smt组装技术与esd防护技术1

SMT 组装技术与组装技术与 ESD 防护技术防护技术 摘要 摘要 分静电基础知识 ESD 防护技术两部分 第一部分主要 介绍 静电特点 静电衰减与之积累规律 人体静电的起点方式 静电损 伤的失效模式 第二部分主要介绍静电防护的必要性 静电防护的 目的与途径 静电防护的过程控制 静电防护系统的构成 随着电子产品的轻 薄 短 小化 以及电子元器件的不断 小型化 超大规模集成电路的广泛应用 特别是数字技术的发展和 应用 SMT 组装技术在电子产品制造业中扮演着日益重要的角色 而静电已成为电子工业中造成器件失效 产成品合格率低及其早期 失效的主要原因 严重影响产品直通率及质量稳定性与可靠性 给 制造商的生产成本 声誉造成不良影响 因此静电防护已越来越受 到重视 1 静电起电及其流散与积累规律静电起电及其流散与积累规律 1 1 静电起电 一般物体是中性 若任一物体带有过剩的电荷则成为带电体 物体间的电荷转移过程称为起电过程 失去电子带正电 得到电子 带负电 由于电子的得与失使物体失去电平衡 就产生了静电 静 电产生得基本过程可归纳为四个阶段 接触 电荷转移 偶电层的 形成 电荷分离 物体的起电方式主要有 物体间的摩擦 产生的热可使电子转移 产生静电 物体间的接触与分离 电磁感应 对于后两种起电方式比较容易预防与控制 在实际生产中最 难以控制 防不胜防的是第一种起电方式 摩擦起电 主要是由 于人体的动作及设备的运动而产生 如元器件 PCB 成品板间的相 互碰撞和接触摩擦而形成很高的表面电位 操作者与大地绝缘时 人体静电位可高达 1 5kV 35kV 1 2 静电起电序列 两个不同物体相互接触时 各自带上极性相反 数量相同的 电荷 一个失去电子成为空穴带电 而另一个得到电子成为电 子带电 常见不同物体接触起电的序列为 空气 人手 玻璃 云母 头发 尼龙 羊毛 铝 纸 棉花 钢铁 木 硬 橡皮 铜 银 金 聚乙烯 聚氯乙稀 位于较前的物体一般 带正电 而位于较后着则带负电 即电子从位于前面的物体转移到 后面的物体中 两种相摩擦的物体在起电序列中的位置相距越远 摩擦带电后产生的电位就越大 但物体呈现电性在很大程度上受到 物体所含杂质成分 表面氧化和吸附情况 温度压力 外界电场等 因素的影响 1 3 静电衰减与积累规律 静电荷通过中和与泄漏而自行消失的现象称为电荷的消散或衰 减 物体以某种方式起电后 电荷一般按指数规律衰减 工程材料 的静电衰减时间 是评价材料防静电性能好坏的重要指标 静电的 衰减速度与材料电阻率有密切关系 材料电阻率越大 如高绝缘介 质的橡胶 塑料等 带电以后衰减速度极慢 而电阻率较低的材料 如防静电橡胶 塑料等 带电后可将静电迅速地衰减 从而减少和 防止静电危害 因此 在 SMT 组装生产过程中 应根据具体要求 选择相应的静电防护器材 采取有效措施 使产生的静电能迅速衰 减 使静电电位不足以对 SMD 造成损伤 一般要求静电电位泄放 至 100V 以下的时间小于 1s 在生产过程中 静电起电和衰减两个相反的过程是同时存在 的 一般物体的起电过程是均匀的 即单位时间内的起电量 又称 起电电流 为一常数 随着时间的延长 物体起电和衰减达到动态 平衡 即使再增加时间 物体带电量不会改变 一般把静电荷的起 电与衰减达到动态平衡称为电荷的净积累规律 2 静电效应静电效应 物体带电后主要会产生力学 感应 放电三大效应 其危害的 种类与产生的后果见表 1 表表 1 静电效应产生危害的种类与后果静电效应产生危害的种类与后果 静电效应危害种类后果 静 电 力 学 效 静电 引力 吸附尘埃 粘附在机器上 无法剥离 筛网堵塞 凝 聚 吸污 毛发竖立 缠 绕 产品污损 品质劣化 操 作效率低 无法操作 成 品率降低 人不舒服 应 静电 排斥 力 纸张 布等卷绕不齐 不 规则 整形性不佳 混合 不良 物料杂乱无章 起 毛 黑粉散断线 产品污损 品质劣化 生 产效率降低 甚至无法操 作 静电感应 效应 静电噪声 