SMT過程中的防靜電

1、SMT過程中的防靜電南京電子學(xué)會(huì)SMT專業(yè)委員會(huì)主任南京中網(wǎng)通信有限公司SMT工廠廠長魏子陵關(guān)鍵詞：防靜電（ESD）ElectroStaticDischarge一、基本概念（一）靜電的產(chǎn)生物質(zhì)都是由分子組成，分子是由原子組成，原子中有帶負(fù)電的電子和帶正電荷的質(zhì)子組成。在正常狀況下，一個(gè)原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相同，正負(fù)平衡，所以對(duì)外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。但是電子環(huán)繞于原子核周圍，一經(jīng)外力即脫離軌道，離開原來的原子核而侵入其他的原子B。A原子因缺少電子數(shù)而帶有正電現(xiàn)象，稱為陽離子，B原子因增加電子數(shù)而呈帶負(fù)電現(xiàn)象，稱為陰離子。造成不平衡電子分布的原因即是電子受外力而脫離軌道，這個(gè)外力包含各種能量（如

2、動(dòng)能、位能、熱能、化學(xué)能等）在日常生活中，任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電。當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸時(shí)就會(huì)使得一個(gè)物體失去一些電荷如電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體使其帶正電，而另一個(gè)得到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會(huì)積累使物體帶上靜電。所以物體與其它物體接觸后分離就會(huì)帶上靜電。通在在從一個(gè)物體上剝離一張塑料薄膜時(shí)就是一種典型的“接觸分離”起電，在日在生活中脫衣服產(chǎn)生的靜電也是“接觸分離”起電。固體、液體甚至氣體都會(huì)因接觸分離而帶上靜電。為什么氣體也會(huì)產(chǎn)生靜電呢？因?yàn)闅怏w也是由分子、原子組成，當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)分子、原子也會(huì)發(fā)生“接觸分離”而起電。所以在我們的

3、周圍環(huán)境甚至我們的身上都會(huì)帶有不同程度的靜電，當(dāng)靜電積累到一定程度時(shí)就會(huì)發(fā)生放電。我們都知道摩擦起電而很少聽說接觸起電。實(shí)質(zhì)上摩擦起電是一種接觸又分離的造成正負(fù)電荷不平衡的過程。摩擦是一個(gè)不斷接觸與分離的過程，因此摩擦起電實(shí)質(zhì)上是接觸分離起電。在日在生活，各類物體都可能由于移動(dòng)或摩擦而產(chǎn)生靜電。工作桌面、地板、椅子、衣服、紙張、卷宗、包裝材料、流動(dòng)空氣。另一種在見的起電是感應(yīng)起電。當(dāng)帶電物體接近不帶電物體時(shí)會(huì)在不帶電的導(dǎo)體的兩端分別感應(yīng)出負(fù)電和正電。其它起電方式有：熱電和壓電起電、亥姆霍茲層、噴射起電等。（二）ESD的三種型式1.人體型式即指當(dāng)人體活動(dòng)時(shí)身體和衣服之間的摩擦產(chǎn)生摩擦電荷。當(dāng)人們

4、手持ESD敏感的裝置而不先釋放電荷到地，摩擦電荷將會(huì)移向ESD 敏感的裝置而造成損壞。2 .微電子器件帶電型式即指這些ESD敏感的裝置，尤其對(duì)塑料件，當(dāng)在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生摩擦電荷，而這些摩擦電荷通過低電阻的線路非常迅速地瀉放到高度導(dǎo)電的牢固接地表面，因此造成損壞；或者通過感應(yīng)使ESD敏感的裝置的金屬部分帶電而造成損壞。3 .場感類型式即有強(qiáng)電場圍繞，這可能來之于塑性材料或人的衣服，會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)化跨過氧化層。若電位差超過氧化層的介電常數(shù)，則會(huì)產(chǎn)生電弧以破壞氧化層，其結(jié)果為短路。4其它還有：機(jī)器模式、場增強(qiáng)模型、人體金屬模型、電容耦合模型、懸浮器件模型（三）靜電的危害在空氣干燥的季節(jié)，當(dāng)你

