SMT制造中防靜電-課件

1、十 SMT生產(chǎn)中的靜電防護(hù)技術(shù)1 靜電和靜電的危害 靜電(Electrostatic )是物體表面過剩或不足的靜止電荷。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。如摩檫起電、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)域得到廣泛應(yīng)用。但在另一方面，靜電在許多領(lǐng)域帶來重大危害和損失。 例如第一個(gè)阿波羅載人宇宙飛船由于靜電放電（ESD）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，造成機(jī)毀人亡的事故時(shí)有發(fā)生； 在電子工業(yè)中，隨著集成度越

2、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0.1m，其相應(yīng)耐擊穿電壓在80100V；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(chǔ)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(huì)使器件產(chǎn)生硬擊穿或軟（器件局部損傷）擊穿現(xiàn)象。使其失效或嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性。 據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在導(dǎo)致電子產(chǎn)品失效的因素中，靜電占833%，每年靜電的損失高達(dá)10億美圓。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、軍用或企業(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(chǔ)、裝配、調(diào)試、半成品與

3、成品的包裝、運(yùn)輸?shù)染邢鄳?yīng)規(guī)定，對(duì)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 靜電敏感元器件（SSD） 對(duì)靜電反應(yīng)敏感的元器件稱為靜電敏感元器件（SSD）。 靜電敏感元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）。 例如：MOSFET金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管靜電敏感范圍100200V、場(chǎng)效應(yīng)管為14010,000V、CMOS 電路為25020,000V。 根據(jù)SSD能夠承受而且不至于損壞的靜電極限電壓值（也可稱為靜電敏感度）將靜電敏感元器件分為三級(jí)。 針對(duì)不同級(jí)別的SSD器件，應(yīng)采

4、取不同的靜電防護(hù)措施。靜電敏感元器件的分級(jí)表3 電子產(chǎn)品制造中的靜電源 (1) 人體靜電人體活動(dòng)，人與衣服、鞋、襪等物體之間的摩檫、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。 人體活動(dòng)產(chǎn)生的靜電電壓約25012,000V。 空氣濕度對(duì)靜電電壓影響很大，若在干燥環(huán)境中還要上升1個(gè)數(shù)量級(jí)。 人體帶電后觸摸到地線，會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象。 人體對(duì)靜電放電會(huì)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。相對(duì)濕度對(duì)與人體活動(dòng)帶電關(guān)系 (2) 工作服化纖或棉制工作服與工作臺(tái)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(huì)導(dǎo)致放電，容易損壞器件。 (3)

5、 工作鞋橡膠或塑料鞋底的絕緣電阻高達(dá)1013 ，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入包裝中運(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(duì)敏感器件放電。 (5) 用PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PS（聚丙乙烯）、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13.5KV靜電電壓，對(duì)敏感器件放電。 (6) 普通工作臺(tái)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)、

6、再流焊爐、貼裝機(jī)、調(diào)試和檢測(cè)等設(shè)備內(nèi)的高壓變壓器、交、直流電路都會(huì)在設(shè)備上感應(yīng)出靜電。如果設(shè)備靜電泄漏措施不好，都會(huì)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(dòng)與箱體摩檫、CO2低溫箱冷卻箱內(nèi)的CO2蒸汽均會(huì)產(chǎn)生大量的靜電荷。人體帶電電位與電擊感度從以上數(shù)據(jù)可以看出人體在活動(dòng)、工作服、工作鞋、包裝、料盒、周轉(zhuǎn)箱、PCB架、工作臺(tái)面，地面、電烙鐵、波峰焊機(jī)、再流焊爐、貼裝機(jī)、調(diào)試和檢測(cè)等設(shè)備等都有可能產(chǎn)生10035,000V靜電。但大多數(shù)情況人體毫無感覺。達(dá)到25,000V以上人體才能有電擊感，靜電敏感元器件（SSD）在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用過程中有可能不知不覺的產(chǎn)生硬擊穿或軟擊穿。因此有人稱

