電子產品的靜電防護-SMT服務網

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        ESD防靜電 >> 電子產品的靜電防護

        電子產品的靜電防護

        文章來源:網絡     發布時間:2010-7-20 9:00:22     發布時間:2010-7-20 9:00:22  【關閉】
        一、 概述
        在人們的日常生活和工作中, 經常會遇到靜電現象。那么, 靜電到底是什么, 它的產生機理以及它有哪些危害, 如何預防和消除這些危害, 這是我們必須考慮和解決的問題。
        1. 什么是靜電?
        靜電是一種電能,它存在于物體表面,是正負電荷在局部失衡時產生的一種現象。靜電現象是指電荷在產生與消失過程中所表現出的現象的總稱,如摩擦起電就是一種靜電現象。
        2. 為什么要防靜電?
        由于電子行業的迅速發展,體積小、集成度高的器件得到大規模生產,從而導致導線間距越來越小,絕緣膜越來越薄,致使耐擊穿電壓也愈來愈低。而電子產品在生產、運輸、儲存和轉運等過程中所產生的靜電電壓卻遠遠超過其擊穿電壓閾值,這就可能造成器件的擊穿或失效,影響產品的技術指標,降低其可靠性。由此可見,靜電是電子行業發展中的一大障礙。所以預防靜電必須提到議事日程上來,以確保產品的質量。
        為使電子器件及產品在購買、入庫、發料、檢驗、儲存、調測和安裝等過程中免受靜電危害,了解靜電產生的機理和一些防止靜電產生危害的相關知識是非常必要和重要的。
        二、電子行業中靜電障害的形成
        電子行業中靜電障害可分為兩類:一是由靜電引力引起的浮游塵埃的吸附;二是由靜電放電引起的介質擊穿;
        1. 靜電吸附
        在半導體元器件的生產制造過程中, 由于大量使用了石英及高分子物質制成的器具和材料,其絕緣度很高,在使用過程中一些不可避免的摩擦可造成其表面電荷不斷積聚, 且電位愈來愈高。表1列出了半導體元器件及其使用環境中部分物品表面的靜電電位。
        電子設備制造防靜電技術要求
         