机器损耗 继 电器或电路误动作 电路 不良 元器件 电路板 仪器设 备等可靠性降低 出现废 品 测试不合格 人员的 不安情绪 影响生产 静电放电 效应 静电噪声 起火源 电击 电子元器件的静电击穿 机器损坏或误动作 人体 不舒适感 电子元器件特性差 出现 废品 元器件和机器可靠 性降低 引起控制机器或 计算机的误动作 引起火 灾 爆炸等 电击人体 影响情绪 降低生产效率 在 SMT 组装过程中 我们主要遇到的是放电效应 其次是感应效 应 3 人体静电人体静电 人体静电是指由于自身行动或与其它的带电物体相接触或相接 近而在人体上产生并积聚的静电 在 SMT 组装生产中 作为操作者的人体是最主要的静电发生源 之一 人体的静电位是导致元器件击穿损害和对电子设备的运行产 生干扰的主要原因 同时人体带电还可能造成对人体的静电电击 从而引发二次事故或降低工作效率 人体静电的起电方式主要有以 下几种 3 1 步行起电 人体在绝缘地面上行走过程中 当抬起一条腿时 产生了通 过该腿的鞋底电阻对人体的充电电流与通过另一只与地面接触的脚 的鞋底电阻的泄漏电流 从而使人体呈带电状态 人体步行产生的 静电电位峰值一般在抬脚之时 3 2 摩擦起电 人体的行动和工作时 工作服 帽子 手套等之间的相互摩擦 以及它们与其它物体之间 鞋与地面之间的摩擦 从而使工作服 鞋带上静电荷 通过传导或静电感应 最终使人体呈带电状态 人 体摩擦起电产生峰值一般在起立之时 人从聚氯乙稀的软椅起立时 带电 18kV 人从铺设有人造革软椅上起立时可带电 1 1kV 1 4kV 3 3 静电感应起电 人体系静电导体 当带电的物体靠近不带电的人体 由于静电 感应现象 在静电场的作用下使人体出现电量相等符号相反的感生 电荷 如一手触及接地体 会放电 如此时远离带电体时 即成为 带上异号电荷的孤立导体 3 4 接触传导带电 一方面由于人接近或接触带电物体时 由于静电放电释放而使 电荷转移 最终使人体和身上穿的衣服等带电 另一方面由带电微 粒粘附而带电 由带电的尘埃 烟雾和粉尘及高压产生的离子等附 着于人体而使其带电 4 静电放电损伤静电放电损伤 4 1 放电效应 当带电体懂上的电荷所产生的电场 其电场强度超过周围介质 的绝缘击穿电场强度时 带电体表面附近的介质就发生电离 引起 静电电荷转移 因而使带电体上电荷趋向减少或消失 这种情况又 叫静电放电 Electrostatic discharge 缩写为 ESD 静电放电为单次或多次间歇地进行 在放电通道有离子电流流 动 因而会产生焦耳热 并伴随发光和声响 同时会发出电磁辐射 由 ESD 引起的对元器件的击穿损害是 SMT 组装生产中最普通和最 严重的静电危害 在放电的过程中 带电体所积聚的能量约以十分之一微妙的时 间通过人体或器件电阻释放 并耗散在人体或器件电阻上 在这样 短的时间内 平均脉冲功率高达几千瓦 因此很容易造成引起 SiO2 膜击穿或开裂 栅氧化层被击穿或引起极间空气隙击穿 甚至烧毁 金属互连线 致使器件失效 箭头所指处既是静电放电后造成器件 内部出现 爪型脚 从而使集成电路部分损坏 4 2 ESD 损伤的失效模式 半导体器件的静电损伤 一般可分为两类失效模式 即时失效 和延时失效 4 2 1 即时失效 即时失效 又称为硬击穿或突发性完全失效 它是器件的一个 或多个电参数突然劣化 完全失去规定功能的一种失效 通常表现 为开路 短路 无功能以及电参数严重漂移 4 2 2 延时失效 又称为软击穿或潜在性缓慢失效 ESD 损伤具有潜 在性和积累性的特点 如果带电体的静电位或存贮的静电能量较低 仅能供给短暂发生的局部击穿能量 或 ESD 回路有限流电阻存在 在这种情况下 一次 ESD 脉冲不足以引发器件发生突发性完全失效 但它会在器件内部造成轻微的损伤 使器件的性能劣化或参数指标 下降 但还没有完全损坏而形成隐患 这种损伤又是积累性的 随 着 ESD 脉冲次数增加 器件的损伤阈值电压会逐渐下降 使器件的 电参数逐渐劣化 它降低了器件抗静电的能力 