7、靜電為“無形殺手”并不過分。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，其危害在于靜電積聚以及由此產(chǎn)生的靜電放電。 靜電防護(hù)原理： (1) 對(duì)可能產(chǎn)生靜電的地方要防止靜電積聚。采取措施，使靜電邊產(chǎn)生，邊泄放，并將靜電電壓控制在安全范圍內(nèi)。 (2) 對(duì)已經(jīng)存在的靜電積聚迅速消除掉，即時(shí)釋放。 靜電防護(hù)的核心是“靜電消除”。5 靜電防護(hù)方法(1) 使用防靜電材料 金屬是導(dǎo)體，因?qū)w的漏放電流大，會(huì)損壞器件。另外由于絕緣材料容易產(chǎn)生摩擦起電，因此不能采用金屬和絕緣材料作防靜電材料。而是采用表面電阻1105.cm以下的所謂靜電導(dǎo)體，以及表面電阻11051108 .cm

8、的靜電亞導(dǎo)體作為防靜電材料。 例如常用的靜電防護(hù)材料是在橡膠中混入導(dǎo)電碳黑來實(shí)現(xiàn)的，將表面電阻控制在1106.cm以下。(2) 泄漏與接地 對(duì)可能產(chǎn)生或已經(jīng)產(chǎn)生靜電的部位進(jìn)行接地，提供靜電釋放通道。采用埋大地線的方法建立“獨(dú)立”地線。使地線與大地之間的電阻10。（參見GBJ179或SJ/T10694-2019） 靜電防護(hù)材料的方法：將靜電防護(hù)材料（如工作臺(tái)面墊、地墊、防靜電腕帶等）通過1M的電阻接到通向獨(dú)立大地線的導(dǎo)體上（參見SJ/T10630-2019）。串接1M電阻是為了確保對(duì)地泄放5mA的電流，稱為軟接地。設(shè)備外殼和靜電屏蔽罩通常是直接接地，稱為硬接地。IPC-A610C標(biāo)準(zhǔn)中推薦的防靜

9、電工作臺(tái)接地方法理想的EOS/ESD安全工作臺(tái) 可接收的EOS/ESD安全工作臺(tái) 圖12-1 IPC-A610C標(biāo)準(zhǔn)中推薦的防靜電工作臺(tái)接地方法 (3) 導(dǎo)體帶靜電的消除用接地的方法 導(dǎo)體上的靜電可以用接地的方法使靜電泄漏到大地。放電體上的電壓與釋放時(shí)間可用下式表示： Ut=U0e-t/RC式中： Utt時(shí)刻的電壓（V）（釋放時(shí)間t=1s ） U0起始電壓（V） R等效電阻（） C導(dǎo)體等效電容（pf） e自然對(duì)數(shù)的底 靜電安全作業(yè)區(qū)（點(diǎn)）的安全電阻的確定 根據(jù)人體受到電擊時(shí)，安全電流應(yīng)1016mA，為了安全，取安全電流I=5mA。 設(shè)U=220380V R=U/I 計(jì)算得到 R=4.410 4

10、7.610 4 取安全電阻R值1.010 5防靜電系統(tǒng)的泄漏條件分析資料表明：臨時(shí)進(jìn)入防靜電作業(yè)區(qū)（點(diǎn)）的外來人員，踏在防靜電地墊上，距離工作臺(tái)上靜電敏感器件有一步距離時(shí)，只需要1s就有可能對(duì)器件導(dǎo)致?lián)p害。因此防靜電泄漏系統(tǒng)應(yīng)考慮最大允許接地電阻，即要求1s的時(shí)間內(nèi)將電壓降至100V以下。另外，物體放電時(shí)，除了需要通過接地電阻外，放電物體的電容量也影響放電時(shí)間。人體的等效電容大約為1004000Pf，一些防靜電器具對(duì)地的等效電容約為35300Pf，因此取平均值200pF。物體放電的初始電壓是不同的，國際上一般規(guī)定為5000V。防靜電系統(tǒng)的最大允許接地電阻計(jì)算 根據(jù)以上分析，將t=1s、Ut=

11、100V、U0=5000V、C=200pF代入公式 Ut=U0e-t/RC 計(jì)算結(jié)果：R= 1.28109 因此，只要防靜電系統(tǒng)的接地電阻109，即可保證在1s內(nèi)將靜電泄漏，即1s內(nèi)將電壓降至100V以下的安全區(qū)。這就最大限度地減少了SSD在靜電作用下?lián)p壞機(jī)會(huì)。防靜電腕帶接地電阻的要求 要求腕帶放電速度與人體上產(chǎn)生靜電荷的速度相同，不要因?yàn)殪o電積聚形成高電位。因此要求防靜電腕帶接地電阻必須保證操作者在任何情況下（包括移動(dòng)時(shí)）人體電位都能在0.1s內(nèi)降至100V以下。通過公式Ut=U0e-t/RC計(jì)算得到結(jié)論： 腕帶接地電阻應(yīng)在105108之間。為了獲得最佳靜電安全和對(duì)人體保護(hù)，腕帶接地電阻取1

