在電子產(chǎn)品制造中，靜電放電往往會損傷器件，甚至使器件失效，造成嚴(yán)重?fù)p失，因此SMT生產(chǎn)中的靜電防護(hù)非常重要。本刊分別邀請北京、上海的兩位專家撰文介紹與分析電子產(chǎn)品制造中的靜電產(chǎn)生源及靜電防護(hù)原理，較詳細(xì)地介紹了SMT生產(chǎn)中的一些靜電防護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)與相應(yīng)措施。供大家參考。
1．靜電和靜電的危害
靜電是一種電能，它存留于物體表面，是正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果，是通過電子或離子的轉(zhuǎn)換而形成的。靜電現(xiàn)象是電荷在產(chǎn)生和消失過程中產(chǎn)生的電現(xiàn)象的總稱。如摩擦起電、人體起電等現(xiàn)象。
隨著科技發(fā)展，靜電現(xiàn)象已在靜電噴涂、靜電紡織、靜電分選、靜電成像等領(lǐng)域得到廣泛的有效應(yīng)用。但在另一方面，靜電的產(chǎn)生在許多領(lǐng)域會帶來重大危害和損失。例如在第一個阿波羅載人宇宙飛船中，由于靜電放電導(dǎo)致爆炸，使三名宇航員喪生；在火藥制造過程中由于靜電放電(ESD)，造成爆炸傷亡的事故時(shí)有發(fā)生。在電子工業(yè)中，隨著集成度越來越高，集成電路的內(nèi)絕緣層越來越薄，互連導(dǎo)線寬度與間距越來越小，例如CMOS器件絕緣層的典型厚度約為0．1μm，其相應(yīng)耐擊穿電壓在80-100V；VMOS器件的絕緣層更薄，擊穿電壓在30V。而在電子產(chǎn)品制造中以及運(yùn)輸、存儲等過程中所產(chǎn)生的靜電電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過MOS器件的擊穿電壓，往往會使器件產(chǎn)生硬擊穿或軟擊穿(器件局部損傷)現(xiàn)象，使其失效或嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性。
為了控制和消除ESD，美國、西歐和日本等發(fā)達(dá)國家均制定了國家、軍用和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定。從靜電敏感元器件的設(shè)計(jì)、制造、購買、入庫、檢驗(yàn)、倉儲、裝配、調(diào)試、半成品與成品的包裝、運(yùn)輸?shù)染邢鄳?yīng)規(guī)定，對靜電防護(hù)器材的制造使用和管理也有較嚴(yán)格的規(guī)章制度要求。我國也參照國際標(biāo)準(zhǔn)制定了軍用和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如有航天部、機(jī)電部、石油部等標(biāo)準(zhǔn)。
2．靜電敏感器件(SSD)
對靜電反應(yīng)敏感的器件稱為靜電敏感元器件(SSD)。靜電敏感器件主要是指超大規(guī)模集成電路，特別是金屬化膜半導(dǎo)體(MOS電路)。表1為靜電敏感器件的分級表。可根據(jù)SSD分級表，針對不同的SSD器件，采取不同的靜電防護(hù)措施。
3．電子產(chǎn)品制造中的靜電源
(1)人體的活動，人與衣服、鞋、襪等物體之間的摩擦、接觸和分離等產(chǎn)生的靜電是電子產(chǎn)品制造中主要靜電源之一。人體靜電是導(dǎo)致器件產(chǎn)生硬(軟)擊穿的主要原因。人體活動產(chǎn)生的靜電電壓約0．5-2KV。另外空氣濕度對靜電電壓影響很大，若在干燥環(huán)境中還要上升1個數(shù)量級。表2為相對濕度對與人體活動帶電的關(guān)系。
人體帶電后觸摸到地線，會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，人體就會產(chǎn)生不同程度的電擊感反應(yīng)，其反應(yīng)的程度稱為電擊感度。表3為不同靜電壓放電過程中人體的電擊感度。
(2)化纖或棉制工作服與工作臺面、坐椅摩擦?xí)r，可在服裝表面產(chǎn)生6000V以上的靜電電壓，并使人體帶電，此時(shí)與器件接觸時(shí)，會導(dǎo)致放電，容易損壞器件。
(3)橡膠或塑料鞋底的絕緣電阻高達(dá)1013Ω，當(dāng)與地面摩擦?xí)r產(chǎn)生靜電，并使人體帶電。
(4)樹脂、漆膜、塑料膜封裝的器件放人包裝中運(yùn)輸時(shí)，器件表面與包裝材料摩擦能產(chǎn)生幾百伏的靜電電壓，對敏感器件放電。
(5)用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚內(nèi)乙烯)、PVR(聚胺脂)、PVC和聚脂、樹脂等高分子材料制作的各種包裝、料盒、周轉(zhuǎn)箱、PCB架等都可能因摩擦、沖擊產(chǎn)生1-3．5KV靜電電壓，對敏感藉件放電。
(6)普通工作臺面，受到摩擦產(chǎn)生靜電。
(7)混凝土、打臘拋光地板、橡膠板等絕緣地面的絕緣電阻高，人體上的靜電荷不易泄漏。
(8)電子生產(chǎn)設(shè)備和工具方面：例如電烙鐵、波峰焊機(jī)、再流焊爐、貼裝機(jī)、調(diào)試和檢測等設(shè)備內(nèi)的高壓變壓器、交／盲流電路都會在設(shè)備卜感應(yīng)出靜電。如果設(shè)備靜電泄放措施不好，都會引起敏感器件在制造過程中失效。烘箱內(nèi)熱空氣循環(huán)流動與箱體摩擦、CO2低溫箱冷卻箱內(nèi)的CO2蒸汽均會可產(chǎn)生大量的靜電荷。
4．靜電防護(hù)原理
電子產(chǎn)品制造中，不產(chǎn)生靜電是不可能的。產(chǎn)生靜電不是危害所在，其危害所在于靜電積聚以及由此產(chǎn)生的靜電放電。靜電防護(hù)的核心是“靜心消除”。
靜電防護(hù)原理：
(1)對可能產(chǎn)生靜電的地方要防止靜電積聚。采取措施在安全范圍內(nèi)。
(2)對已經(jīng)存在的靜電積聚迅速消除掉，即時(shí)釋放。