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SMT制造中的靜電防護(hù)技術(shù)

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(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果,是通過電子或離子的轉(zhuǎn)換而形成的。靜電現(xiàn)象是電荷在產(chǎn)生和消失過程中產(chǎn)生的電現(xiàn)象的總稱,如摩擦起電、人體起電等現(xiàn)象。

(2)靜電釋放(ESD)

靜電釋放( Electrostatic Discharge,ESD)是一種由靜電源產(chǎn)生的電進(jìn)入電子組裝件后迅速放電的現(xiàn)象。當(dāng)電能與靜電敏感元器件接觸或接近時(shí)會(huì)對(duì)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(xiàn)的電能導(dǎo)致元件損害的結(jié)果。這種損害的來源很多,如電力生產(chǎn)設(shè)備、工具,操作過程中產(chǎn)生的ESD。

4)靜電敏感元器件(SSD)

對(duì)靜電反應(yīng)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(guī)模集成電路,特別是金屬化膜半導(dǎo)體(MOs電路)。根據(jù)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(jí).

SSD分級(jí)表

1 級(jí)

0~1999V

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

2級(jí)

2000~3900V

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定為2級(jí)的元器件和微電路、離散型 MOSFET器件、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFETS)、運(yùn)算放大器( OPAMPs)、集成電路(IC)、超高速集成電路(UHsC)、使用2級(jí)元器件的混合電路、精密電阻網(wǎng)絡(luò)(RZ)、低功率雙極型晶體管.

3級(jí)

4000~15999V

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定為3級(jí)的元器件和微電路、離散型 MOSFET器件、運(yùn)算放大器( OPAMPS)集成電路(C)、超高速集成電路(UHSC)、小信號(hào)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(jí)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(biāo)準(zhǔn),將敏感器件按照人體放電模型HBM( Human Body Model)、機(jī)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(gè)等級(jí)的敏感度。

靜電敏感度等級(jí)特一級(jí) 特二級(jí) 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí)

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(yè)中的危害

在電子工業(yè)中,隨著集成度越來越高,集成電路的內(nèi)絕緣層越來越薄,互連導(dǎo)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(yīng)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(chǎn)品制造及運(yùn)輸、存儲(chǔ)等過程中所產(chǎn)生的靜電電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過CMOS器件的擊穿電壓,往往會(huì)使器件產(chǎn)生硬擊穿或軟擊穿(器件局部損傷)現(xiàn)象,使其失效或嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性。

3.電子產(chǎn)品制造中的靜電源

(1)人體靜電

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

靜電電壓約為0.5~2kV另外,空氣濕度對(duì)靜電電壓的影響很大,因此在干燥環(huán)境中還要上升1個(gè)數(shù)量級(jí)。

(2)工作服

化纖或棉制工作服與工作臺(tái)面、坐椅摩擦?xí)r,可在服裝表面產(chǎn)生6000V以上的靜電電壓,并使人體帶電。此時(shí)與器件接觸時(shí),會(huì)導(dǎo)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(dá)1092,當(dāng)與地面摩擦產(chǎn)生靜電使人體帶電。

(4)包裝和運(yùn)輸過程中

樹脂、漆膜、塑料膜封裝的器件放入包裝中運(yùn)輸時(shí),器件表面與包裝材料摩擦能產(chǎn)生幾百伏的靜電電壓,對(duì)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(zhuǎn)箱、PCB架等,都可能因摩擦、沖擊產(chǎn)生1~3.5kV靜電對(duì)敏感器件放電

(6)工作臺(tái)面

普通工作臺(tái)面受到摩擦也會(huì)產(chǎn)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(chǎn)設(shè)備和工具方面

電烙鐵、波峰焊機(jī)、再流焊爐、貼裝機(jī)等設(shè)備內(nèi)的高壓變壓器,交、直流電路都會(huì)在設(shè)備上感應(yīng)出靜電。如靜電泄漏措施不好,都會(huì)引起SSD失效從以上數(shù)據(jù)可以看出,人體在活動(dòng)中,都有可能產(chǎn)生100-3500V0靜電。但大多數(shù)情況人體毫無感覺,達(dá)到2500V以上人體才能有電擊感。靜電敏感元器件(SSD)在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用過程中有可能不知不覺地產(chǎn)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(hù)原理

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

①防止靜電積聚,使靜電邊產(chǎn)生、邊泄放,并將靜電電壓控制在安全范圍內(nèi)。

②對(duì)已經(jīng)存在的靜電積聚要迅速消除掉,使其即時(shí)釋放。靜電防護(hù)的核心是靜電消除。

5.靜電防護(hù)方法

(1)使用防靜電材料

金屬是導(dǎo)體,導(dǎo)體的漏放電流大,會(huì)損壞器件。另外,由于絕緣材料容易產(chǎn)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(dǎo)體作為防靜電材料。例如,常用的靜電防護(hù)材料是在橡膠中混入導(dǎo)電炭黑來實(shí)現(xiàn)的,將表面電阻控制在1×10·cm以下。

(2)泄漏與接地

對(duì)可能產(chǎn)生或已經(jīng)產(chǎn)生靜電的部位應(yīng)進(jìn)行接地,提供靜電釋放通道。可采用埋大地線的方建立“獨(dú)立”地線,使地線與大地之間的電阻小于1002。

采用靜電防護(hù)材料的方法:將靜電防護(hù)材料(如工作臺(tái)面墊、地墊、防靜電腕帶等)通過M的電阻接到通向獨(dú)立大地線的導(dǎo)體上。串接1M電阻是為了確保對(duì)地泄放小于5mA的電流,稱為軟接地。設(shè)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(tái)能防止在操作時(shí)尖峰脈沖和靜電釋放對(duì)于敏感元件的損害。安全工作臺(tái)應(yīng)具

有對(duì)于EOS損害的防護(hù)功能,并能夠避免在維修、制造或測(cè)試設(shè)備上產(chǎn)生尖峰脈沖。烙鐵、吸錫器和測(cè)試器具能產(chǎn)生足以完全破壞敏感元件或其降級(jí)的電能。

靜電防護(hù)器材

①人體防靜電系統(tǒng):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(dòng)地板等

③防靜電操作系列:包括防靜電工作臺(tái)墊、包裝袋、物流小車、防靜電烙鐵及工具等

.靜電測(cè)量?jī)x器

①靜電場(chǎng)測(cè)試儀:用于測(cè)量臺(tái)面、地面等表面電阻值。

②腕帶測(cè)試儀:測(cè)量腕帶是否有效。