        2.5.4重要工位上應配備腕帶監視器,以隨時監視腕帶是否處于正常狀態。
        2.5.5在裝配未采用防靜電包裝的零部件時,應消除靜電后再進入防靜電工作區。
        2.5.6手拿SSD時,應避免接觸其引線和接線片。
        2.5.7服裝、圖紙資料等物品不得接觸SSD。
        2.5.8清洗SSD及其部件時,不得使用塑料刷。
        2.5.9不具備防靜電功能的必備工具、用具,應放在防靜電桌墊上,并置于離子風靜電消除器的作用范圍內。
        2.5.10操作時應盡量減少對SSD及其部件的接觸次數。
        2.5.11裝聯電子設備時,應使用有接地線的低壓直流電動起子。
        2.5.12在手工焊接時,應采用防靜電低壓恒溫烙鐵。
        2.5.13在任何場合均不允許未采取防靜電措施的人員接觸SSD及其零部件。
        2.5.14生產過程中使用的設備(成型機、插件機、波峰焊機、貼片機、切腳機、清洗機等),必須采取降靜電措施。
        3、關聯部門的責任
        3.1采購、檢驗
        采購、檢驗人員應具備SSD一般保護常識,遵守靜電防護操作規程
        3.2貯存
        3.2.1元器件庫房管理人員應掌握SSD的一般保護常識
        3.2.2庫房必須是靜電安全工作區,防靜電基本設施見表2。
        3.2.3 SSD入庫、出庫都必須裝在防靜電包裝內,并遵守基本操作規程
        3.3運輸
        運輸SSD及其組件時,應將其放入防靜電包裝內進行,必要時,應使用離子空氣來消除運輸過程中產生的靜電。
        3.4調試
        調試部件、整件、整機技術指標時,操作人員應遵守本標準中的有關規定。
        3.5維修
        3.5.1外出維修時應使用防靜電維修箱(包)。
        3.5.2維修時應遵守本標準有關操作規程。
        貯存、運輸SSD及其部件時,應妥善進行防靜電包裝。
        4.5.2  拒絕接收未包裝在靜電防護容器里的SSD。
        4.5,3  當需要把SSD及其部件從靜電防護容器中取出時,必須在靜電安全工作臺上進行,并遵守以下事項,
        a.  操作人員必須穿防靜電工作服,
        b.  戴上防靜電腕帶,腕帶必須與皮膚有良好的接觸并將腕帶接入可靠的防靜電接地系統中。
        4.5.4  重要工位上應配備腕帶監視器,以隨時監視腕帶是否處于正常狀態.
        4.5.5  在裝配未采用防靜電包裝的零部件時?應消除靜電后再進入防靜電工作區。
        4.5.6  手拿SSD日才,應避免接觸其引線和接線片;
        4.5.7  服裝、圖紙資料等物品不得接觸SSD。
        4.5.8  清洗SSD及其部件時,不得使用塑料刷.
        4.5.9  不具備防靜電功能的必備工具、用具,應放在防靜電桌墊上
        的作用范圍內。
        4.5,10  操作時應盡量減少對SSD及其部件的接觸次數。
        4.5.11  裝聯電子設備時,應使用有接地線的低壓直流電動起子。
        并置于離子風靜電消除器
        4.5.12  在手工焊接時,應采用防靜電低壓恒溫烙鐵。對GJBl649規定的I類SSD的焊接還應在拔掉烙鐵電源插頭后進行。
        4.5.13  禁止重復使用器件包裝管包裝SSD。
        4.5.14  在任何場合均不允許未采取防靜電措施的人員接觸SSD及其零部件。
        4.5.15  生產過程中使用的設備(成型機、插件機、波峰焊機、貼片機、切腳機、清洗機等),必須采取降靜電措施。
        4.6  安全警告
        在接通電源的電子設備上工作時,必須遵守有關安全操作規程。
        4.7包裝及標志
        電子設備的防靜電包裝及標志應符合GJB 1649規定。
        5  關聯部門的責任
        5.1  采購、檢驗
        采購、檢驗人員應具備SSD一般保護常識,遵守靜電防護操作規程。
        5.2  貯存
        5.2.1  元器件庫房管理人員應掌握SSD的一般保護常識.
        5.2.2  庫房必須是靜電安全工作區,防靜電基本設施見表2。
        5.2.3  SSD入庫、出庫都必須裝在防靜電包裝內,并遵守基本操作規程。
        5.3  運輸
        運輸SSD及其組件時,應將其放入防靜電包裝內進行。必要時,應使用離子空氣來消除運輸過程中產生的靜電。
        調試
        調試部件、整件、整機技術指標時,操作人員應遵守本標準中的有關規定。
        5.5設計研制
        5.5.1  應把防靜電意識貫穿于新產品設計研制全過程中.
        5.5.2  設計電路時,應盡量選擇不易受到ESD損害的元器件,并盡可能采用靜電抑制技術(例如開關接地,涂導電涂料等).
        5.5.3  委托研制SSD時,應向承制方提出防靜電要求
        5.6  維修
        5.6.1  外出維修時應使用防靜電維修箱(包) ..
        5.6.2  維修時應遵守本標準有關操作規程
        電子元器件的靜電解決辦法1.靜電放電
           
             靜電放電(ESD)是大家熟知的電磁兼容問題,它可引起電子設備失靈或使其損壞。當半導體器件單獨放置或裝入電路模塊時,即使沒有加電,也可能造成這些器件的永久性損壞。對靜電放電敏感的元件被稱為靜電放電敏感元件(ESDS)。
         
            如果一個元件的兩個針腳或更多針腳之間的電壓超過元件介質的擊穿強度,就會對元件造成損壞。這是MOS器件出現故障最主要的原因。氧化層越薄,則元件對靜電放電的敏感性也越大。故障通常表現為元件本身對電源有一定阻值的短路現象。對于雙極性元件,損壞一般發生在薄氧化層隔開的已進行金屬噴鍍的有源半導體區域,因此會產生泄漏嚴重的路徑。
         