降低了器件的使用 可靠性与寿命 使其运行一段时间后 随温度 时间 电压的变化 出现故障而不能正常工作 ESD 引起半导体器件损伤 器件即时失效的几率只有 10 而 90 的器件则是延时失效 损伤后电参数仍符合规定要求 产品还 能通过质量检验 但给电路留下了隐患 使该电路在以后的加电工 作中 参数退化逐渐严重 减弱了器件抗过电应力的能力 引起器 件早期失效 严重危害器件的可靠性 静电损伤是一种偶然事件 一般讲是与时间无关的 同时由于 ESD 看不见 感觉不到 器件在不知不觉中就失效了 所以 ESD 损 伤不易被发现 很容易被人们忽视 4 3 常见 ESD 损伤的失效现象 造成 MOS 器件栅穿或输入保护电路漏电流增大 引起多层布线间的介质击穿短路 尤其是输入端铝条与 n P 层间的击穿短路 造成 Pn 结电损伤 引起结特性变坏和放大系数或阈值电压漂 移 与外接端子相连的铝条被熔断开路 引起薄膜电阻熔断或阻值漂移 4 4 典型的 ESD 失效机理 4 4 1 热二次击穿 通常称为二次击穿 因半导体的热时间常数一般比 ESD 脉冲有 关的瞬变时间大得多 所以只有一点热量从耗散区域扩散出来 在 器件上形成巨大的温度梯度 局部的结温能接近材料的熔化温度 因溶解引起过热的发展并导致结短路 4 4 2 金属化熔融 ESD 瞬变过程使器件的温度大到足以熔化金属化层或使键合引 线烧熔时引起的失效 4 4 3 体击穿 在结区由于局部高温使金属化层被合金或杂质扩散 导致结参 数急剧变化 形成跨越结的电阻通道 通常热二次击穿比体击穿先 发生 4 4 4 介质击穿 当绝缘区两端施加的电位差超过该区域固有的击穿电压特性时 发生的击穿 这种形式的失效是因为电压而非能量 如果脉冲中的 能量不足以使击穿的电极材料发生熔化 那么元件可能在击穿发生 后还能得到恢复 即引起与脉冲能量有关的全部或有限的元件性能 退化 介质击穿不会立即引起器件致命性失效 而是引起器件延时 失效从而导致器件在连续使用中的致命失效 4 4 5 气弧放电 当元件中未被钝化的薄层电极之间的间距很小时 电弧放电引 起的汽化使金属常离开电极而移动 产生的熔融或熔断使其性能退 化 4 4 6 表面击穿 对于垂直结 由于其结的表面电荷层间距窄而造成局部雪崩累 计过程 造成结周围的高泄漏通道 从而使结失效 前三者热二次 击穿 金属化熔融 体击穿的失效机理与能量有关 而后三者介质 击穿 气弧放电 表面击穿的失效机理与电压有关 上述失效机理 适用于微电子器件和半导体器件 典型 ESDs 器件失效分析示例见 表 2 表 2 典型 ESDs 器件失效分析示例表 组成部分 元器件类型 失效机理失效标志 MOS 结构 MOSFET MOSIC 等 由于电压过高引起 介质击穿 短路 Pn 结 二极管 晶体管 可控硅等 能量集中 热二次 击穿 短路 薄膜电阻 混合 IC 密封薄 膜电阻器 介质击穿或热量有 关的微通道破坏 电阻漂移 金属化条单片或混合 IC 与焦耳热量有关的 金属烧毁 开路 场效应结构 石英陶瓷封装 LSI 或 EPROM 电荷注入绝缘材料性能退化 压电晶体 晶振 声表面波 器件 电压过量使机械压 力造成晶体断裂 性能退化 近间距电极 未钝化金属 未 防护半导体 电弧放电使电极金 属熔融或烧毁 性能退化 5 静电敏感器件及其静电敏感度静电敏感器件及其静电敏感度 5 1 为适应电子产品日趋小型化 多功能及高精度的要求 所使用的 各种器件和组件的尺寸越来越小 集成度越来越高 其内部结构越 来越细 越来越紧凑 使电子元器件对 ESD 的承受能力大大降低 5 2 在日常操作 贮存 传递 测试过程中容易因静电放电而引起 损伤的器件称为静电敏感器件 Electrostatic Sensitive Device 缩写为 SSD 静电敏感度的测量是根据一特定的静电模式来确定 通常是用人 体放电模式 器件对静电放电的承受能力可以用静电放电敏感度来 表示 它是指器件所能承受的 尚不致遭受破坏的最大静电放电电 