电子产品生产过程中的ESD防护

电子产品生产过程中的ESD防护

静电，一种自然存在的物质，对我们的生活有很大的影响，尤其是现代所用的电子产品。

一．引言

静电，是物体表面过剩或不足的相对静止不动的电荷，是一种电能，它留存于物体表面，是正电荷与负电荷在局部范围内失去平衡的结果。其特点是高电位，低电量，极小的电流以及作用时间短；受环境条件，特别是湿度的影响较大，静电测量时复现性差，瞬态现象多等。因此人们只能从一些特殊的效果中才能感觉到静电。随着半导体器件遵循摩尔定律的倍增规律的发展，器件变得越来越小，芯片集成度越来越高，静电的高电位对电子产品的危害也就越来越大，因此静电防护势在必行。

静电和工业电荷一样，也遵循普通电学规律。它在物体上不会永久地存在，会随着时间的流逝而消失，静电荷通过中和与泄漏自行消失的现象称为电荷的消散或衰减，电荷一般按指数规律衰减。在电子产品SMT生产过程中静电荷的衰减和起电这两个相反的过程往往是同时存在，一般把静电荷的起电与衰减达到的动态平衡称为静电荷的净积累。

二．静电放电，静电的危害及静电源

当带电体上的电荷产生了电场，且电场强度超过周围介质的绝缘击穿强度时，带电体表面附近的介质就发生电离，引起静电电荷的转移，从而使带电体上电荷趋向减少或消失，这时就会出现静电放电（ESD）。ESD对电子产品所造成的危害主要表现为损伤，击穿是损伤的一种。通常电子元器件ESD失效形式有1)热二次击穿、2)金属化熔融、3)体击穿、4)介质击穿、5)气弧放电、6)表面击穿。前三者的失效与能量有关，后三者的失效与电压有关。

在日常操作、贮存、传递、测试等过程中容易因ESD而引起损伤的器件称为静电敏感器件，简称SSD。

静电起电的过程可归纳为：接触→电荷转移→偶电层的形成→电荷分离四步。消除静电，当首先找其产生地根源，在电子产品SMT生产过程中生成静电的环节有很多，比如SMT电子设备对产品的电磁感应起电，物体间的摩擦起电，粉尘起电等等，摩擦起电是最主要的。所谓人体静电是指由于自身行动或与其它的带电物体相接触或相接近而在人体上产生并积聚的静电。人体静电的常见起电方式主要有：1)摩擦起电、2) 步行起电、3) 静电感应起电、4)接触传导带电四种，

无论那一种起电方式，产生的静电电压都是相当惊人的，有几千伏乃至上万伏。

三．静电放电的防护

ESD防护是一个系统工程，渗透到生产的全过程，每个环节都必须同样重视，万不可厚此薄彼。基于SMT生产过程的ESD防护系统主要有：1)生产车间环境ESD防护、2)SMT生产环境的ESD防护、3)人体静电防护、4)静电防护接地系统、5)静电检测与仪表控制系统、6)防护措施的日常维护。

SMT组装过程中静电防护的根本目的是保证元器件、SMA在制造和使用过程中免受损害或少受损害，因此必须防护ESD。静电防护的基本思想是：1)对可能产生静电的地区要有效地控制其积聚、2)对已经积聚静电的地区要做到有效地释放，不让其造成危害。其基本原则可归纳为三个字“防”、“泄”、“控”。防止生成静电场，有效地抑制或减少静电荷的产生，严格控制静电源；迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷，避免静电荷的积聚；对所有防静电措施实施有效的实时监控，定期检测、维护。以此思想武装自己，并通过一些基本的ESD防护途径比如泄漏法、静电屏蔽法、离子中和法、工艺控制法等对电子产品SMT生产过程可能产生的静电实施有效的控制。我们可以通过如下的比较来评估静电防护效果。

E0 —SSD的静电放电安全标准值；

Em —生产作业过程中实际测量到的最大ESD值；

Em’—采取了静电防护后，降低了的最大ESD值；

E0’ —提高了抗静电能力后的ESD安全标准保护值。

ΔE12=E0’－E0评估第一和第二层次的ESD效果。

ΔE3= E0－Em’作为第三层ESD效果的评估指标。

一）生产车间环境ESD的防护

生产车间是防静电的重要工作区，它的地面、墙壁、天花板、门窗、管道布线等等均必须按国家标准要求选择防静电材料，地面是静电产生的主要来源之一，因此必须重视工作区地面的静电防护。地面的静电防护办法有：1)喷涂防静电地板漆、2)铺防静电PVC贴面地板、3)铺防静电橡胶地板、4)铺防静电环氧自流坪、5)铺防静电高架地板。

铺设防静电PVC贴面地板是现代电子企业比较流行的一种防静电办法，对企业来讲它是一种长效的静电防护手段，而且它安装简单，维护容易，因此能被广泛采用。其具有良好的导电性能和静电耗散能力；地板材料不会随时间的推移，环境温湿度变化而失去或降低导电性能；地板耐酸碱，耐摩擦性强；表面具有防尘，易清洁和维护等优点。该地板主要由PVC树脂、导电材料、增塑剂、稳定剂与填料等组成。规格和尺寸有多种，防火级别至少达到B1级，耐摩度至少为0.02g/㎝，当人在这种地板上走动因摩擦产生静电时，静电会沿着导电地面材料传给导电胶，再由导电胶传给接地设施，以此达到防静电的效果。

为了更好地发挥防静电地板的效用，延长其有效寿命，在日常使用时我们必须注意以下事项：1）我们应保持地板表面洁净，避免积垢，方可充分发挥防静电地板的抗静电性能；2）避免尖利的物品在地板表面拖拽，以免造成地面划伤；3）避免过于沉重、有棱角的物体直接砸在地板上；4）安装或移动设备、较重物体时，注意采取对地面的保护措施，比如可在地板上铺纸板等；5）人员进入铺设防静电地板的区域，应更换鞋子，避免将泥土、沙粒等带入防静电工作区；6）地板表面如滴上油污或有机溶济，应及时擦去。当然对于防静电地板我们除了在使用时要珍惜，爱护之外，还必须注意维护和保养它。1)每天用微湿的拖把清洁地面，擦去表面灰尘。2)定期清洗，表面打具有高耐摩性的防静电蜡。

二）人体静电防护

正如前文所述，人体静电是ESD的重要来源，起电方式有多种，而且极其不易察觉，对电子产品却是极大的危害，这数千乃至数万伏的静电在瞬间放电时释放的能量可高达几十瓦，这足以引起芯片微区烧毁或SiO2膜被击穿。因此对进入防静电工作区（包括生产、仓储、运输过程）的人员均要进行静电防护，其中首要的就是配备防静电服、防静电手腕带，防静电帽和防静电鞋，进出工作区要随时检测其身上所带的静电是否达标，超标严禁入内。人体所携带的静电只有通过这些办法才能有效的释放和控制，从而确保SMA安全。