如果你在气候干燥的冬日或在工作中,经常穿着毛纤类的运动装、防寒服,当你偶尔接触一下门把手或其
他金属物体时,就可能发生短促、刺痛的放电,这种现象叫做静电释放。
正常状况下,人体内可蓄积超过20,000V的静电电压。当用户给电子流动提供一条导电路径时,蓄积在体
内的电荷就会冲出体内,向离用户最近的金属物体流去,结果发生短促而刺痛的放电,这虽然令人气恼,
但一般对人体没有危害。然而,对于从事电子方面的专业技术人员来说,问题可就不一般了。电子方面的
人员在处理或替换电路板、集成电路块,需频繁地接触各种元器件,而半导体设备对于来自静电的刺激极
其敏感,元器件的损坏只是在一线之间。
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。
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、军用或企业标准或规定。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。
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(SSD)。静电敏感元器件主要足指超大规模集成电路,特别是
金属化膜半导体(MOS电路)。表1为静电敏感元器件的分级表。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。
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
0.5~2KV。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)工作服——化纤或棉制工作服与工作台面、坐椅摩檫时,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1013Ω,当与地面摩檫时产生静电,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)用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚丙乙烯)、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—3.5KV静电电压,对敏感器件放电。
(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、直流电路都会在设备上感应出静电。如果设备静电泄漏措施不好,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。
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。
静电防护原理:
(1)对可能产生静电的地方要防止静电积聚。采取措施,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迅速消除掉,即时释放。
静电防护的核心是“静电消除”。
静电防护方法
(1)使用防静电材料
金属足导体,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1×105Ω.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<10Q。(参见GBJl79或SJ/T10694-1996)
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1MQ的电阻接到通向独
立大地线的导体上(参见SJ/T10630-1995)。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足直接接地,称为硬接地。
IPC-A6100标准中推荐的防静电工作台接地方法如图1。
(3)导体带静电的消除
导体上的静电可以用接地的方法使静电泄漏到大地。放电体上的电压与释放时间可用下式表示:
UT=U0L1/RC
式中UT——T时刻的电压(V)
U0——起始电压(V)
R——等效电阻(Ω)
C——导体等效电容(pf)
一般要求在1s内将静电泄漏。即1s内将电压降至100V以下的安全区。这样可以防止泄漏速度过快、泄漏
电流过大对SSD造成损坏。若U0=500V,C=200pf,想在1s内使UT达到100V,则要求R=1.28×109Ω。
因此静电防护系统中通常用1MΩ的限流电阻,将泄放电流限制在5mA以下。这是为操作安全设计的。如果
操作人员在静电防护系统中,不小心触及到220V工业电压,也不会带来危险。
(4)非导体带静电的消除
对于绝缘体上的静电,由于电荷不能在绝缘体上流动,因此不能用接地的方法消除静电。可采用以下措施:
(a)使用离子风机——离子风机产生正、负离子,可以中和静电源的静电。可设置在空间和贴装机贴片头附
近。