压 其单位是伏 V 典型器件静电损坏电压见表 3 表表 3 典型器件静电损坏电压典型器件静电损坏电压 元器件类型损坏电压 U V元器件类型损坏电压 U V RF FETS MICROWAVE 1 5 EPROM 100 MR HEADS 5 J FET 140 PENTIUM 5 SAW 150 V MOS 30 OP AMP 190 MOSFET 100 CMOS 250 5 3 一般认为 人体静电位值随着相对湿度的增大 静电位值变小 这是因为 1 水汽可以有效改变物体表面的电阻 2 适当的湿度可 以为物体提供一个有效的泄放通道 即接地 因此适当的增湿有助 于控制静电放电 但并非只通过增湿便可达到静电防护的目的 实 验证明 即使相对湿度达到 90 操作者在没有任何防护措施的情 况下 其任何活动方式所产生的静电均高于 100V 而我们认为不致 使元器件发生 ESD 损害的安全静电电压为 100V 操作者的典型活 动所引起的静电电压值见表 4 表表 4 操作者典型活动产生的静电电压操作者典型活动产生的静电电压 相对湿度 动 作 10 40 55 人在塑胶地板上行走 U V 12000 5000 3000 人在工作台面上工作 U V 6000 800 400 从塑料管中取出 DIP U V 2000 700 400 从塑料盘中取出 DIP U V 1l500 4000 2000 从泡沫塑料中取出 DIP U V 14500 5000 3500 从塑料包装中取出 PCB U V 26000 2000O 7000 用泡沫塑料包装 PCB U V 21000110005500 6 6 E ES SD D防防护护的的必必要要性性 静电在电子工业中被称为 看不见的敌人 无处不在的杀手 静电损伤是一种偶然事件 与时间无关 同时由于 ESD看不见 摸不着 器件在不知不觉中失效 所以 ESD损伤不易被发现 很 容易被人们忽视 因此控制 ESD的主要困难点在于无法察觉它何 时达到能够损坏器件的程度 因为一般情况下需要相当大约2 kV 3 kV的静电电压才能产生听起来像 喀 声的放电 人体能 感觉到静电电击时的静电电压一般在 3kV 4kV以上 3kV以下的 静电放电人体并无异常的感觉 而在 5kV以上静电电压才能看到 静电放电火花 然而一般器件如 CMOS或EPROM芯片 约只需要 250V及100V的ESD静电电压就可损坏 而现在愈来愈多的敏感器件 如Pentium处理器 只要 5 V就可将其毁坏 人体带电电位与静电 电击程度的关系见表 1 表1 人体带电电位与静电电击程度的关系 人体电位 U V 电 击 程 度 备 注 1 000 完全无感觉 2 000 手指外侧有感觉 但不疼发出微弱的放电声 2 500 有针触的感觉 有哆嗦感 但不疼 3 000 有被针刺的感觉 微疼 4 000 有被针深刺的感觉 手指微疼见到放电的微光 5 000 从手掌到前腕感到疼指尖延伸出微光 6 000 手指感到剧疼 后腕感到沉重 7 000 手指和手掌感到剧疼 稍有麻木感 觉 8 000 从乎掌到前腕有麻木感觉 9 000 手腕子感到剧疼 手感到麻木沉重 10 000 整个手感到疼 有电流过的感觉 11 000 手指剧麻 整个手感到被强烈电击 12 OOO 整个乎感到被强烈地电击 当人体感觉到静电放电时 可能已经对器件造成损伤了 所以 对静电的防护主要应致力于防患于未然 对 ESD进行综合防护 7 7 静静电电防防护护的的目目的的和和基基本本途途径径及及其其效效果果评评估估 7 1 静电防护的目的 SMT组装过程中静电防护的根本目的是 在元器件 组件的制 造和使用过程中 通过各种防护手段 防止因静电的放电效应而 产生或可能产生的损害 或将这些损害限制在最小的程度 以确 保元器件 组件和设备的设计性能及使用性能不致因静电作用受 到损害 因此其主要目的是控制静电放电 亦即防止静电放电的 发生或将静电放电的能量降至所有 S SS SD D的损坏阈值以下 7 2 