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1、SMT 生产中的静电防护技术,广东科学技术职业学院,学习情境13,1 静电和静电的危害 静电 (Electrostatic ) 是物体表 面过剩或不足的静止电荷。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。如摩檫起电、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应用。 但在另一方面，静电在许多领域带来重大危害和损失。 例如第一个阿波罗载人宇宙飞船由于静电放电（ ESD ）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，
2、造成机毁人亡的事故时有发生；,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0.1 m，其相应耐击穿电压在80100V；VMOS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（器件局 部损 伤）击穿现象。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
3、、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）将静电敏感元器件分为三级。 针对不同级别的 SSD 器件，应采取不同的静电防护措施。,静电敏感元器件的分级表,3 电子产品制造中的静电源 (1) 人体静电 人体活动，人与衣服、鞋、袜等物
4、体之间的摩檫、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。 人体活动产生的静电电压约 0.5 2KV 。 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。 人体带电后触摸到地线，会产生放电现象。 人体对静电放电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。,相对湿度对与人体活动带电关系,人体带电电位与电击感度,(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 1013 ，当与地面摩檫时产生静电，并使人体带电。 (
5、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檫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 架等都可能因摩檫、冲击产生 13.5KV 静电电压，对敏感器件放电。,(6)普通工作台面，受到摩檫产生静电。 (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
6、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檫、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 ” 。,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
7、材料容易产生摩檫起电，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1105.cm 以下的所谓静电导体，以及表面电阻11051108.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1106.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10。（参见 GBJ179 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1M的电阻接到通向独立大地线的导体上（参见 SJ/
8、T10630-1995 ）。串接1M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-A6100 标准中推荐的防静电工作台接地方法,理想的 EOS/ESD 安全工作台 可接收的 EOS/ESD 安全工作台 图 12-1 IPC-A610C 标准中推荐的防静电工作台接地方法,(3) 导体带静电的消除 用接地的方法 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（ ） C 导体等效电容（ pf ） 一般
9、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=1.28109。因此静电防护系统中通常用 1M 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 不能用接地的方法 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。
10、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。可用静电消除剂檫洗仪器和物体表面，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。 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,(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
11、计、设备安装、操作、管理制度等方面采取有效措施。,6 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、防静电包装代、防静电、物流小车、防静电烙铁及工具等。,7 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
12、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。,8 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10 。 b 地面或地垫表面电阻值105 1010；摩擦电压 100V 。 c 墙壁电阻值5104 109 。 d 工作台面或垫表面电阻值 106 109 ；摩擦电压100V ；对地系统电阻 106 108 。,e 工作椅面对脚轮电阻106 108 。 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1M ；佩带腕带时系统电阻110M
13、。脚跟带（鞋束）系统电阻0.5 105 108 。 h 物流车台面对车轮系统电阻 106 109 。 i 料盒、周转箱、PCB架等物流传递器具表面电阻值 103108 ；摩擦电压100V 。 j 包装代、盒摩擦电压100V 。 k 人体综合电阻106108 。,9 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、防静电包装代、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
14、电区域，并有明显的防静电警示标志。,防静电作业区（点）标志 （表示该区域或物体经过专门设计具有防静电保护能力） 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 1999V 2 级静电敏感程度范围： 2000 3999V 3 级静电敏感程度范围： 4000 15999V 16000V 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
15、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。加电顺序：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。,10 静电
16、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.,静电敏感符号 （ 表示该物体对静电敏感 ）,(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。,11 防静电工作区的管理与维护 (a) 制订
