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静电对电子元器件的危害及防护措施
发布时间:2017-11-13 15:33:41
  电子元器件按其种类不同,受静电破坏的程度也不一样,最低的100V的静电压也会对其造成破坏。近年来随着电子元器件发展趋于集成化,因此要求相应的静电电压也在不断减弱。
 
  人体平常所感应的静电电压在2-4KV以上,通常是由于人体的轻微动作或与绝缘物的磨擦而引起的。也就是说,倘若我们日常生活中所带的静电电位与IC接触,那么几乎所有的IC都将被破坏,这种危险存在于任何没有采取静电防护措施的工作环境中。静电对IC的破坏不仅体现在电子元器件的制造工序当中,而且在IC的组装、远输等过程中都会对IC产生破坏。
 
  要解决以上问题,可以采取以下各种静电防护措施:
 
  1、操作现场静电防护。对静电敏感器件应在防静电的工作区域内操作;
 
  2、人体静电防护。操作人员穿戴防静电工作服、手套、工鞋、工帽、手腕带;
 
  3、储存运输过程中静电防护。静电敏感器件的储存和运输不能在有电荷的状态下进行。
 
  要实现上述功能,基本做法是设法减少带电物的电压,达到设计要求的安全值以内。即要求下式中的电荷(Q)与电阻(R)要小,表电容量(C)要大。
 
  V=I.R Q=C.V
 
  式中V:电压,Q:电荷量 I:电流 C:静电容量 R:电阻
 
  当然电阻值也不是越低越好,特别是在大面积场所的防静电区域内必须考虑漏电等安全措施之后再进行材料的选取。
 
  静电的防护
 
  一.接地
 
  接地就是直接将静电过一条线的连接泄放到大地,这是防静电措施中最直接最有效的,对于导体通常用接地的方法,如人工带防静电手腕带及工作台面接地等。
 
  接地通过以下方法实施:
 
  ① 人体通过手腕带接地。
 
  ② 人体通过防静电鞋(或鞋带)和防静电地板接地。
 
  ③ 工作台面接地。
 
  ④ 测试仪器,工具夹,烙铁接地。
 
  ⑤ 防静电地板,地垫接地。
 
  ⑥ 防静电周转车,箱,架尽可能接地。
 
  ⑦ 防静电椅接地。
 
  二.静电屏蔽
 
  静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中,用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响,最通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护。另外防静电衣对人体的衣服具有一定的屏蔽作用。
 
  三.离子中和
 
  A.防静电仪表
 
  ① 手腕带/脚带/防静电鞋综合检测仪-用途:用于检测手腕带,脚带,防静电鞋是否符合要求。
 
  ② 测试脚带 及防静电鞋时,需增加一块金属板及仪表连接的导线。
 
  ③ 除静电离子风机检测仪-用途:定期对离子风机平衡度和衰减时间进行检测及校验以确保离子风机工作在安全的指标范围。
 
  ④ 静电场探测仪-用途:测量静电场以反映静电的存在,以电压形式读数,用来测试环境的静电强度。一般受环境影响和静电瞬间特性,很难真实反映实际情况。
 
  ⑤ 静电屏蔽袋测试仪-用途:用于检测静电屏蔽袋的屏蔽效果。
 
  ⑥ 表面电阻测量仪-用途:用于测量材料表面电阻,体积电阻。
 
  B.接地类防静电产品
 
  ① 防静电手腕带:广泛用于各种操作工位,手腕带种类很多,建议一般采用配有1兆欧姆电阻的手腕带,线长应留有一定余量。
 
  ② 防静电手表:需要其它防静电措施的补救(如:增设离子风机,戴防静电脚跟带等)才能取得较好的防静电效果。建议不要大量采用佩带防静电手表的方式。
 
  ③ 防静电脚带/防静电鞋:厂房使用防静电地面后,应配戴防静电鞋带或穿防静电鞋,建议车间以穿防静电鞋为主,可降低灰尘的引入。操作人员工再结合配带防静电手腕带效果将会更佳。
 