静电防护的基本原则 7 2 1 防 一防止静电场 有效抑制或减少静电荷的产生 严 格控制静电源 即采取一定的措施 避免或减少静电放电的产生 或采取 边产生边泄漏 的方法达到消除电荷积聚的目的 将静 电荷控制在不致引起危害的程度 7 2 2 泄 一迅速 安全 有效地消除已经产生的静电荷 避 免静电荷的积聚 在电装领域的 防静电 并非是防止静电的 产生 而主要是防止静电的积聚和静电放电 所以生产过程中静 电保护的核心是 静电消除 7 2 3 控 一对所有防静电措施的有效性进行实时监控 定期 检测所安装的静电防护系统是否操作正常 定期对防静电设施进 行维护和检验 对静电防护系统的实时监控是实现完全 彻底防 止静电损伤的关键措施 如果没有有效性监控 其它各项措施的 有效性就得不到确认与保障 这也正是多年来防静电问题一直没 有得到彻底解决的主要原因 迅速可靠而又有控制地排除已存在 的电荷 即衰减时间应该短得足以用等于或小于电荷正常产生的 速度耗散电荷 即令静电电位泄放至 100V以下的时间小于 1s 7 3 静电的基本防护途径 静电控制技术是指在静电的积聚不可避免的前提下 采用综合 性措施 将静电危害因素控制在允许的范围内 其基本途径有以 下几种 7 3 1 工艺控制法 旨在使生产过程尽量少产生静电荷 为此应从工艺流程 材料 选择 设备安装和操作管理等方面采取措施 控制静电的产生和 积聚 抑制静电电位和静电放电的能量 使之不超过危害的程度 7 3 2 泄漏法 旨在使静电荷通过泄漏达到消除的目的 通常采用静电接地使 电荷向大地泄漏 也有采用增大物体电导的方法使静电沿物体表 面或通过内部泄漏 如添加静电剂或增湿 7 3 3 静电屏蔽法 根据静电屏蔽的原理 可分为内场屏蔽和外场屏蔽两种 具体 措施是用接地的屏蔽罩把带电体与其他物体隔离开来 这样带电 体的电场将不影响周围其他物体 内场屏蔽 有时也用屏蔽罩把 被隔离物体包围起来 使被隔离物体免受外界电场的影响 外场屏蔽 7 3 4 复合中和法 旨在使静电荷通过复合中和的方法 达到消除的目的 通常 利用离子风机等静电消除器产生带有异号电荷的离子与带电体上 的电荷复合 达到中和的目的 7 3 5 整静措施 旨在避免尖端放电现象 为此 应该尽可能使带电体及周围物 体的表面保持光滑和洁净 以便减少尖端放电的可能性 在上述五项措施中 工艺控制法是最积极的措施 在实际工作 中应同时从几个方面进行综合考虑 达到最有效地控制和防止静 电危害的目的 从原则上说 控控制制静静电电放放电电应应从从控控制制静静电电的的产产生生 和和控控制制静静电电的的消消散散两两方方面面进进行行 控控制制静静电电的的产产生生主主要要是是控控制制工工艺艺 过过程程和和工工艺艺过过程程中中材材料料的的选选择择 控控制制静静电电的的消消散散则则主主要要是是加加速速静静 电电的的泄泄漏漏和和中中和和 两两者者共共同同作作用用的的结结果果就就有有可可能能使使静静电电电电位位不不超超 过过安安全全限限度度 达达到到静静电电防防护护的的目目的的 7 4 静电防护效果的评估 静电防护的主要目的是控制静电放电 亦即防止静电放电的发生 或尽量降低最大静电放电值 因此 其防护效果可通过有关的静 电放电值进行评估 图 1是静电放电控制与防护效果之间关系的 示意图 图中各量的意义如下 E0 SSD的静电放电安全标准值 Em 生产作业过程中 实际测量到的最大静电放电值 Em 采取了静电防护措施后 降低了的最大静电放电值 静 电防护的第三层次 E0 提高了抗静电能力后的静电放电安全标准保护值 静电 防护的第一层和第二层 图1 静电放电控制与防护效果之间的关系示意图 一般说来 E0 是在对电子元器件附加内部保护网络和对整机 电路设计采取若干防静电措施 这可以称为静电防护的第一层和 第二层次 后获得的 而 Em 则是在电子产品生产过程中采用静电 工艺 即静电防护的第三层次 后获得的 由图1可见 用 E12 E0 E0评估第一和第二层次的静电防护 效果 若此差值为正 则可以达到防护目的 