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SMT生产中的静电防护技术

日期:2021-06-19 16:34
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摘要:在电子产品制造中,静电放电往往会损伤器件,甚至使器件失效,造成严重损失,因此SMT生产中的静电防护非常重要。本刊分别邀请北京、上海的两位专家撰文介绍与分析电子产品制造中的静电产生源及静电防护原理,较详细地介绍了SMT生产中的一些静电防护技术基础与相应措施。供大家参考。

SMT生产中的静电防护技术

1.静电和静电的危害

静电是一种电能,它存留于物体表面,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。

随着科技发展,静电现象已在静电喷涂、静电纺织、静电分选、静电成像等领域得到广泛的有效应用。但在另一方面,静电的产生在许多领域会带来重大危害和损失。例如在阿波罗载人宇宙飞船中,由于静电放电导致爆炸,使三名宇航员丧生;在火药制造过程中由于静电放电(ESD),造成爆炸伤亡的事故时有发生。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01μm,其相应耐击穿电压在80-100VVMOS器件的绝缘层更薄,击穿电压在30V。而在电子产品制造中以及运输、存储等过程中所产生的静电电压远远超过MOS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。

为了控制和消除ESD,美国、西欧和日本等发达国家均制定了国家、军用和企业标准或规定。从静电敏感元器件的设计、制造、购买、入库、检验、仓储、装配、调试、半成品与成品的包装、运输等均有相应规定,对静电防护器材的制造使用和管理也有较严格的规章制度要求。我国也参照国际标准制定了军用和企业标准。例如有航天部、机电部、石油部等标准。

2.静电敏感器件(SSD)

对静电反应敏感的器件称为静电敏感元器件(SSD)。静电敏感器件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)。表1为静电敏感器件的分级表。可根据SSD分级表,针对不同的SSD器件,采取不同的静电防护措施。

3.电子产品制造中的静电源

(1)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静电源之一。人体静电是导致器件产生硬()击穿的主要原因。人体活动产生的静电电压约05-2KV。另外空气湿度对静电电压影响很大,若在干燥环境中还要上升1个数量级。表2为相对湿度对与人体活动带电的关系。

人体带电后触摸到地线,会产生放电现象,人体就会产生不同程度的电击感反应,其反应的程度称为电击感度。表3为不同静电压放电过程中人体的电击感度。


(2)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)橡胶或塑料鞋底的绝缘电阻高达1013Ω,当与地面摩擦时产生静电,并使人体带电。

(4)树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放人包装中运输时,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)用PP(聚丙烯)PE(聚乙烯)PS(聚内乙烯)PVR(聚胺脂)PVC和聚脂、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1-35KV静电电压,对敏感藉件放电。

(6)普通工作台面,受到摩擦产生静电。

(7)混凝土、打腊抛光地板、橡胶板等绝缘地面的绝缘电阻高,人体上的静电荷不易泄漏。

(8)电子生产设备和工具方面:例如电烙铁、波峰焊机、再流焊炉、贴装机、调试和检测等设备内的高压变压器、交/盲流电路都会在设备卜感应出静电。如果设备静电泄放措施不好,都会引起敏感器件在制造过程中失效。烘箱内热空气循环流动与箱体摩擦、CO2低温箱冷却箱内的CO2蒸汽均会可产生大量的静电荷。

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,其危害所在于静电积聚以及由此产生的静电放电。静电防护的核心是静心消除

静电防护原理:

(1)对可能产生静电的地方要防止静电积聚。采取措施在安全范围内。

(2)对已经存在的静电积聚迅速消除掉,即时释放。

5.静电防护方法

(1)使用防静电材料:金属是导体,因导体的漏放电流大,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l×105Ω·cm以下的所谓静电导体,以及表面电阻1×105-1×108Ω·cm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碳黑来实现的,将表面电阻控制在1×106Ω·cm以下。

(2)泄漏与接地:对可能产生或已经产生静电的部位进行接地,提供静电释放通道。采用埋大地线的方法建立独立地线。使地线与大地之间的电阻<10Ω(参见GBJl79SJT10694—1996)

静电防护材料接地方法:将静电防护材料(如于作台面垫、地垫、防静电腕带等)通过1MΩ的电阻接到通向独立大地线的导体上(参见SJT10630-1995)。串接1MΩ电阻是为了确保对地泄放<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。

IPC-A-610C标准中推荐的防静电工作台接地方法如图。SMT生产中的静电防护技术SMT生产中的静电防护技术SMT生产中的静电防护技术SMT生产中的静电防护技术