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SMT制造中的静电防护技术
2020/7/28 14:10:22 414


1.静电、静电释放、电气过载、静电敏感元器件


(1)静电( Electrostatic)

静电是物体表面过剩或不足的静止电荷。它是一种电能,存留于物体表面:是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果,是通过电子或离子的转换而形成的。静电现象是电荷在产生和消失过程中产生的电现象的总称,如摩擦起电、人体起电等现象。

(2)静电释放(ESD)

静电释放( Electrostatic Discharge,ESD)是一种由静电源产生的电进入电子组装件后迅速放电的现象。当电能与静电敏感元器件接触或接近时会对元件造成损伤。

(3)电气过载(EOS)

电气过载( Electrical Overstress,EOS)是一些额外出现的电能导致元件损害的结果。这种损害的来源很多,如电力生产设备、工具,操作过程中产生的ESD。

4)静电敏感元器件(SSD)

对静电反应敏感的元器件称为静电敏感元器件( Electrostatic Sensitive Device,SsD)

SSD主要是指超大规模集成电路,特别是金属化膜半导体(MOs电路)。根据SSD能够承受而且不至于损坏的静电极限电压值(也可称为静电敏感度)将SSD分为三级.

SSD分级表

 

1 级

0~1999V

微波器件(肖特基垫垒二极管、点接触二极管等)、离散型 MOSFET器件、声表面波(SAw)器件、结型场效应晶体管( JFETs)、电耦合器件(CCDS)、精密稳压二极管(加载电压稳压度小于05%)、运算放大器( OPAMP3)、薄膜电阻器、MOS集成电路(C)、使用1级元器件的混合电路、超高速集成电路( UHSIC)、晶闸管整流器   


2级

2000~3900V

由试验数据确定为2级的元器件和微电路、离散型 MOSFET器件、结型场效应晶体管JFETS)、运算放大器( OPAMPs)、集成电路(IC)、超高速集成电路(UHsC)、使用2级元器件的混合电路、精密电阻网络(RZ)、低功率双极型晶体管.   


3级

4000~15999V

由试验数据确定为3级的元器件和微电路、离散型 MOSFET器件、运算放大器( OPAMPS)集成电路(C)、超高速集成电路(UHSC)、小信号二极管、硅整流器、低功率双极型品体管、光电器件、片式电阻器、使用3级元器件的混合电路、压电晶体 

新版 ANSI/ESD S20.20-2007静电放电控制方案体系标准,将敏感器件按照人体放电模型HBM( Human Body Model)、机器放电模型MM(Machine Model)、带电器件模型CDM( Charged

Device Model)、插座放电模型SDM( SocketDevice Model)等不同的放电模型可划分为4~7个等级的敏感度。

 

静电敏感度等级特一级  特二级            一级             二级            三级   

静电耐受能力(V)0~500500~10001000~20002000~40004000~8000 


2.静电释放(ESD)/电气过载(EOS)在电子工业中的危害

在电子工业中,随着集成度越来越高,集成电路的内绝缘层越来越薄,互连导线宽度与间距越来越小。例如,CMOS器件绝缘层的典型厚度约为0.1um,其相应耐击穿电压在80100v:WMOs器件的绝缘层更薄,击穿电压为30V。而在电子产品制造及运输、存储等过程中所产生的静电电压远远超过CMOS器件的击穿电压,往往会使器件产生硬击穿或软击穿(器件局部损伤)现象,使其失效或严重影响产品的可靠性。


3.电子产品制造中的静电源

(1)人体静电

人体的活动,人与衣服、鞋、袜等物体之间的摩擦、接触和分离等产生的静电是电子产品制造中主要的静电源之一。人体静电是导致器件产生硬(软)击穿的主要原因。人体活动产生的