差值越大 防护效 果就越好 反之 若此差值为负 则表明第一和第二层次的防护 措施达不到要求 同样 可用另一差值 E3 E0 Em 作为第三层静 电防护效果的评估指标 若此差值为正 表明具有防护效果 且 差值越大 防护效果越好 7 5 全面 综合 配套的静电防护内容 全面 综合 配套的静电防护应包含两方面的内容 1 在每个即使细小的环节 利用一些必要的 有效的静电 防护手段 选用优质的防护技术产品 2 制定完善的静电防护管理规程 并切实有效地贯彻执行 8 8 静静电电安安全全作作业业区区及及其其接接地地系系统统电电阻阻的的选选择择 8 1 防静电工作区 EPA 根据GJB3007 97国家军标规定 按照防静电工作区内的指 定空间所允许的对地静电电位值 将防静电工作区分为A B两 级 A级防静电工作区是允许对地静电电位不超过 100V 如操 作ESDs电子产品的场所 B级防静电工作区是指允许对地静电电 位不超过 1000 V 如ESDs电子整机产品机房 如程控交换机机 房 计算机机房 电子设备舱等 而对于特殊产品 如磁头 的 生产 则要求采取特殊的方式加以保证 EPA应具有为控制和减少静电电荷 静电电压 所需要的器材 设备和程序 基本的 ESD防护区概念是限制静电电压水平达到在 该区域内接受操作的最敏感的 ESDs产品的损坏电压阈值以下 8 2 防静电工作区 EPA 的主要要求 8 2 1 EPA的出人口最多两个 并视为安全门 在其门口的醒目位 置设置永久性的黄底黑字的安全区标记 8 2 2 EPA内应装温湿度调节装置 以维持其室温在 15 35 其相对湿度保持在 45 75 一般为保证 SMT设备正常运转 EPA内的温度应控制 15 20 禁止在相对湿度低于 30 的环 境内防止或操作 SSD 8 2 3 EPA内应避免产生瞬时高电压源或高压作业 同时所有防 静电设施不得任意移动或拆除 8 2 4 EPA内凡涉及到操作 SSD的所有桌面都必须是导静电的 桌面 仪器设备 人体都必须安全接地 即处于零电位 8 2 5 EPA内尤其是工作台上禁止放置非生产性物品 如餐具 报刊 毛织品等 8 2 6 操作人员在每次重新上岗前 包括停工待料一段时间后 必须做静电防护安全性检查 合格者才能上岗进行生产 8 2 7 实行 防静电上岗操作合格证 制度 对新进厂人员或 第一次涉及防静电工种的人员 必须进行静电安全操作知识教育 取得合格证后方能进入 EPA区上岗操作 8 2 8 非EPA人员 经许可进入生产现场时 必须穿戴好防静电 用品 在生产现场不许随手触摸 SSD或靠近正在操作的人员 8 3 防静电工作区基本条件的选择 建立防静电工作区对于静电导体与静电耗散材料而言 由于 静电荷能够发生迁移 从而可以通过接地的方式将生产过程中所 产生的静电荷泄放 但是静电的泄放必须 安全 为保证泄放 的安全性 静电的泄放 必须 通过静电耗散材料进行 所谓的 安全性是指无论对元器件 还是人身都必须保证绝对的安全 安 全性有两个指标 一是静电电压必须在 1s内降至100V 二是放电 电流不能高于 5 mA 也就是说 静电的泄放既要快 又不能过快 过块的泄放即是放电 因此 为保证静电安全泄放 防静电工作 区的系统电阻有一定的电阻值要求 8 3 1 安全电阻值的确定 为了给静电安全电阻作业区 点 的工作人员提供防电击条件 根据人体受到电击时 有能力脱离险境的极限电流 10mA 16mA 的 要求 整个防护系统的泄露电流不允许超过 5mA 为此静电防护 操作系统电阻下限为 106 8 3 2 最大允许接地系统电阻 电子产品生产过程中 静电泄漏系统多用于采用静电敏感器 件产品的基本作业 物体放电的初始电压是不同的 在国际上一 般规定为5000V 就静电泄漏系统而言 应考虑其最大通地电阻值 系统保证将5000V静电压衰减到低于 100V的安全电压 所过渡的 时间应小于1qis 因此系统电阻值必须小于 109 即可保证在 1 秒内放电到安全电压值 这就最大限度地减少了 