  ④ 防静电台垫:用于各工作台表面的铺设,各台垫串上1兆欧电阻后与防静电地可靠连接。
 
  ⑤ 防静电地板:
 
  防静电地板分为:PVC地板、聚胺脂地板、活动地板。
 
  防静电蜡和防静电油漆:防静电蜡可用于各种地板表面增加防静电功能及使地板更加明亮干净
 
  防静电油漆可用于各种地板表面,也可涂于各种货架,周转箱等容器上。
 
  .ESD的含义及三种型式
 
  ESD的含义:
 
  ESD是代表英文ElectroStatic Discharge即"静电放电"的意思。ESD是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热(火花)效应(如静电引起的着火与爆炸)及和电磁效应(如电磁干扰)等的学科。近年来随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂,对静电放电的电磁场效应如电磁干扰(EMI)及电磁兼容性(EMC)问题越来越重视。
 
  三种型式:
 
  1.人体型式即指当人体活动时身体和衣服之间的摩擦产生摩擦电荷。当人们手持ESD敏感的装置而不先拽放电荷到地,摩擦电荷将会移向ESD敏感的装置而造成损坏。
 
  2.微电子器件带电型式既指这些ESD敏感的装置,尤其对朔料件,当在自动化生产过程中,会产生摩擦电荷,而这些摩擦电荷通过低电阻的线路非常迅速地泻放到高度导电的牢固接地表面,因此造成损坏;或者通过感应使ESD敏感的装置的金属部分带电而造成损坏。
 
  3.场感类型式即有强电场围绕,这可能来之于塑性材料或人的衣服,会发生电子转化跨过氧化层。若电位差超过氧化层的介电常数,侧会产生电弧以破坏氧化层,其结果为短路。
 
  4.其它还有:机器模式、场增强模型、人体金属模型、电容耦合模型、悬浮器件模型。
 
  2.静电术语及定义
 
  ① 静电:物体表面过剩或不足的静止的电荷
 
  ② 静电场:静电在其周围形成的电场
 
  ③ 静电放电:两个具有不同静电电位的物体,由于直接接触或静电场感应引起两物体间的静电电
 
  荷的转移。静电电场的能量达到一定程度后,击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。
 
  ④ 静电敏感度:元器件所能承受的静电放电电压
 
  ⑤ 静电敏感器件:对静电放电敏感的器件
 
  ⑥ 接地:电气连接到能供给或接受大量电荷的物体,如大地,船等.
 
  ⑦ 中和:利用异性电荷使静电消失
 
  ⑨ 防静电工作区:配备各种防静电设备和器材,能限制静电电位,具有明确的区域界限和专门标记的适于从事静电防护操作的工作场地。
 
  3.静电的产生
 
  ① 摩擦:在日常生活中,任何两个不同材质的物体接触后再分离,即可产生静电,而产生静电的最通方法,就是摩擦生电。材料的绝缘性越好,越容易是使用摩擦生电。另外,任何两种不同物质的物体接触后再分离,也能产生静电。
 
  ② 感应:针对导电材料而言,因电子能在它的表面自由流动,如将其置于一电场中,由于同性相斥,异性相吸,正负离子就会转移。
 
  ③ 传导:针对导电材料而言,因电子能在它的表面自由流动,如与带电物体接触,将发生电荷转移。
 
  4.静电对电子工业的影响
 
  集成电路元器件的线路缩小,耐压降低,线路面积减小,使得器件耐静电冲击能力的减弱,静电电场(Static Electric Field)和静电电流(ESDcurrent)成为这些高密度元器件的致命杀手。同时大量的塑料制品等高绝缘材料的普遍应用,导致产生静电的机会大增。日常生活中如走动,空气流动,搬运等都能产生静电。人们一般认为只有CMOS类的晶片才对静电敏感,实际上,集成度高的元器件电路都很敏感。
 
  A.静电对电子元件的影响
 
  ① 静电吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响产品的功能与寿命。
 
  ② 因电场或电流破坏元件的绝缘或导体,使元件不能工作(完全破坏)。
 
  ③ 因瞬间的电场或电流产生的热,元件受伤,仍能工作,寿命受损。
 
  B、静电损伤的特点:
 
