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CMOS器件绝缘层的典型厚度约为0.1μm,其相应耐击穿电压在80-100V;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击穿(器件局部损伤)现象,使其失效或严重影响产品的可靠性。在电子产品SMT打样试产、使用和维修等环境中,又会大量使用容易产生静电的各种高分子材料,这无疑给电子产品的静电防护带来了更多的难题和挑战。贴片加工中静电放电对电子产品造成的破坏和损伤有突发性损伤和潜在性损伤这两种:

1、所谓突发性损伤,指的是器件被严重损坏,功能丧失。这种损伤通常能够在生产过程中的质量检测中能够发现,因此给工厂带来的主要是返工维修的成本。   

2、潜在的损害是该装置的损坏部分,功能尚未丢失,并在检测的生产过程中不能被发现,但在使用中会使产品变得不稳定,有好有坏,因此产品的质量构成了更大的伤害。

其中这两种损伤的,潜在故障是占90%以上,和突发性故障是只有10%。即90%的静电损坏是无法检测,只在用户的手中会被发现的问题,如频繁死机,自动关机,通话质量差,噪声大,耗时间差,关键错误和其他问题大多涉及到静电损坏。也正因为如此,静电放电被认为是SMT打样试产的很大的潜在的杀手,静电保护也已成为电子产品的质量控制的一个重要组成部分。

对静电反应敏感的器件称为静电敏感元器件(SSD)。静电敏感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)。表1为静电敏感器件的分级表。可根据SSD分级表,针对不同的SSD器件,采取不同的静电防护措施。

3.电子产品制造中的静电源

(1)人体的活动,人与衣服、鞋、袜等物体之间的摩擦、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。人体静电是导致器件产生硬(软)击穿的主要原因。人体活动产生的静电电压约0.5-2KV。另外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。表2为相对湿度对与人体活动带电的关系。

人体带电后触摸到地线,会产生放电现象,人体就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。表3为不同静电压放电过程中人体的电击感度。

(2)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)橡胶或塑料鞋底的绝缘电阻高达1013Ω,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人包装中运输时,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(聚内乙烯)、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1-3.5KV静电电压,对敏感藉件放电。

(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压器、交/盲流电路都会在设备卜感应出静电。如果设备静电泄放措施不好,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擦、CO2低温箱冷却箱内的CO2蒸汽均会可产生大量的静电荷。

4.SMT打样试产静电防护原理

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,其危害所在于静电积聚以及由此产生的静电放电。静电防护的核心是“静心消除”。

SMT打样试产静电防护原理:

(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。

5.SMT打样试产静电防护方法

(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l×105Ω·cm以下的所谓静电导体,以及表面电阻1×105-1×108Ω·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在橡胶中混入导电碳黑来实现的,将表面电阻控制在1×106Ω·cm以下。