SSD在静电作用 下损坏的机会 总之 静电泄放的最基本要求是系统放电 从 5000V到100V 以下 放电过程所需要的时间小于 1s 若系统电阻过高会延迟泄 放时间 而系统电阻过低会产生较大的泄放电流 损坏电流敏感 器件 同时也要考虑人体安全 一般静电防护的系统电阻约在 106 109 9 9 E ES SD D防防护护过过程程控控制制要要求求 由于进入EPA人员的不断运动而会随时产生静电 此时唯一 的泄放通路是通过手腕带或脚腕带与地连接进行泄放 此时的关 键在于人体 腕带 腕带 地及桌面 地等环节是否连接良好 如果这几个环节中有一处出现问题 就会导致静电无法安全泄放 从而使整个静电防护系统功亏一篑 就会产生 ESD损坏 这也正 是许多企业之所以在防静电方面有投入却没有效果的主要原因之 一 归纳起来主要有以下原因 1 防静电设施与地的连接可能产生松动或脱落 2 防静电桌面随着使用时间的延长而发生失效 3 腕带损坏 4 腕带的佩戴不规范 如不戴 松弛 没有紧贴皮肤等 1 10 0 静静电电防防护护系系统统的的组组成成 10 1 人体静电防护 人体所携带的静电 一是可以通过接地良好的防静电手腕带 及时泄放 另一方面防静电鞋与防静电地面的配合使用 可以及 时有效地泄放人员在运动中产生的静电 减少人体所携带的静电 人体防静电系统由防静电的手腕带 脚腕带 工作服 鞋袜 等组成 必要时尚需辅以防静电的帽 手套或指套 围裙 脚套 等 这种整体的防护系统兼具静电泄漏 中和与屏蔽的功能 10 2 环境静电防护 防静电工作区的地面 墙壁 天花板 按国家标准要求应选 用防静电材料 使之具有很好的防静电性能 而禁止使用普通绝 缘材料 地面是一个静电产生的主要来源 因为在生产环境中流 动的人员与物料不断地与地面摩擦 从而产生大量的静电 并通 过流动的人员 物料将静电带到生产环境的各处随时随地可能造 成静电损害 严重影响产品质量 降低成品率 因此必须重视工 作区地面的静电防护 地板能有效地使人体静电尽快泄漏于大地 防止静电积聚 除操作人员穿用防静电服 防静电鞋外 其先决条件是地板必须 具有一定的导电线路 即防静电功能 它也能泄漏设备 工装上 的静电及移动操作 不宜使用手腕带的人体静电泄漏 目前SMT行业防静电地板的处理方法有防静电地板漆 防静 电PVC贴面地板 防静电橡胶地板以及高架地板和防静电环氧自流 坪等5种 地面处理是防静电系统改造的主要工程 要根据生产产 品 生产场地等实际情况 确定使用哪一种处理方法 10 3 防静电操作系统 防静电操作系统是根据防静电要求 为建立保护区域和进行 保护性操作所必须配置的设施和工具的总称 它是在各工序经常 与元器件 组件 成品发生接触 分离或摩擦作用的工作台面 生产线 工具 包装袋 储运工具等 防静电操作系统的配置主要包括 防静电工作台 包含台体 防静电桌垫 防静电地垫 防静电手腕带 防静电工作椅等 防静电元件盒 袋 防静电周转箱 防静电周转车 防静电温控 烙铁 防静电镊子以及其它保护设备等 10 4 防静电接地 通常说的接地有硬接地和软接地之分 硬接地是指直接或通 过一个低阻抗同地线相连 软接地是指通过足够高的阻抗接地 将电流限制在人身安全电流之下 软接地的阻抗取决于靠近接地 点的人员可能接触到的电压电平 静电防护最主要的工作是防止静电积聚 而防止静电积聚的 最好办法就是及时将产生的静电泄放掉 接地系统正是静电泄放 的通道 因此可靠的接地是一切防护的基础 因为如果没有了这 个基础 我们即使采用再多再好的防静电材料 也等于无本之 木 无源之水 若防护措施未有效接地 则它们将失去最终的泄 放通道而处于悬浮状态 在悬浮状态下的防静电体表面的静电荷 因不能被最终泄放掉而积聚起来 这种积聚与绝缘体表面的静电 积聚的不同之处在于其静电荷的表面分布十分均匀 就象电容 一样将电荷储存起来 一旦遇到合适的条件 立即会将其储存的 全部电能很快地 在一个很小的面积上瞬间释放 这样更加危险 因此接地是否有效 可靠是整个防护体系中十分重要的 