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SMT生产线不可不防静电的破坏(二)

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-26  浏览次数:678
核心提示:在SMT生产线车间,防静电一直是一项挑战。据美国静电放电协会的统计数字估计,在SMT线车间发生的不明损坏中,约25%来自静电放电
 在SMT生产线车间,防静电一直是一项挑战。据美国静电放电协会的统计数字估计,在SMT线车间发生的不明损坏中,约25%来自静电放电破坏,每年损失金额高达50亿美元。

什么是静电放电(ESD)?

静电放电是指任何物体在未经接通电源的情况下,产生电荷转移,其中最常见的情况,就是当两种物质互相接触产生电荷,一旦持续积聚至出现电压差时,可以冲破物质间的绝缘体(可以是空气或其他物质),继而产生静电放电。闪电就是一个明显例子。

事实上,静电放电问题由来已久。随着半导体的诞生,元件的体积越来越小,这个问题变得越来越严重。

静电放电可以不同形式出现,由小至50伏到大至上升伏不等。人体只能感觉到两千伏以上的静电,毕竟所产生的电力非常微小,不会造成伤害。不过,在电子生产线车间,这就是完全两码子事。

静电如何搞破坏

空气中存留的静电,会令空气离子化,继而损坏静电敏感的物料,即使是只有几伏的静电放电,也足以损坏半导体元件。

因此,当元件被放置在一个充满静电的环境中,它就有可能受损。若果元件本身较为坚固,像功率二极管,它能扺抗静电;但如果元件体积很小及外壳很薄,则绝对是经不起静电的考验的。

一旦发生静电放电,所产生的电流会很强,虽然时间仅在十亿分之一秒至一百万分之一秒间,就在这电光火石间,元件已经遭到永久性的破坏,其中可以分为两种:灾难性损坏及潜在性损坏。

灾难性损坏:当电子元件接触到静电放电后,电路遭到永久性破坏,功能完全丧失,通过基本检测已经可以发现,工厂需对其进行返工。

以下图片由环球仪器先进工艺实验室提供,他们对一台正在进行LED组装的插件机,施加高达五千瓦的电力。然后在球键合晶片正上方,通过LED镜片往下拍摄其Z切面。四张图片都是展示同一个样本,只是采用不同的放大和照明技术。从图片中,可见在晶片表层上的金色盘圆周边上,出现遭到静电破坏的痕迹。

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潜在性损坏:当电子元件接触到静电放电后,部分电路遭到破坏(见下面),功能尚未完全丧失,在基本检测中也未能发现,但功能时好时坏,也不知道可以维持多久,使产品变得不稳定。如果使用在医疗或军工产品上,后果将是十分严重。

下图显示在电压调节器上出现的潜在性损坏,它在损坏后维持了一个小时功能,终告完全失效。


由于静电放电对元件的破坏问题不容忽视,以下介绍一些常用的防静电方法。

设立静电安全工作区:

这个区域的基本设备包括工作台、防静电桌垫、腕带接头和接地线等等,现场需要保持一定的湿度,可参考美国国家标准协会(ANSI)颁布的指引来设立这个区域,这里介绍一些安全措施。

针对人员的安全措施:

◆  所有人员在进入静电安全工作区前,均应进行防静电测试,合格后方能进场

◆  工作人员必须穿防静电工作服及工作鞋

◆  其他穿普通鞋的人员应使用导电鞋束、防静电鞋套或脚跟带

◆  直接接触静电敏感元件的人员必须配戴防静电腕带

针对物料的安全措施:

◆  防静电桌垫上应有两个以上的腕带接头,一个供操作人员使用,一个供技术或检验人员使用

◆  不能放置任何高度容易产生静电的物品,如塑料盒、橡皮、纸板、玻璃等等

 

◆  工作台所有导电物料都必须接地线


左图是正确接地的工作台,桌面及腕带各自接地;右图是不正确接地的工作台,腕带接在台面,一旦腕带遇到静电放电,它会提高工作台的电位。

存放和传送静电敏感元件及电路板

除了要尽一切努力营造一个防静电的工作环境外,静电敏感元件的存放或传送方式,也是十分关键的。最常见的方法,就是使用采取Faraday Cage概念制成的静电屏蔽罩,或防静电袋来处理这些元件。

这些物品由金属或良导体制造,将电流导入地面,内里的物品丝毫不损。汽车设计就是采用Faraday Cage概念制成,因此在雷击下行走,也不怕击中。

静电屏蔽笼
 
 

静电屏蔽笼或静电屏蔽罩:采用金属或良导体制造,笼体与大地连通,将静态或非静态的电源导引至屏蔽笼的边框,接入地线,达到阻止静电进入笼内的效果。

防静电袋:这种半透明热封袋的外层采用耐磨金属涂层,内层采用绝缘材料,保护静电敏感元件免受潜在静电危害。虽然这些便携式盛料袋未能像静电屏蔽笼般接地线,只要把它们放在一个接地线的工作台上,效果也是一样的。

防静电袋内存放了电路板,并贴上了警示标志。
防静电管:特别适合引脚特多的集成电路,把它们放在根据元件形状倒模制成的导电塑料管内,既能防静电,也能防止机械磨损。再将元件放进导电箱内,确保不受静电干扰。

导电箱

防静电不能掉以轻心

虽然有些貌似结实的元件,如双极型晶体管,好像不易遭受静电放电损坏,但并不表示能完全幸免。有部分新开发的高速元件,连微小如只有三伏的电压也扺挡不了。

有些采用金属氧化物半导体制造的元件,如特制的电阻及电容器,大家以为不怕静电,但实际上依然会受到静电放电损坏。

无论如何,只要大家按照正确的指引,执行一切防静电的措施,采用由防静电物料制造的防静电吸嘴,可以消除生产线上的静电风险。


 
 
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