静电电压约为0.5~2kV另外,空气湿度对静电电压的影响很大,因此在干燥环境中还要上升1个数量级。

(2)工作服

化纤或棉制工作服与工作台面、坐椅摩擦时,可在服装表面产生6000V以上的静电电压,并使人体带电。此时与器件接触时,会导致放电,容易损坏器件。

(3)工作鞋

橡胶或塑料鞋底的绝缘电阻高达1092,当与地面摩擦产生静电使人体带电。

(4)包装和运输过程中

树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放入包装中运输时,器件表面与包装材料摩擦能产生几百伏的静电电压,对敏感器件放电。

(5)塑料、树脂等高分子材料的各种包装和器具

用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚丙乙烯)、PVR(聚氨酯)、PVC和聚酯、树脂等高分子材料制作的各种包装、料盒、周转箱、PCB架等,都可能因摩擦、冲击产生1~3.5kV静电对敏感器件放电

(6)工作台面

普通工作台面受到摩擦也会产生静电。

(7)绝缘地面

混凝土、打蜡、橡胶地板等地面的绝缘电阻高,人体上静电荷不易泄漏

(8)电子生产设备和工具方面

电烙铁、波峰焊机、再流焊炉、贴装机等设备内的高压变压器,交、直流电路都会在设备上感应出静电。如静电泄漏措施不好,都会引起SSD失效从以上数据可以看出,人体在活动中,都有可能产生100-3500V0静电。但大多数情况人体毫无感觉,达到2500V以上人体才能有电击感。静电敏感元器件(SSD)在运输、存储、使用过程中有可能不知不觉地产生硬击穿或软击穿。因此,有人称静电为“无形杀手”并不过分。

4.静电防护原理


电子产品制造中,不产生静电是不可能的。产生静电不是危害所在,危害在于静电积聚以及由此产生的静电放电。静电防护的主要原理如下。

①防止静电积聚,使静电边产生、边泄放,并将静电电压控制在安全范围内。

②对已经存在的静电积聚要迅速消除掉,使其即时释放。静电防护的核心是静电消除。

5.静电防护方法

(1)使用防静电材料

金属是导体,导体的漏放电流大,会损坏器件。另外,由于绝缘材料容易产生摩擦起电,因此不能采用金属和绝缘材料作防静电材料,而是采用表面电阻为1×102·cm以下的所谓静电体,以及表面电阻在1×103~1×1032·cm之间的静电亚导体作为防静电材料。例如,常用的静电防护材料是在橡胶中混入导电炭黑来实现的,将表面电阻控制在1×10·cm以下。

(2)泄漏与接地

对可能产生或已经产生静电的部位应进行接地,提供静电释放通道。可采用埋大地线的方建立“独立”地线,使地线与大地之间的电阻小于1002。

采用静电防护材料的方法:将静电防护材料(如工作台面垫、地垫、防静电腕带等)通过M的电阻接到通向独立大地线的导体上。串接1M电阻是为了确保对地泄放小于5mA的电流,称为软接地。设备外壳和静电屏蔽罩通常是直接接地,称为硬接地。

防静电工作台能防止在操作时尖峰脉冲和静电释放对于敏感元件的损害。安全工作台应具

有对于EOS损害的防护功能,并能够避免在维修、制造或测试设备上产生尖峰脉冲。烙铁、吸锡器和测试器具能产生足以完全破坏敏感元件或其降级的电能。 


静电防护器材

①人体防静电系统:包括防静电腕带、工作服、帽、手套、鞋、袜等。

②防静电地面:包括防静电水磨石地面、橡胶地面、PVC塑料地板、地毯、活动地板等

③防静电操作系列:包括防静电工作台垫、包装袋、物流小车、防静电烙铁及工具等


.静电测量仪器

①静电场测试仪:用于测量台面、地面等表面电阻值。

②腕带测试仪:测量腕带是否有效。

③人体静电测试仪:用于测量人体携带的静电量、人体双脚之间的阻抗、人体之间的静电差,腕带、接地插头、工作服等是否防护有效。还可以作为入门放电,将人体静电隔在车间之外

④兆欧表:用于测量所有导电型、抗静电型及静电泄放型表面的阻抗或电阻。


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