SMT制造中的防静电.ppt
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1、十 SMT生产中的静电防护技术,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,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
2、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0.1m,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。据有关统计,在导致电子产品失效的因素中,静电占833%,每年静电的损失高达10亿美圆。,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
3、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)。例如:MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管静电敏感范围100200V、场效应管为14010,000V、CMOS 电路为25020,000V。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
4、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25012,000V。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,(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
5、绝缘电阻高达1013,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13.5KV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
6、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檫、CO2低温箱冷却箱内的CO2蒸汽均会产生大量的静电荷。,人体带电电位与电击感度,从以上数据可以看出,人体在活动、工作服、工作鞋、包装、料盒、周转箱、PCB架、工作台面,地面、电烙铁、波峰焊机、再流焊炉、贴装机、调试和检测等设备等都有可能产生10035,000V静电。但大多数情况人体毫无感觉。达到25,000V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的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
7、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
8、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/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-A610C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
9、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=U0e-t/RC式中:Utt时刻的电压(V)(释放时间t=1s)U0起始电压(V)R等效电阻()C导体等效电容(pf)e自然对数的底,静电安全作业区(点)的安全电阻的确定,根据人体受到电击时,安全电流应1016mA,为了安全,取安全电流I=5mA。设U=220380V R=U/I 计算得到 R=4.410 47.610 4 取安全电阻R值1.010 5,防静电系统的泄漏条件分析
10、,资料表明:临时进入防静电作业区(点)的外来人员,踏在防静电地垫上,距离工作台上静电敏感器件有一步距离时,只需要1s就有可能对器件导致损害。因此防静电泄漏系统应考虑最大允许接地电阻,即要求1s的时间内将电压降至100V以下。另外,物体放电时,除了需要通过接地电阻外,放电物体的电容量也影响放电时间。人体的等效电容大约为1004000Pf,一些防静电器具对地的等效电容约为35300Pf,因此取平均值200pF。物体放电的初始电压是不同的,国际上一般规定为5000V。,防静电系统的最大允许接地电阻计算,根据以上分析,将t=1s、Ut=100V、U0=5000V、C=200pF代入公式 Ut=U0e-
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