12、06?？偨Y(jié)：導(dǎo)體上的靜電可以用接地的方法使靜電泄漏到大地 a 一般要求在1s內(nèi)將靜電泄漏。即1s內(nèi)將電壓降至100V以下的安全區(qū)。這樣可以防止泄漏速度過快、泄漏電流過大對(duì)SSD造成損壞。b 若U0=5000V，C=200pf，想在1s內(nèi)使Ut達(dá)到100V以下，則要求防靜電系統(tǒng)的最大允許接地電阻R=1.28109，一般取R109 。c 靜電防護(hù)系統(tǒng)中通常用1M的限流電阻，將泄放電流限制在5mA以下。這是為操作安全設(shè)計(jì)的。如果操作人員在靜電防護(hù)系統(tǒng)中，不小心觸及到220V工業(yè)電壓，也不會(huì)帶來危險(xiǎn)。(4) 非導(dǎo)體帶靜電的消除不能用接地的方法 對(duì)于絕緣體上的靜電，由于電荷不能在絕緣體上流動(dòng)，因此不能用

13、接地的方法消除靜電?？刹捎靡韵麓胧?(a) 使用離子風(fēng)機(jī)離子風(fēng)機(jī)產(chǎn)生正、負(fù)離子，可以中和靜電源的靜電?？稍O(shè)置在空間和貼裝機(jī)貼片頭附近。 (b) 使用靜電消除劑靜電消除劑屬于表面活性劑?？捎渺o電消除劑檫洗儀器和物體表面，能迅速消除物體表面的靜電。 (c) 控制環(huán)境濕度增加濕度可提高非導(dǎo)體材料的表面電導(dǎo)率，使物體表面不易積聚靜電。例如北方干燥環(huán)境可采取加濕通風(fēng)的措施。 (d) 采用靜電屏蔽對(duì)易產(chǎn)生靜電的設(shè)備可采用屏蔽罩（籠），并將屏蔽罩（籠）有效接地。(5) 工藝控制法 為了在電子產(chǎn)品制造中盡量少的產(chǎn)生靜電，控制靜電荷積聚，對(duì)已經(jīng)存在的靜電積聚迅速消除掉，即時(shí)釋放，應(yīng)從廠房設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝、操作、

14、管理制度等方面采取有效措施。6 靜電防護(hù)器材 (1) 人體防靜電系統(tǒng)包括防靜電腕帶、工作服、帽、手套、鞋、襪等 (2) 防靜電地面包括防靜電水磨石地面、防靜電橡膠地面、PVC防靜電塑料地板、防靜電地毯、防靜電活動(dòng)地板等。 (3) 防靜電操作系列包括防靜電工作臺(tái)墊、防靜電包裝代、防靜電、物流小車、防靜電烙鐵及工具等。7 靜電測(cè)量?jī)x器 (1) 靜電場(chǎng)測(cè)試儀用于測(cè)量臺(tái)面、地面等表面電阻值。平面結(jié)構(gòu)場(chǎng)合和非平面場(chǎng)合要選擇不同規(guī)格的測(cè)量?jī)x。 (2) 腕帶測(cè)試儀測(cè)量腕帶是否有效。 (3) 人體靜電測(cè)試儀用于測(cè)量人體攜帶的靜電量，人體雙腳之間的阻抗，測(cè)量人體之間的靜電差，腕帶、接地插頭、工作服等是否防護(hù)有效

