防静电包装设计方法1

收稿日期:2009-05-18

作者简介:龙朝阳(1984-),男,河北人,江南大学硕士研究生,主攻运输包装。

通讯作者:卢立新(1966-),男,博士,江南大学教授、博士生导师,主要从事农产品包装技术与机械、运输包装等研究。

防静电包装设计方法

龙朝阳1,卢立新1,2

(1.江南大学,无锡214122;2.国家轻工业包装制品质量监督检测中心,无锡214122)摘要:基于电子产品的防静电包装原理,探讨了一种防静电包装设计方法。其主要内容是确定电子产品静电放电敏感度,依据产品的运输环境选择合适的包装材料、包装形式,最终确定产品的防静电包装设计方案。包装成品需有相关的防静电包装标示。

关键词:防静电;包装设计;静电敏感产品

中图分类号:TB485.9;T B487　文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2009)08-0081-02

Me tho ds o f Anti -static Packag ing De sig n

LONG Zhao -y ang 1,LU Li -xin 1,2

(1.Jia ng nan U nive rsity ,Wuxi 214122,China ;

2.China N ational Light Industry Package Q uality Super vising and T esting Center ,Wuxi 214122,China )

A bstract :A me tho d o f anti -sta tic packaging de sign wa s discussed based on anti -static packaging theo -ry .T he main co ntents o f the desig n method w ere de te rminatio n of electro static discharg e sensitivity of elec -trostatic sensitive pr oduct ,selection of suitable packag ing ma te rials and str ucture acco rding to the specific transpo rt env ir onment ,a nd co nfirmatio n o f the anti -static packaging desig n pro gr am .A nti -static packaging pr oduct should be ma rked with anti -static packag ing sig n .

Key words :anti -static ;packaging de sign ;electrostatic sensitiv e pr oduct

随着半导体、大规模和超大规模集成电路、高密度集成电路以及电子仪器仪表和设备的大量使用,由于静电电场和静电放电引起的失效已成为整个电子行业的隐形杀手。静电是由于物体之间的摩擦、接触、分离而产生的滞留于物体表面的正负电荷,在包装储运过程中是不可避免的,而电子产品的日趋小型化、集成电路的高密度化,使其变得极为敏感,极易因静电原因导致电子设备锁死、复位、数据丢失而影响设备正常工作,使设备可靠性降低,造成损坏。据有关资料报道,美国在大型通讯机系统的装配中,检测出有故障的集成电路,约1/3为静电放电(ESD )所击穿;人造卫星上的超高可靠性运算放大器在机器安装工序和局部装配工序中发生异常,判明为静电放电所致。日本在20世纪80年代中期失效的半导体器件中,有45%是静电危害造成的,化工企业的爆炸事故约12%为ESD 所引燃引爆,每年事故上百起[1-3]。

开展防静电包装的主要目标是要防止静电放电直接发生在所包装的静电放电敏感产品上,通过及时将电荷通过外表面耗散掉,使静电放电敏感产品上因外部静电场和摩擦生电而产生的电荷减到最小。本文基于防静电包装原理,通过确定产品静电敏感度,合理选择包装材料和包装形式,探讨了一种防静

电包装设计方法。

1　防静电包装原理

防静电包装就是依据运输环境和包装要求的不同,合理选择包装材料和包装形式,尽可能将产生的静电安全泄露、隔离或复合中和,使静电放电敏感件(ESSD )免受外界电场的影响,将静电的危害控制在允许的范围之内,从而达到有效的保护目的。

防静电包装产生作用的方式是给封存在防静电包装容器里的静电敏感产品提供一个等电位。通过耗散或泄漏包装表面摩擦或与被包装物摩擦产生的静电电荷,使器件和包材处于同一电位,处于等电位的两个物体是不会发生静电放电的。同时防静电包装容器应形成封闭的法拉第笼,使其具备静电屏蔽功能。

2　防静电包装设计方法

2.1　静电放电敏感度确定

进行防静电包装设计的首要前提是确定产品静电放电敏81

龙朝阳等　防静电包装设计方法

感度。通过敏感度测试和敏感度等级划分,可以使静电放电(ESD)防护措施更有针对性,从而对敏感产品提供广泛的防护。确定零件、装置和设备的静电放电敏感度及它们的强制性保护等级,是静电放电控制方案中的一个重要内容。通用的确立静电放电敏感度的方法是,采用3个静电放电模型(人体模型、机器模型和带电器件模型)中的一个或多个模型来描述电子产品的特性[4]。