5、開門時(shí)偶爾會(huì)有電擊的感覺，這就是靜電放電（ESD）。當(dāng)你感覺電擊時(shí)，你身上的靜電電壓已超過2000伏！當(dāng)你看到放電火花時(shí)你身上的靜電已高達(dá)5000伏！當(dāng)你聽到放電聲音時(shí)，你身上的靜電已高達(dá)8000伏！但是現(xiàn)代許多高速超大規(guī)模集成電路碰到僅幾十伏或更低的靜電就會(huì)遭到損壞。也就是說當(dāng)你接觸這些電路時(shí)，你既沒有感覺到又沒有看到更沒有聽到靜電放電時(shí)，這塊電路就已部分損傷或完全損壞，而你可能還在找其硬件或軟件的原因。實(shí)際上大多是靜電引起的。下面具體進(jìn)行分析。1、靜電的產(chǎn)生在工業(yè)生產(chǎn)中是不可避免的，其造成的危害主要可歸結(jié)為以下兩種機(jī)理：其一：靜電放電（ESD造成的危害：（1）引起電子設(shè)備的故障或誤動(dòng)作，造

6、成電磁干擾。（2）擊穿集成電路和精密的電子元件，或者促使元件老化，降低生產(chǎn)成品率。（3）高壓靜電放電造成電擊，危及人身安全。（4）在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產(chǎn)場所極易引起爆炸和火災(zāi)。2靜電在工業(yè)生產(chǎn)中造成的危害其二，靜電引力（ESA造成的危害：（1）電子工業(yè)：吸附灰塵，造成集成電路和半導(dǎo)體元件的污染，大大降低成品率。（2）膠片和塑料工業(yè)：使膠片或薄膜收卷不齊；膠片、CD塑盤沾染灰塵，影響品質(zhì)。（3）造紙印刷工業(yè)：紙張收卷不齊，套印不準(zhǔn)，吸污嚴(yán)重，甚至紙張黏結(jié)，影響生產(chǎn)。（4）紡織工業(yè)：造成根絲飄動(dòng)、纏花斷頭、紗線糾結(jié)等危害。靜電的危害有目共睹，現(xiàn)在越來越多的廠家已經(jīng)開始實(shí)施各種程度的防靜電

7、措施和工程。但是，要認(rèn)識(shí)到完善有效的防靜電工程要依照不同企業(yè)和不同作業(yè)對(duì)象的實(shí)際情況，制定相應(yīng)的對(duì)策。防靜電措施應(yīng)是系統(tǒng)的、全面的，否則可能會(huì)事倍功半，甚至造成破壞性的反作用。（四）典型的靜電電壓：靜電電荷源測得的電壓（V）10%-20%RH65%-90%RH走過地毯350001500在聚烯烴類塑料地12000250工作臺(tái)旁操作的工人6000100翻動(dòng)聚乙烯膜封皮的說明書7000600從工作臺(tái)拾起普通聚乙烯袋200001200墊有聚氨酯泡沫的工作椅180001500總之，靜電這個(gè)神秘的東西，雖然我們不能用肉眼看見又不能用手摸到，但是靜電在我們的身邊不斷產(chǎn)生和消失，它既給人類造成危害,又能為人類

8、所利用。SMT過程中的防靜電根據(jù)靜電產(chǎn)生的機(jī)理和消除靜電的方法，我們應(yīng)當(dāng)在實(shí)際工作中需要注意以下的幾點(diǎn)1、靜態(tài)時(shí)不易產(chǎn)生靜電，而處于動(dòng)態(tài)時(shí)極易產(chǎn)生靜電。2、靜電產(chǎn)生也和環(huán)境因素有關(guān)，特別是相對(duì)濕度，干燥的環(huán)境下容易產(chǎn)生靜電。3、人體靜電有一個(gè)積累的過程，但放電是在瞬間完成的。4、靜電也可以非接觸傳遞，這是在靜電電壓差較大的情況下，通過尖端向空中放電，進(jìn)而傳遞到另一物體。5、及時(shí)放電，每當(dāng)離開工作位置，返回開始工作前都應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行人體放電。6、使用的工具必須接地可靠，并定期進(jìn)行檢測。靜電的危害是一定可以避只要時(shí)時(shí)關(guān)注防靜電、人人關(guān)注防靜電、處處關(guān)注防靜電，SMT 過程的主要環(huán)節(jié)：免或減輕的，對(duì)S