15、。還可以作為入門放電，把人體靜電隔在車間之外。 (4) 兆歐表用于測(cè)量所有導(dǎo)電型、抗靜電型及靜電泄放型表面的阻抗或電阻。8 電子產(chǎn)品制造中防靜電技術(shù)指標(biāo)要求 a 防靜電地極接地電阻 10。 b 地面或地墊表面電阻值1051010 ；摩擦電壓100V。 c 墻壁電阻值5104 109 。 d 工作臺(tái)面或墊表面電阻值106109 ；摩擦電壓100V；對(duì)地系統(tǒng)電阻106 108 。 e 工作椅面對(duì)腳輪電阻106 108 。 f 工作服、帽、手套摩擦電壓300V；鞋底摩擦電壓100V。 G 腕帶連接電纜電阻 1M；佩帶腕帶時(shí)系統(tǒng)電阻110M。腳跟帶（鞋束）系統(tǒng)電阻0.5105108 。 h 物流車臺(tái)面

16、對(duì)車輪系統(tǒng)電阻106109 。 i 料盒、周轉(zhuǎn)箱、PCB架等物流傳遞器具表面電阻值103108 ；摩擦電壓100V。 j 包裝代、盒摩擦電壓100V。 k 人體綜合電阻106108 。9 電子產(chǎn)品制造中防靜電措施及靜電作業(yè)區(qū)（點(diǎn)）的一般要求 SMT生產(chǎn)設(shè)備必須接地良好，貼裝機(jī)應(yīng)采用三相五線制接地法并獨(dú)立接地。生產(chǎn)場(chǎng)所的地面、工作臺(tái)面墊、坐椅等均應(yīng)符合防靜電要求。車間內(nèi)保持恒溫、恒濕的環(huán)境。應(yīng)配備防靜電料盒、周轉(zhuǎn)箱、PCB架、物流小車、防靜電包裝代、防靜電腕帶、防靜電烙鐵及工具等設(shè)施。 a 根據(jù)防靜電要求設(shè)置防靜電區(qū)域，并有明顯的防靜電警示標(biāo)志。 防靜電作業(yè)區(qū)（點(diǎn)）標(biāo)志 （表示該區(qū)域或物體經(jīng)過專

17、門設(shè)計(jì)具有防靜電保護(hù)能力） 按作業(yè)區(qū)所使用器件的靜電敏感程度分成1、2、3級(jí)，根據(jù)不同級(jí)別制訂不同的防護(hù)措施。 1級(jí)靜電敏感程度范圍：02019V 2級(jí)靜電敏感程度范圍：20003999V 3級(jí)靜電敏感程度范圍：400015999V 16000V以上是非靜電敏感產(chǎn)品。 b 靜電安全區(qū)（點(diǎn)）的室溫為233，相對(duì)濕度為 4570%RH。禁止在低于30%的環(huán)境內(nèi)操作SSD（靜電敏感元器件）。 c 定期測(cè)量地面、桌面、周轉(zhuǎn)箱等表面電阻值。 d 靜電安全區(qū)（點(diǎn)）的工作臺(tái)上禁止放置非生產(chǎn)物品，如餐具、茶具、提包、毛織物、報(bào)紙、橡膠手套等：。 e 工作人員進(jìn)入防靜電區(qū)域，需放電。操作人員進(jìn)行操作時(shí)，必須穿防

18、靜電工作服、鞋、襪。每次上崗操作前必須作靜電防護(hù)安全性檢查，合格后才能生產(chǎn)。 f 操作時(shí)要戴防靜電腕帶，每天測(cè)量腕帶是否有效。g 測(cè)試SSD時(shí)應(yīng)從包裝盒、管、盤中取一塊，測(cè)一塊，放一塊，不要堆在桌子上。經(jīng)測(cè)試不合格器件應(yīng)退庫。h 加電測(cè)試時(shí)必須遵循加電和去電順序。加電順序：低電壓高電壓信號(hào)電壓的順序進(jìn)行。去電順序與此相反。同時(shí)注意電源極性不可顛倒，電源電壓不得超過額定值。i 檢驗(yàn)人員應(yīng)熟悉SSD的型號(hào)、品種、測(cè)試知識(shí)，了解靜電保護(hù)的基本知識(shí)。10 靜電敏感元器件（SSD）運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用要求(a) SSD運(yùn)輸過程中不得掉落在地，不得任意脫離包裝。(b) 存放SSD的庫房相對(duì)濕度： 3040%RH。(c) SSD存放過程中保持原包裝，若須更換包裝時(shí)，要使用具有防靜電性能的容器。(d) 庫房里，在放置SSD器件的位置上應(yīng)貼有防靜電專用標(biāo)簽。 靜電敏感符號(hào) （表示該物體對(duì)靜電敏感）(e)