            另一種故障是由于節點的溫度超過半導體硅的熔點(1415℃)時所引起的。靜電放電脈沖的能量可以產生局部地方發熱,因此出現這種機理的故障。即使電壓低于介質的擊穿電壓,也會發生這種故障。一個典型的例子是,NPN型三極管發射極與基極間的擊穿會使電流增益急劇降低。
            器件受到靜電放電的影響后,也可能不立即出現功能性的損壞。這些受到潛在損壞的元件通常被稱為“跛腳”,一旦加以使用,將會對以后發生的靜電放電或傳導性瞬態表現出更大的敏感性。
            要密切注意元件在不易察覺的放電電壓下發生的損壞,這一點非常重要。人體有感覺的靜電放電電壓在3000 — 5000V之間,然而,元件發生損壞時的電壓僅幾百伏。
            靜電放電的危害效應是在二十世紀七十年代開始認識到的,這是由于新技術的發展導致元件對靜電放電的損壞越來越敏感。靜電放電造成的損失每年可達到幾百萬美元以上。因此,許多大型的元件和設備制造廠引進專業技術以減小生產環境中的靜電積累,從而使產品合格率和可靠性提高了許多。用戶根據自己的經驗也懂得了防治靜電放電損害的重要性。
        2.如何對付靜電放電?
            控制靜電積累的第一步是要弄清楚靜電荷的產生機理。
            靜電電壓是由不同種類的物質相互接觸與分離而產生。盡管摩擦能夠使電荷積累得更多,但是摩擦并不是必要的。這種效應即是大家熟知的摩擦起電,所產生的電壓取決于相互摩擦的材料本身的特性。磨擦起電序列表列出了各類物質的帶電難易程度。對于相互接觸的兩種物質,電子會從序列表較上的物質轉向較下的物質,這樣就會使兩種物質分別帶正負電荷。序列表中的物質離得越遠,各自所帶的電荷數量也越大。常見物質的磨擦起電序列如下表所示:
         表1摩擦起電序列
        ● 人體 +- 

        ● 玻璃
        ● 云母
        ● 聚酰胺
        ● 毛織品
        ● 毛皮
        ● 絲綢
        ● 鋁
        ● 紙
        ● 棉花
        ● 鋼鐵
        ● 木頭
        ● 硬橡膠
        ● 聚脂薄膜
        ● 聚乙烯
        ● 聚氯乙烯
        ● 聚四氟乙烯(PVC)大多數是負極性的
        電荷也可通過感應產生,這是帶電體使其附近的另一物體上的電荷發生分離的結果
        3.實際問題解決
            問題的解決包括:如果靜電放電敏感元件(ESDS)在生產和維護期間暴露在外面,那么在這些元件附近,應防止電荷的積累,并且在運輸和保管過程中,將這些元件按防靜電放電的方法包裝。
            防止靜電放電,有許多方法可以采用。最好的辦法是滿足要求且成本最低的方法,這樣的方法對于不同的產品和不同的場合都是不同的。
        4.靜電放電保護區域(EPA)
            靜電放電保護區域(EPA),有時指安全操作區,是任意一種靜電放電控制措施的核心所在。在此區域中,靜電放電敏感元件(ESDS)或電路板,或包含這些的組件,都可以很安全地工作,因為電荷的數量得到控制,而不會產生破壞性電壓。這種區域中通常包含工作臺或工作臺組、工作站、自動插件機一類的處理設備或者一塊生產區。EPA的范圍必須清楚的標明,最好設置一圍欄以防止未經允許的無關人員入內。EPA區域內應使用靜電荷積累最小的材料,并且可使電荷以受控制的方式泄入到大地中。

        表2 靜電放電保護區
          A1接地輪
         A2接地滑片
         A3接地面
         B1腕套測試器
         B2腳跟接地測試器
         B3腳跟接地底板
        C1腕套和腕套繩
         C2接地線
         C3靜電放電接地設施
         C4地
         C5接地搭接點
         C6大地接地點
        C7手套
         C8腳趾和腳跟帶箍
         D1電離劑
         E1工作面
         F1腿和座套已接地的轉椅
         G1人體接地地板
        H1工作服
         H2工作帽
         I1具有接地面的擱板
         I2接地機架
         J1靜電放電保護區標志
          
            典型的靜電放電保護區如圖1所示,此圖摘自EN100015-1,其中許多是新近的。該圖給出了各種可能的措施,但并沒有必要全部使用這些措施,這主要由特定的環境決定。所采用的其本原理就是等電位搭接,即將所有表面連接在一起,防止不同物體之間產生電位差。
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