9、MT過程中的防靜電也是如此。以下明確指出1、物料清點(diǎn)進(jìn)出，原包裝盡量不要拆封；不要直接接觸元器件，拿PCB板應(yīng)拿PCB的邊緣。采用防靜電包裝出貨。2、生產(chǎn)上料、接料，在貼片機(jī)上操作也應(yīng)戴防靜電手環(huán)，設(shè)備及工具良好接地外。3、檢驗(yàn)、返修，除了必須使工作臺(tái)面清潔，戴防靜電手環(huán)，還必須注意取料應(yīng)用防靜電鐐子或真空吸筆進(jìn)行。同時(shí)在進(jìn)行操作前，應(yīng)當(dāng)用手握一下防靜電的接地線，以事先進(jìn)行靜電釋放，再則，盡量避免直接接觸器件。三、相關(guān)防靜電設(shè)施的建設(shè)（一）防靜電接地線的鋪設(shè)防靜電工作區(qū)場地1、地面材料a、禁止直接使用木質(zhì)地板或鋪設(shè)毛、麻、化纖地毯及普通地板革。b、應(yīng)該選用由靜電導(dǎo)體材料構(gòu)成的地面，如防靜電活動(dòng)

10、地板或在普通地面上鋪設(shè)防靜電地墊，并有效接地。c、允許使用經(jīng)特殊處理過的水磨石地面，如事先敷設(shè)地線網(wǎng)、滲碳或在地面噴涂抗靜電劑等。2、接地a、防靜電系統(tǒng)必須有獨(dú)立可靠的接地裝置，接地電阻一般應(yīng)小于10Q,埋設(shè)與檢測方法應(yīng)符合GBJ97的要求。b、防靜電地線不得接在電源零線上，不得與防雷地線共用。c、使用三相五線制供電，其大地線可以作為防靜電地線（但零線、地線不得混接）。d、接地主干線截面積應(yīng)不小于100mm2;支干線截面積應(yīng)不小于6mm2;設(shè)備和工作臺(tái)的接地線應(yīng)采用截面積不小于1.25mm2的多股敷塑導(dǎo)線，接地線顏色以黃綠色線為宜。e、接地主干線的連接方式應(yīng)采用釬焊。f、防靜電設(shè)備連接端子應(yīng)確

11、保接觸可靠，易裝拆，允許使用各種夾式連接器，如銬魚夾、插頭座等。3、天花板材料天花板材料應(yīng)選用抗靜電型材料制品，一般情況下允許使用石膏板制品，禁止使用普通塑料制品。4、墻壁面料應(yīng)使用抗靜電型墻紙，一般情況下允許使用石膏涂料或石灰涂料墻面，禁止使用普通墻紙及塑料墻紙。5、濕度控制a、防靜電工作區(qū)的環(huán)境相對(duì)濕度以不低于50%為宜。b、在不對(duì)產(chǎn)品造成有害影響前提下，允許使用增濕設(shè)備噴灑制劑或水，以增加環(huán)境濕度。c、計(jì)算機(jī)房的濕度應(yīng)符合GB2887中的有關(guān)規(guī)定，類似的機(jī)房也應(yīng)符合此規(guī)定。6、區(qū)域界限防靜電工作區(qū)應(yīng)標(biāo)明區(qū)域界限，并在明顯處懸掛警示標(biāo)志，警示標(biāo)志應(yīng)符合GJB1649規(guī)定，工作區(qū)入口處應(yīng)配置

12、離子化空氣風(fēng)浴設(shè)備。7、電荷源、防靜電工作服的使用及管理防靜電工作區(qū)內(nèi)禁止使用及接觸易產(chǎn)生靜電荷的電荷源（如下表）。類別電荷源工作臺(tái)表面油漆或浸漆表面，普通塑料貼面，普通乙烯及樹脂表面地板塑料及普通地板革，拋光打蠟?zāi)镜匕濉Ｆ胀ㄒ蚁渲ぷ鞣?，帽，鞋普通滌綸，合成纖維及尼龍面料，塑料及普通膠底鞋操作工具及設(shè)備普通塑料盒，架，瓶，盤用品及紙制品，普通泡沫及一般移動(dòng)工具，壓縮機(jī)，噴射設(shè)備，蒸發(fā)設(shè)備等（二）電子產(chǎn)品防靜電設(shè)施1、靜電安全工作臺(tái)a、靜電安全工作臺(tái)是防靜電工作區(qū)的基本組成部分，它由工作臺(tái)、防靜電桌墊、腕帶接頭和接大地線等組成。b、防靜電桌墊上應(yīng)不少于兩個(gè)腕帶接頭，一個(gè)供操作人員使用，另一個(gè)

