SMT制造中防静电-课件.ppt
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- SMT 制造 静电 课件
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1、 静电静电(Electrostatic)是物体表面过剩或不足的静止电荷。是一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。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、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
2、用。但在另一方面,静电在许多领域带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。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(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,)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;亡的事故时有发生;在电子工业中,随着集成度越来越高集成电路的内绝在电子工业中,随着集成度越来越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
3、型厚度约为器件绝缘层的典型厚度约为0.1m,其相应耐击穿,其相应耐击穿电压在电压在80100V;VMOS器件的绝缘层更薄,击穿电压在器件的绝缘层更薄,击穿电压在30V;而在电子产品;而在电子产品制造中制造中以及运输、存储等过程中所产以及运输、存储等过程中所产生的静电电压远远超过生的静电电压远远超过MOS器件的击穿电压,往往会使器件的击穿电压,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。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,静电占据有关统计,在导致电子产品失效的因素中,静电占83
4、3%,每年静电的损失高达,每年静电的损失高达10亿美圆。亿美圆。为为了控制和消除了控制和消除ESDESD,美国、西欧和日本等发达国家均制,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、半设计、制造、购买、入库、检验、仓储、装配、调试、半成品与成品的包装、运输等均有相应规定,对静电防护器成品与成品的包装、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
5、。例如有航天部、机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。电部、石油部等标准。对静电反应敏感的元器件称为静电敏感元器件(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(导体(MOS电路)。电路)。例如:例如:MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体金属氧化物半导体场效应晶体管静电敏感范围管静电敏感范围100200V、场效应管为、场效应管为14010,000V、CMOS 电路为电路为25020,000V。根据根据SSD能够承受而且不至于损坏的静
6、电极限电压值(也可称为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。静电敏感度)将静电敏感元器件分为三级。针对不同级别的针对不同级别的SSD器件,应采取不同的静电防护措施。器件,应采取不同的静电防护措施。级别和静电敏感度范围级别和静电敏感度范围 元器件类型元器件类型 1 级级 01999V 微波器件(肖特基垫垒二极管、微波器件(肖特基垫垒二极管、点接触二极管等)、点接触二极管等)、离散型离散型 MOSFET 器件、器件、声表面波(声表面波(SAW)器件、)器件、结型场效应晶体管(结型场效应晶体管(JFETs)、)、电偶合器件(电偶合器件(CCDS)、)、
7、精密稳压二极管(加载电压稳压度精密稳压二极管(加载电压稳压度0.5%)、)、运算放大器(运算放大器(OPAMPs)、)、薄膜电阻器、薄膜电阻器、MOS 集成电路(集成电路(IC)、)、使用使用 1 级元器件的混合电路、级元器件的混合电路、超高速集成电路(超高速集成电路(UHSIC)、可控硅整流器)、可控硅整流器 2 级级 20003900V 由试验数据确定为由试验数据确定为 2 级的元器件和微电路、级的元器件和微电路、离散型离散型 MOSFET器件、器件、结型场效应晶体管(结型场效应晶体管(JFETs)、)、运算放大器(运算放大器(OPAMPs)、)、集成电路(集成电路(IC)、)、超高速集成
8、电路(超高速集成电路(UHSIC)、)、使用使用 2 级的元器件的混合电路、级的元器件的混合电路、精密电阻网络(精密电阻网络(RZ)、)、低功率双极型晶体管低功率双极型晶体管 3 级级 400015000V 由试验数据确定为由试验数据确定为 3 级的元器件和微电路、级的元器件和微电路、离散型离散型 MOSFET器件、器件、运算放大器(运算放大器(OPAMPs)、)、集成电路(集成电路(IC)、)、超高速集成电路(超高速集成电路(UHSIC)、)、小信号二极管、小信号二极管、硅整流器、硅整流器、低功率双极型晶体管、低功率双极型晶体管、光电器件、光电器件、片式电阻器、片式电阻器、使用使用 3 级的
9、元器件的混合电路、级的元器件的混合电路、压电晶体压电晶体 人体活动,人与衣服、鞋、袜等人体活动,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。制造中主要静电源之一。人体活动产生的静电电压约人体活动产生的静电电压约25025012,000V2,000V。空气湿度对静电电压影响很大,若在干燥环境中还空气湿度对静电电压影响很大,若在干燥环境中还要上升要上升1 1个数量级。个数量级。人体带电后触摸到地线,会产生放电现象。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,其人体对静电放
10、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。反应的程度称为电击感度。静电电压(静电电压(V V)运动方式运动方式 环境相对湿度环境相对湿度 606090%90%环境相对湿度环境相对湿度 101020%0%在乙烯地板上行走在乙烯地板上行走 250250 1212,000000 在合成地毯上行走在合成地毯上行走 15,00015,000 35,00035,000 在铺有地毯的工作台上滑动塑料盒在铺有地毯的工作台上滑动塑料盒 1,5001,500 18,00018,000 坐在泡沫塑料椅垫上坐在泡沫塑料椅垫上 1,5001,500 18,00018,000 坐在普通椅子上坐在普通椅子上
