約為0.5~2kV另外,空氣濕度對靜電電壓的影響很大,因此在干燥環境中還要上升1個數量級。

(2)工作服

化纖或棉制工作服與工作臺面、坐椅摩擦時,可在服裝表面產生6000V以上的靜電電壓,并使人體帶電。此時與器件接觸時,會導致放電,容易損壞器件。

(3)工作鞋

橡膠或塑料鞋底的絕緣電阻高達1092,當與地面摩擦產生靜電使人體帶電。

(4)包裝和運輸過程中

樹脂、漆膜、塑料膜封裝的器件放入包裝中運輸時,器件表面與包裝材料摩擦能產生幾百伏的靜電電壓,對敏感器件放電。

(5)塑料、樹脂等高分子材料的各種包裝和器具

用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚丙乙烯)、PVR(聚氨酯)、PVC和聚酯、樹脂等高分子材料制作的各種包裝、料盒、周轉箱、PCB架等,都可能因摩擦、沖擊產生1~3.5kV靜電對敏感器件放電

(6)工作臺面

普通工作臺面受到摩擦也會產生靜電。

(7)絕緣地面

混凝土、打蠟、橡膠地板等地面的絕緣電阻高,人體上靜電荷不易泄漏

(8)電子生產設備和工具方面

電烙鐵、波峰焊機、再流焊爐、貼裝機等設備內的高壓變壓器,交、直流電路都會在設備上感應出靜電。如靜電泄漏措施不好,都會引起SSD失效從以上數據可以看出,人體在活動中,都有可能產生100-3500V0靜電。但大多數情況人體毫無感覺,達到2500V以上人體才能有電擊感。靜電敏感元器件(SSD)在運輸、存儲、使用過程中有可能不知不覺地產生硬擊穿或軟擊穿。因此,有人稱靜電為“無形殺手”并不過分。

4.靜電防護原理

電子產品制造中,不產生靜電是不可能的。產生靜電不是危害所在,危害在于靜電積聚以及由此產生的靜電放電。靜電防護的主要原理如下。

①防止靜電積聚,使靜電邊產生、邊泄放,并將靜電電壓控制在安全范圍內。

②對已經存在的靜電積聚要迅速消除掉,使其即時釋放。靜電防護的核心是靜電消除。

5.靜電防護方法

(1)使用防靜電材料

金屬是導體,導體的漏放電流大,會損壞器件。另外,由于絕緣材料容易產生摩擦起電,因此不能采用金屬和絕緣材料作防靜電材料,而是采用表面電阻為1×102·cm以下的所謂靜電體,以及表面電阻在1×103~1×1032·cm之間的靜電亞導體作為防靜電材料。例如,常用的靜電防護材料是在橡膠中混入導電炭黑來實現的,將表面電阻控制在1×10·cm以下。

(2)泄漏與接地

對可能產生或已經產生靜電的部位應進行接地,提供靜電釋放通道。可采用埋大地線的方建立“獨立”地線,使地線與大地之間的電阻小于1002。

采用靜電防護材料的方法:將靜電防護材料(如工作臺面墊、地墊、防靜電腕帶等)通過M的電阻接到通向獨立大地線的導體上。串接1M電阻是為了確保對地泄放小于5mA的電流,稱為軟接地。設備外殼和靜電屏蔽罩通常是直接接地,稱為硬接地。

防靜電工作臺能防止在操作時尖峰脈沖和靜電釋放對于敏感元件的損害。安全工作臺應具

有對于EOS損害的防護功能,并能夠避免在維修、制造或測試設備上產生尖峰脈沖。烙鐵、吸錫器和測試器具能產生足以完全破壞敏感元件或其降級的電能。

靜電防護器材

①人體防靜電系統:包括防靜電腕帶、工作服、帽、手套、鞋、襪等。

②防靜電地面:包括防靜電水磨石地面、橡膠地面、PVC塑料地板、地毯、活動地板等

③防靜電操作系列:包括防靜電工作臺墊、包裝袋、物流小車、防靜電烙鐵及工具等

.靜電測量儀器

①靜電場測試儀:用于測量臺面、地面等表面電阻值。

②腕帶測試儀:測量腕帶是否有效。