13、供技術(shù)人員，檢驗(yàn)人員或其它人員使用。c、必要時(shí)，靜電安全工作臺(tái)上應(yīng)配備離子風(fēng)靜電消除器。d、靜電安全工作臺(tái)上不允許堆放塑料盒（片）、橡皮、紙板、玻璃等易產(chǎn)生靜電的雜物，圖紙資料等應(yīng)裝入防靜電文件袋內(nèi)。2、防靜電腕帶直接接觸靜電敏感器件的人員均應(yīng)戴防靜電腕帶，腕帶應(yīng)與人體皮膚有良好接觸，腕帶必須對(duì)人體無刺激、無過敏影響，腕帶系統(tǒng)對(duì)地電阻值應(yīng)在106108范圍內(nèi)。每班應(yīng)對(duì)防靜電手腕帶測試1-2次。3、防靜電容器在電子設(shè)備研制生產(chǎn)過程中，一切貯存、周轉(zhuǎn)SSD的容器（元器件袋、轉(zhuǎn)運(yùn)箱、印制板架、元器件存放盒等）應(yīng)具備靜電防護(hù)性能。不允許使用金屬和普通塑料容器。必要時(shí)，存放部件用的周轉(zhuǎn)箱應(yīng)接地。4、離子

14、風(fēng)靜電消除器消除絕緣材料表面的靜電荷應(yīng)使用離子風(fēng)靜電消除器。5、防靜電工作服a、進(jìn)入防靜電工作區(qū)或接觸SSD的人員應(yīng)穿防靜電工作服，防靜電工作服面料應(yīng)符合GB12014規(guī)定。b、在相對(duì)濕度大于50%的環(huán)境中，防靜電工作服允許選用純棉制品。6、防靜電工作鞋進(jìn)入防靜電工作區(qū)或接觸SSD的人員應(yīng)穿防靜電工作鞋，防靜電工作鞋應(yīng)符合GB4385的有關(guān)規(guī)定。一般情況下允許穿普通鞋，但應(yīng)同時(shí)使用導(dǎo)電鞋束或腳跟帶。7、防靜電運(yùn)輸車轉(zhuǎn)運(yùn)SSD或含有SSD的整、部件時(shí)，應(yīng)采用有防靜電性能的運(yùn)輸車。2、防靜電地板的鋪設(shè)3、對(duì)防靜電工作面、地面、椅及腕帶的電阻測量A1測量準(zhǔn)備工作要求被測物與測量所用電極是清潔的，在測

15、量前應(yīng)利用易揮發(fā)的清洗劑清洗2次，清洗后利用一塊潔凈的低棉含量布擦凈其表面，并風(fēng)干不少于15min,使其表面干燥清潔。A2測試儀器要求該儀器所測電阻值要比被測電阻值至少高于10倍和低于10倍。當(dāng)被測電阻值小于1X105?時(shí)，該儀器應(yīng)能提供10V±1V的開路直流電壓，當(dāng)被測電阻值在1X105?1X1011?范圍時(shí)，應(yīng)能提供100V±10V的開路直流電壓。另外兩根測量導(dǎo)線應(yīng)是相對(duì)絕緣的。A3電極要求每個(gè)圓柱形電極重量為2.5Kg±0.5kg,直徑為63.5mnt2.5mm。每個(gè)電極具有邵式A級(jí)（國際橡膠硬度標(biāo)度）硬度在5070的電氣導(dǎo)體材料的觸頭。A4測量方法A41對(duì)