  ① 隐蔽性人体不能直接感知静电,除非发生静电放电,但发生静电放电,人体也不一定能有电击的感觉。这是因为人体感知的静电放电电压为2-3KV。
 
  ② 潜伏性有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降,但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患,而且增加了器件对静电的敏感性。已产生的问题并无任何方法可治愈。
 
  ③ 随机性电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢?可以这么说,从一个元件生产后一直到它损坏以前所有的过程都受到静电的威胁,而这些静电的产生也具有随机性。由于静电的产生和放电都是瞬间发生的,及难预测和防护。
 
  ④ 复杂性静电放电损伤分板工作,因电子产品的精细,微小的结构特点而费时、费事、费钱,要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器,即使如此有些静电损伤现象也 难以与其他原因造成的损伤加以区别,使人误把静电损伤失效当作其它失效,这是对静电放电损害未充分认识之前,常常归咎于早期失效或情况不明的失效 ,从而不自觉的掩盖了失效的真正原因。
 
  ⑤ 严重性ESD问题表面上看来只影响了制成品的用家,但实际上亦影响了各层次的制造商,如:保用费、维修及公司的声誉等等
 
  7.静电防护的基本原则
 
  自然界的所有物质都是由原子组合而成,原子中的质子(正电荷)与电子(负电荷)存在于我们生活中每个角落,可以这样说:静电是无处不有,无时不在,时时刻刻存在在我们生活中的一切周围。在静电防护过程中打算将静电完全消除是困难的,但是我们可以采取防护措施,将静电的产生与积聚控制在最小的限度之内,经过科学家和工程技术人员多年的研究和实践,结果表明得出两个防护静电危害的基本原则:
 
  ① 在静电安全区域内使用或安装静电敏感元件。
 
  ② 用静电屏蔽容器运送静电敏感元件。
 
  8.防静电性能的检测周期及注意事项
 
  防静电台垫、地板、工鞋、工衣、周转容器等应少每月检测一次。防静电手腕带、风枪、风机、仪器等应每天检测一次。
 
  检测时,须考虑受检场所的温度、湿度等因素。
 
  9.防静电的一般工艺规程要求
 
  A、防静电的常规工艺规程要求
 
  ① 操作者必须戴有线防静电手腕带
 
  ② 涉及到操作静电敏感器件的桌台面须采用防静电台垫
 
  ③ ESD敏感型器件必须用静电屏蔽与防静电器具转运。
 
  ④ 准备开封、测试静电敏感器件时必须在防静电工作台上进行,有条件的可配用离子空气发生器清除空气中的电荷
 
  ⑤ 组装所用的焊接设备及成形工装设备都必须接地,焊接工具使用内热式烙铁,接地要良好,接地电阻要小
 
  ⑥ 电源供电系统要改装用变压器进行隔离,地线要可靠,防止悬浮地线,接地电阻小于10欧姆
 
  ⑦ 产品测试时,在电源接通的情况下,不能随意插拔器件,必须在关掉电源的情况下插拔。
 
  ⑧ 凡ESD敏感型器件不应过早地拿出原封装,要正确按操作,尽量不能摸ESD敏感型器件管腿。
 
  ⑨ 用波峰焊接时,焊料和传递系统必须接地。
 
  B、在防静电要求严格的场合,下列防静电工艺要求也是常常需要的。
 
  ① 凡ESD敏感型整机进行高低温试验或老化试验时,必须先对工作场地及高低温箱进行静电位测试,其电位不能超过安全值,否则,要进行静电消除处理。
 
  ② 焊接好的印制电路板要作三防处理时,也要采用防静电措施。不要用一般的刷光,超声波清洗或喷洗。
 
  ③ 调试、测量、检验时所用的低阻仪器、设备(如讯号、电桥等)应在ESD敏感型器件接上电源后,方可接到ESD敏感型器件的输入端。
 
  ④ 在ESD敏感型 测试仪器生产线上,应严格使用静电电位测试监视静电电位的变化情况,以便及时采取静电消除措施。