防静电系统的接地线不得接在电源零线上 也不得与防雷地 线共用 而必须有独立可靠的接地装置 接地电阻一般应小于 10 如果再考虑到是静电接地与防雷 电气安全等接地的兼容 性 也可规定静电接地电阻小于 4 使用三相五线制供电 其大地线可以作为防静电地线 但零 线 地线不得混接 接地主干线截面积不小于 100mm2 支干线截面积不小于 6mm2 设备和工作台的接地线应采用截面积不小于 1 25 mm2的多 股敷塑导线 接地线颜色以黄绿色线为宜 埋设地线的原则是埋设地点的土壤电阻系数愈小愈好 地线的 接地体与接地线选择要适当 接地体与土壤的接触面积要大 接 触密度要高 接触要紧 埋设与检测方法应符合 CJB Z25 91 的要求 10 5 离子风静电消除器 从静电防护的角度来看 绝缘体本身具有以下特点 10 5 1 绝缘材料特别是人工合成的绝缘材料 其表面起电量大 即很容易产生静电 通常这类材料的起电量不会小于 5000V 相 对湿度 40 10 5 2 由于材料的绝缘特性 一旦产生静电 其本身几乎无放 电的通路 因此静电将会长期驻留积聚 其在表面电荷积聚到一 定程度后 就可能随机放电造成危害 10 5 3 由于绝缘体的绝缘特性 造成表面产生 积聚静电荷分 布极不均匀 在同一材料表面就会形成电位差 而电位差大到一 定程度就会产生放电现象 因此 在静电防护中必须对绝缘材料引起足够的关注 由于 静电荷在绝缘材料表面不能发生迁移运动 其本身又无放电通路 所以不可能用接地的办法通过泄放的方式消除静电荷 这时唯一 行之有效的方法是离子中和法 目前世界上在电装行业所使用的离子风机分为直流与交流两类 其中直流风机又分为稳态直流与脉冲直流两种 稳态直流由于其 独特的优势被众多企业广泛采用 稳态直流风机的主要优势在于 1 正 负离子发射头分开设置 离子自中和可能性降低 2 可在低气流量下正常发挥效用 3 可近距离操作而不损坏敏感元器件 10 6 静电测试及实时监控系统 为判断ESD危害的可能性与程度 制定 ESD防护措施以及检查 防护措施的效果 同时因防静电制品在长期使用过程中 会因磨 损 腐蚀 老化等原因使其防静电性能逐渐劣化 以致完全丧失 影响静电防护的可靠性 因此 必须经常对静电进行实时监控 同时有必要对地板与桌垫的表面电阻及接地电阻 生产现场的静 电电场等参数进行测试 并对操作工手腕带的佩带情况进行实时 监控 以保证静电防护的可靠性 一般常用的测试仪有手腕带 脚腕带测试仪 表面电阻测试仪 静电场测试仪 人体静电表 静电屏蔽效果测试仪 表面阻抗表 兆欧表 等 防静电系统性能 指标检查频次见表 2 表表2 2 E EP PA A性性能能检检查查频频次次表表 检查频次项 目 名 称检查方式 环境温度 相对湿度 测量 佩戴腕带情况下人体对地电阻 测量 穿着防静电鞋 袜情况下人体对地电阻 测量 防静电服装穿戴情况 目视 防静电手腕带或脚腕带佩戴情况 目视 每日一次 防静电鞋穿戴情况 目视 防静电工作台面接地情况 目视 地板 地垫接地情况 目视每周一次 系统接地情况 目视 标记情况 目视 静电位水平 测量 工作服对地电阻和表面 点对点 电阻 测量 防静电手套 指套对地电阻 测量 每月一次 离子风机静电中和能力 测量 工作台面对地电阻和表面 点对点 电阻测量 地板 地垫对地电阻和表面 点对点 电阻测量 周转容器表面 点对点 电阻 测量 工作椅对地电阻和表面 点对点 电阻 测量 电烙铁对地电阻 测量 每季度一次 存放器 小车对地电阻和表面 点对点 电 阻 测量 建成后第一年每 季度一次 以后 每 21 个月一次 系统接地电阻测量 综上所述 一个合格的静电安全工作场所 应配备良好的静电 泄放途径和严格的接地系统 安全有效的静电泄放才能达到保护 静电敏感器件及其设备的目的 常见静电防护系统所需的产品见 表3 表表3 3 常常见见静静电电防防护护系系统统所所需需的的产产品品 静电防护系统类别 典 型 产 品 防静电服装工衣 手套 手指套 鞋 套 帽子 人