16、地電阻測量即測量表面上一個(gè)點(diǎn)對(duì)某個(gè)對(duì)地連接點(diǎn)或靜電接地裝置之間的電阻。A42表面電阻測量即測量表面上兩點(diǎn)之間的電阻。A43首先在被測物上標(biāo)識(shí)出供電極用的一個(gè)或多個(gè)測量位置，利用一個(gè)或多個(gè)測量位置表示在使用狀態(tài)下表面被接地的點(diǎn)。A44置電極于標(biāo)識(shí)出的測量位置上，同時(shí)調(diào)整測試儀器到適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷?，測量并記錄加電30s后的電阻值。A45對(duì)所有測量的環(huán)境溫度和濕度需進(jìn)行記錄。A46工作面安裝后對(duì)地電阻測量。A47要求每一機(jī)房地面的對(duì)地電阻測量和表面電阻測量至少進(jìn)行5次，每次隨機(jī)抽測5點(diǎn)。A48椅子對(duì)地電阻測量需取一塊導(dǎo)電薄片材料作為地板接觸點(diǎn)，它的體積電阻率應(yīng)小于500ncm,硬度為肖氏A級(jí)硬度在50

17、70之間，接觸面積不小于254mmX254mm。在其上放置椅子的輪子或腳。注：當(dāng)電極必須被操作人員或以導(dǎo)電材料支撐時(shí)，供在椅子背上測量用的電極的外部非接觸表面應(yīng)以絕緣材料遮蓋。A49腕帶對(duì)地電阻測量。要求所用測量儀器對(duì)所測電阻值要有可見或可聞的顯示信號(hào)，腕帶的電氣連接利用一個(gè)適當(dāng)供插頭所用的接頭和一個(gè)無銹的尺寸至少為254mmX254mm的鐵制手接觸板來實(shí)現(xiàn)，操作人員戴上腕帶并將自由端插到試驗(yàn)儀表上，手接觸板必須被壓緊直到設(shè)備產(chǎn)生感應(yīng)。四、定期檢查防靜電設(shè)施盡量避免直接接觸靜電敏感器件，可通過真空吸筆、防靜電鑷子、熱風(fēng)槍來實(shí)現(xiàn)需要的操作靜電防護(hù)措施靜電放電是日常生活中多見的現(xiàn)象，其主要是由不同

18、物質(zhì)的互相摩擦，導(dǎo)致電荷積累形成高電壓，靜電放電嚴(yán)重時(shí)能產(chǎn)生看得見的弧光，聽得到的嘛啪聲，有時(shí)還感到有觸電的感覺。這時(shí)的瞬間靜電可達(dá)上萬伏。雖然放電時(shí)間短但已足以毀壞集成電路芯片。它對(duì)電氣元器件所造成的危害是十分驚人的，必須引起我們的高度重視。一般TTL芯片的抗靜電電壓為1000V左右，CMOS動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯片為500V左右，而對(duì)手機(jī)的字庫和碼片芯片只有200V左右。靜電產(chǎn)生的過程是導(dǎo)電性差的物質(zhì)互相摩擦，產(chǎn)生電荷后不能放掉；一旦遇到導(dǎo)電條件電荷就會(huì)突然放出。如人們穿的化纖織物，羊毛織物與人體摩擦，又如人走在化纖或羊毛地毯上，都極易積累電荷，這時(shí)如果摸到金屬物。如門把手，就會(huì)受到電擊。如果觸摸到手機(jī)或BP機(jī)EEPROM芯片，就會(huì)擊穿。長時(shí)間存放在地毯上的物體也容易帶電。冬天干燥的氣候，極易產(chǎn)生靜電，特別是北方，濕度比南方低得多，電荷積累后不易放電。為了防止靜電放電；維修工作室最好不用地毯，光滑的地面還便于保持清潔、避免灰塵，有鋼筋的水泥地面更有利于放掉電荷。維修人員的服裝最好不用化纖制品，減少靜電的產(chǎn)生。為了防止靜電放電損壞手機(jī)或BP機(jī)芯片，工作臺(tái)上要鋪有導(dǎo)電性的橡膠板，導(dǎo)電電阻可在數(shù)千歐/平方厘米，導(dǎo)電橡膠板要有可靠的地線，以保證良好的接地。短時(shí)間工作時(shí)；可先觸摸地線放掉身上的累積電荷后再去接觸設(shè)備，若長時(shí)間工作時(shí)最好佩戴放電手環(huán)。放電手環(huán)像一條手表表帶，另