国际电工委员会对静电放电敏感产品的包装作了详尽的规定,按包装保存期分为3种:短期为半年以内,中期为半年至5年,长期为5年以上。对ESD损害敏感的零部件或组件,按其静电敏感电压范围分类,可分为3级[5]:1级:易遭0～1999V ESD电压危害的产品;2级:易遭2000～3999V ESD电压危害的产品;3级:易遭4000～15999V ESD电压危害的产品。对于ESD电压大于16000V才遭危害的产品,则认为是非静电敏感的产品。

列为静电放电敏感的产品还包括所有安装在静电放电敏感元器件的印制电路板,高于1G Hz频率工作的半导体器件及微型计算机控制装置。典型产品的敏感电压范围见表1[6]。

表1　典型产品的静电敏感电压范围

Tab.1E le ctrostatic sen sitiv e voltage ran ge of typ ical p ro du ct s

产品名称电压/V

晶体管30～7000

运算放大器(微型组件)200～2500

二级管300～2500

薄膜电阻器300～3000

低功率逻辑集成电路500～2500

晶体闸流管700～1000

2.2　包装材料及形式

凡是能够通过安全地耗散静电电荷或屏蔽住零部件使其免受外界静电电荷影响等途径,能限制静电电荷聚集的材料称为防静电包装材料[6]。防静电包装材料应具备下列主要性能: (1)不易摩擦起电;(2)免受静电场影响;(3)防止与带电人体或与带电物体接触产生直接放电。

研究表明防静电包装材料的电阻率与其防护程度有一定相关性,国际电工委员会(IEC)根据产品的静电敏感度和性能要求的高低,将静电包装分为3个等级:静电屏蔽包装、静电导电型包装和静电耗散型包装。按防护原理及材料的导电性来区分,可以分为绝缘材料、静电耗散(逸散)材料、导静电(静电导电)材料、静电屏蔽和(或)电磁屏蔽材料[7],见图1。对静电放电敏感度高或是在不清楚产品静电放电敏感度的情况下,建议采用静电屏蔽包装。

防静电包装材料有多种不同的包装形式,典型的有:粉色防静电袋,表面电阻率在109～1011之间,主要用于接近静电敏感产品的包装物和加工材料,阻止能产生静电的包装材料远离静电敏感区;黑色导电袋,由聚乙烯材料填充黑色导电炭黑

制

图1　防静电包装材料分类

Fig.1Classificatio n of anti-sta tic packaging materials

成,具有很好的静电泄放性能和机械性能,表面电阻率通常在103～104左右;静电屏蔽袋,通过增加金属屏蔽层和绝缘聚酯来阻止电荷进入袋内,屏蔽性能测试证明屏蔽袋可以阻止97%的作用于袋外的1000V的静电脉冲;在需要防潮、缓冲的场合,防静电防潮袋和防静电气泡袋也是常用的两种形式[8];另外开孔、闭孔类泡沫材料以及各种纤维类板材及浸渍树脂类层压板制成的刚性防静电包装容器应用也十分广泛。

运输环境是防静电包装设计考虑的重要方面,一些包装材料也许依赖于湿度且寿命有限,可能由于折叠、弄皱而失去防静电性能,或是无法满足储运过程中振动、冲击带来的影响,因此防静电包装材料和形式要从存贮和环境兼容性出发,在满足产品防静电性能的同时,兼顾考虑储运过程中的其他性能要求,如耐老化、防潮、耐撕裂、耐高低温、抗冲击、缓冲等性能。然后根据包装形式和材料性能的差异分别应用于一次包装材料(直接与静电敏感产品接触)、接近包装材料(不直接与静电敏感产品接触,但在包装一种以上的产品时使用)、二次包装材料(在接近包装材料的外部使用,达到物理性防护目的)。

2.3　结构设计

防静电包装结构设计主要是考虑产品保护特性,合理选择包装材料、包装形式,根据防护要求及应用场合不同确定不同的防静电包装组合,例如:

1)对于精密零部件类静电敏感电压较低的产品,内包装可以选用静电屏蔽袋,其典型形式如防静电层(P ET)镀铝层(屏蔽层)耗散层(P P或PE)。

2)对于PCB,IC等有防潮要求的静电敏感产品,内包装应选用具备防潮阻隔层的防静电袋,其结构类似于屏蔽袋,机械性能优异,如BO PP-A L/P A/P E。

3)对于网络通讯产品、仪器仪表等产品,为避免因碰撞、磨檫而引起的静电破坏,内包装常采用防静电气泡袋,其结构有两层:外层为屏蔽防静电膜,内层为防静电气珠膜,可加工为单面膜和双面膜,对于质量较大的产品还可以选用防静电海绵,以达到对内装物品的保护作用。

值得注意的是,内包装即直接接触产品的包装材料应为静电耗散材料,它可以是单一薄膜或有缓冲厚度的衬垫,也可以

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包装工程　P ACK AG IN G EN GIN EERIN G V ol.30N o.82009.08