(b)使用静电消除剂——静电消除剂属于表面活性剂。可用静电消除剂擦洗仪器和物体表面,能迅速消除物
体表面的静电。
(c)控制环境湿度——增加湿度可提高非导体材料的表面电导率,使物体表面不易积聚静电。例如北方干燥
环境可采取加湿通风的措施。
(d)采用静电屏蔽——对易产生静电的设备可采用屏蔽罩(笼),并将屏蔽罩(笼)有效接地。
(5)工艺控制法
为了在电子产品制造中尽量少的产生静电,控制静电荷积聚,对已经存在的静电积聚迅速消除掉,即时释
放,应从厂房设计、设备安装、操作、管理制度等方面采取有效措施。
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、防静电橡胶地面、PVC防静电塑料地板、防静电地毯、防静电活动地板等。
(3)防静电操作系列
包括防静电工作台垫、防静电包装袋、防静电物流小车、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。平面结构场合和非平面场合要选择不同规格的测
量仪。
(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,测量人体之间的静电差,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,把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。
电子产品制造中防静电技术指标要求
a 防静电地极接地电阻<10Ω。
b 地面或地垫—表面电阻值105-1010Ω摩擦电压<100V。
c 墙壁—电阻值5×104~109Ω。
d 工作台面或垫—表面电阻值106~109Ω摩擦电压<100V;对地系统电阻106—108Ω。
e工作椅面对脚轮电阻106~108Ω。
f工作服、帽、手套摩擦电压<300V;鞋底摩擦电压<100V。
G腕带连接电缆电阻1MΩ;佩带腕带时系统电阻1-10MΩ。脚跟带(鞋束)系统电阻0.5×105~108Ω。
h物流车台面对车轮系统电阻106-109Ω。 EU5[unMiK3
i料盒、周转箱、PCB架等物流传递器具—表面电阻值103~108Ω;摩擦电压<100V。
j包装袋、盒—摩擦电压<100V。
k人体综合电阻106~108Ω。
电子产品制造中防静电措施及静电作业区(点)的一般要求
SMT生产设备必须接地良好,贴装机应采用三相无线制接地法并独立接地。生产场所的地面、工作台面垫、
坐椅等均应符合防静电要求。车间内保持恒温、恒湿的环境。应配备防静电料盒、周转箱、PCB架、物流
小车、防静电包装袋、防静电腕带、防静电烙铁及工具等设施。
a 根据防静电要求设置防静电区域,并有明显的防静电警示标志。按作业区所使用器件的静电敏感程度分
成1、2、3级,根据不同级别制订不同的防护措施。
1 级静电敏感程度范围:0~1,999V
2 级静电敏感程度范围:2,000~3,999V
3 级静电敏感程度范围:4,000—1 5,999V
16,000V以上是非静电敏感程产品。
b 静电安全区(点)的室温为23±3℃,相对湿度为45~70%RH。禁止在低于30%的环境内操作SSD(静电敏
感元器件)。
c 定期测量地面、桌面、周转箱等表面电阻值。
d 静电安全区(点)的工作台上禁止放置非生产物品,如餐具、茶具、提包、毛织物、报纸、橡胶手套等。
e 工作人员进入防静电区域,需放电。操作人员进行操作时,必须穿工作服和防静电鞋、袜。每次上岗操
作前必须作静电防护安全性检查,合格后才能生产。
f 操作时要戴防静电腕带,每天测量腕带是否有效。
g 测试SSD时应从包装盒、管、盘中取一块,测一块,放一块,不要堆在桌子上。经测试不合格器件应退
库。
h 加电测试时必须遵循加电和去电顺序:低电压→高电压→信号电压的顺序进行。去电顺序与此相反。同
时注意电源极性不可颠倒,电源电压不得超过额定值。
i 检验人员应熟悉SSD的型号、品种、测试知识,了解静电保护的基本知识。
静电敏感元器件(SSD)运输,存储、使用要求
a SSD运输过程中不得掉落在地,不得任意脱离包装。
b 存放SSD的库房相对湿度:30—40%RH。
c SSD存放过程中保持原包装,若须更换包装时,要使用具有防静电性能的容器。
d 库房里,在放置SSD器件的位置上应贴有防静电专用标签。
e 发放SSD器件时应用目测的方法,在SSD器件的原包装内清点数量。
f 对EPROM进行写、檫及信息保护操作时,应将写入器/檫除器充分接地,要带防静电手镯。
g装配、焊接、修板、调试等操作人员都必须严格按照静电防护要求进行操作。
h 测试、检验合格的印制电路板在封装前应用离子喷枪喷射一次,以消除可能积聚的静电荷。
防静电工作区的管理与维护
a 制订防静电管理制度,并有专人负责。
b 备用防静电工作服、鞋、手镯等个人用品,以备外来人员使用。
c 定期维护、检查防静电设施的有效性。
d 腕带每周(或天)检查一次。
e 桌垫、地垫的接地性、静电消除器的性能每月检查一次。