11、100100 6,0006,000 拿起塑料代拿起塑料代 600600 7,0007,000 用塑料薄膜包装印制电路板用塑料薄膜包装印制电路板 3,0003,000 16,00016,000 用氟里昂溶液喷洗印制板用氟里昂溶液喷洗印制板 5,0005,000 15,00015,000 从印制板上撕下胶带从印制板上撕下胶带 1,5001,500 12,00012,000 用橡皮檫印制电路板用橡皮檫印制电路板 1,0001,000 12,00012,000 化纤或棉制工作服与工作台面、坐椅摩擦化纤或棉制工作服与工作台面、坐椅摩擦时,可在服装表面产生时,可在服装表面产生6000V6000V以上的静电
12、电压,并使人体带以上的静电电压,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。电,此时与器件接触时,会导致放电,容易损坏器件。橡胶或塑料鞋底的绝缘电阻高达橡胶或塑料鞋底的绝缘电阻高达10101313 ,当与地面摩擦时产生静电,并使人体带电。当与地面摩擦时产生静电,并使人体带电。树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放入包装中运输时,树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放入包装中运输时,能产生几百伏的静电电压,对敏能产生几百伏的静电电压,对敏感器件放电。感器件放电。用用PPPP(聚丙烯)、(聚丙烯)、PEPE(聚乙烯)、(聚乙烯)、PSPS(聚丙乙(聚丙乙烯)、烯)、PVRPVR(聚胺脂)、(聚胺脂)
13、、PVCPVC和聚脂、树脂等高分子材料制和聚脂、树脂等高分子材料制作的各种作的各种都可能因都可能因、13.5KV电压,对敏感器件放电。电压,对敏感器件放电。,受到摩擦产生静电。,受到摩擦产生静电。混凝土、打腊抛光地板、橡胶板等混凝土、打腊抛光地板、橡胶板等的绝的绝缘电阻高,人体上的静电荷不易泄漏。缘电阻高,人体上的静电荷不易泄漏。:例如电烙铁、波峰焊机、再流焊炉、贴装机、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压器、交、直流电路调试和检测等设备内的高压变压器、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
14、引起敏感器件在制造过程中失效。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、烘箱内热空气循环流动与箱体摩檫、COCO2 2低温低温箱冷却箱内的箱冷却箱内的COCO2 2蒸汽均会产生大量的静电荷。蒸汽均会产生大量的静电荷。人人体体电电位位(K KV V)电电击击感感度度 备备注注 1 1.0 0 没没有有感感觉觉 2 2.0 0 手手指指外外侧侧有有感感觉觉,但但不不疼疼痛痛 2 2.5 5 有有针针刺刺感感、哆哆嗦嗦感感,但但不不疼疼痛痛 4 4.0 0 有有较较强强针针刺刺感感、手手微微疼疼痛痛 光光暗暗时时,拿拿见见到到放放电电微微光光 5 5.0 0 从从手手掌
15、掌到到前前腕腕感感到到疼疼痛痛 6 6.0 0 手手指指感感到到剧剧痛痛后后腕腕部部有有强强烈烈电电击击感感 7 7.0 0 手手指指、手手掌掌剧剧痛痛,有有麻麻木木感感 人体在活动、工作服、工作鞋、包装、人体在活动、工作服、工作鞋、包装、料盒、周转箱、料盒、周转箱、PCB架、架、工作台面,地面、电烙铁、波峰焊机、再流焊工作台面,地面、电烙铁、波峰焊机、再流焊炉、贴装机、调试和检测等设备炉、贴装机、调试和检测等设备等等都有可能产生都有可能产生10010035,000V,000V静电。但大多数情况人体毫无感觉。达到静电。但大多数情况人体毫无感觉。达到25,000V,000V以上人体才能有电击感,
16、以上人体才能有电击感,静电敏感元器件(静电敏感元器件(SSD)在在运输、存储、使用过程中有可能运输、存储、使用过程中有可能不知不觉的不知不觉的产生硬击产生硬击穿或软击穿。穿或软击穿。因此因此有人称静电为有人称静电为“”并不过分。并不过分。电子产品制造中,不产生静电是不可能的。产生静电电子产品制造中,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。放电。静电防护原理:静电防护原理:(1)(1)对可能产生静电的地方要对可能产生静电的地方要。采取措。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施,使静
17、电边产生,边泄放,并将静电电压控制在安全范围内。围内。(2)(2)对已经存在的静电积聚迅速消除掉,即时释放。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防护的核心是“”。金属是导体,因导体的漏放电流大,会损坏器件。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。而是采用表面电阻属和绝缘材料作防静电材料。而是采用表面电阻,以及表面电阻,以及表面电阻作为防静电材料。作为防静电材料。例如常用的静电防护材料是在橡胶中混入导电碳黑例如常用的静电防护材料是在橡胶中混入导电
18、碳黑来实现的,将表面电阻控制在来实现的,将表面电阻控制在1 110106 6.cm.cm以下。以下。对可能产生或已经产生静电的部位进行接地,提供静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电释放通道。采用埋大地线的方法建立“独立独立”地线。使地线。使地 线 与 大 地 之 间 的 电 阻 地 线 与 大 地 之 间 的 电 阻 1 01 0 。(参 见。(参 见 G B J 1 7 9G B J 1 7 9 或或SJ/T10694-2019SJ/T10694-2019)静电防护材料的方法:将静电防护材料(如工作台面静电防护材料的方法:将静电防护材料(如工作
19、台面垫、地垫、垫、地垫、防静电腕带等防静电腕带等)通过)通过1M1M 的电阻接到通向独立的电阻接到通向独立大地线的导体上(参见大地线的导体上(参见SJ/T10630-2019SJ/T10630-2019)。串接)。串接1M1M 电阻电阻是为了确保对地泄放是为了确保对地泄放5mA5mA的电流,称为软接地。设备外壳的电流,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。和静电屏蔽罩通常是直接接地,称为硬接地。C理想的理想的EOS/ESD安全工作台安全工作台 可接收的可接收的EOS/ESD安全工作台安全工作台 图图12-1 IPC-A610C12-1 IPC-A610C标准中推荐的防静电
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