防静电表面贴装工程(1)

表面贴装工程----关于Esd的介绍目录SMAIntroduceSMT历史印刷制程贴装制程焊接制程检测制程质量控制ESDESD简介静电就是静止的电荷离子的形成What’sESD？怎样能产生静电？静电的物理现象：对静电敏感的电子元件导电性物体的静电消除方法：电子零件的传送过程SMAIntroduceESD在科技时代需要小体积，多功能，快速度的电路以成为现代电子工业的基本要求。这种元件的特性：线路面积小，线路间距短，所以能缩短路径，速度快，体积小，但同时也因为线路间距小，耐压降低，线路面积减小耐流容量减小。静电放电的能量，在传统器件中的影响甚微，我们不意察觉但在高密度的元件中，静电电场及静电电流却成为致命的杀手。ESD简介SMAIntroduceESD静电就是静止的电荷任何物质都是由原子组合而成，而原子的基本结构为质子、中子及电子。质子与中子因质量较高，紧密结合在一起称为原子核。电子因质量甚小，环绕于原子核外。依其电气特性，将质子定义为正电，中子因不具电气特性，称不带电,电子的电气特性与质子相反,为带负电。在正常情况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现为中性不带电。原子结构SMAIntroduceESD因电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子A，而投入其它的原子B，A原子因缺少电子而带有正电现象，称为阳离子，B原子因有多余电子而呈带负电现象，称为阴离子造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能源（如动能、位能、热能、化学能……等），任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。离子的形成离子的形成(N-a)*(N+a)*阳离子阴离子SMAIntroduceESD(Electro-StaticDischarge,即静电释放)带电（静电）的情况下接触另一种物体时，因电压的差异而放电，这时发生瞬间高压的现象。What’sESD？ESD静电的基本概念1.首要的静电防护概念静电就是不平衡分布的电子，正负电荷有异性相吸，同性相斥的力量，即库伦定律。Q=CV，V=Q/C，Q=电量；V=电压；C=电容。因此静电的第一个现象即为：同性电荷相斥；异性电荷相吸。2.电场及放电电流因电荷的存在，在周围空间中形成电场，其强度为：V=Q/C，V：电位Q：电荷C：电容+++++QV电位强度SMAIntroduceESD静电与大地间因有电位存在，如果触及电路时，就会产生电流即为放电电流（ELECTROSTATICDISCHARGECURRENT),这个放电电流常会将电路导体烧融。其放电电流为：I=V/RI:电流,V:电压,R：电阻。VQIR放电电流怎样能产生静电？摩擦电静电感应电容改变在日常生活中，任何不相同材质的东西相接触再分离后都会产生静电SMAIntroduceESD在日常生活中，可以从以下多方面感觉到静电—闪电—冬天在地垫上行走以及接触把手时的触电感—在冬天穿衣时所产生的噼啪声这些似乎对我们没有影响，但它对电子元件及电子线路板却有很大的冲击。静电强度(Volt)活动情形10%-20%相对湿度65%-95%相对湿度走过地毯走过塑胶地板在椅子上工作拿起塑料文件夹拿起塑胶带工作椅垫摩擦35,00012,0006,0007,00020,00018,0001,5002501006001,0001,500SMAIntroduceESD静电的物理现象：静电就是不平衡分布的原子，阳电离子携带正电荷，阴离子携带负电荷正负电荷有异性相吸，同性相斥的力量，大小可以由库仑定律计算得出。因为电荷的存在，即在周围空间中形成电场其强度为这个电场，其强度的可以打穿目前体积电路的绝缘层，破坏绝缘SMAIntroduceESD静电与大地间因有电位存在就会产生放电电流(ELECTRO-STATICDISCHARGECURRENT)这个放电电流会将电路导体烧融。其放电电流为：静电的基本物理特性：1.吸引或排斥的力量2.与大地间有电位差3.会产生放电电流元件吸附灰尘改变线路之间的阻抗，影响元件的功能和寿命因为场或电流破坏元件之绝缘或导体，使元件不能工作（完全不能工作）因瞬间电场或电流产生的热使元件受伤，仍能工作但寿命受损。SMAIntroduce电子元件的损坏形式有两种完全失去功能器件不能操作约占受静电破坏元件的百分之十间歇性失去功能器件可以操作但性能不稳定，维修次数因而增加约占受静电破坏元件的百分之九十在电子生产上进行静电防护，可免：增加成本减低质量引致客户不满而影响公司信誉ESDSMAIntroduce对静电敏感的电子元件晶片种类静电破坏电压VMOSMOSFETGaaSFETEPROMJFETSAWOP-AMPCMOS30-1,800100-200100-300100-140-7,200150-500190-2,500250-3,000ESDSMAIntroduce从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电的威胁。这一过程包括：元件制造：包含制造、切割、接线、检验到交货。印刷电路板：收货、验收、储存、插入、焊接、品管、包装到出货。设备制造：电路板验收、储存、装配、品管、出货。设备使用：收货、安装、试验、使用及保养。其中最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程。ESD遭受静电破坏SMAIntroduceESD导电性物体的静电消除方法：在物理特性上，所谓导电性物体，即在于物体中的电子可以自由移动，物体中的电位会迅速恢复平衡，达到每点电位平等。基于电子可以自由移动的特性，我们可以简单的加以接地，给予这些不平衡的电子一个简单的通路，释放到大地，即可消除物体所携带的静电。SMAIntroduceESD以工作人员的习惯，假设工作人员到达工作场所及接触零件时间为1秒，(也就是说,在1秒中需将人体之静电釋放至安全情形)则:υ(t)=υoeυo=1500Volt(at65-90%R.H)υ(t)=100VOLTSC=200PF∴R=ln15/200×10=1.39×10Ωυ=带电体电压(VOLTS)υ=t秒后之电压t=接地后时间(设为1SEC)R=接地电阻(ohm)C=帶电体电容量(F)由此式可知,接地电阻R=10Ω以下时，释放时间会小于1秒钟,当然R越小,时间t越短,但为人员安全起见,我們建议串联1MΩ限流电阻。SMAIntroduceESD绝缘性物体的静电消除方法：绝缘性物体的特性就是电子在该类物体中遭受束缚,不易移动,所以利用接地的方法不能消除这类物体的静电。针对这个状况,只能使用离子中和的方法,目前离子产生方法有:1.辐射离子化空气法:使用辐射能撞击空气,将空气分裂为等量的正、负离子。2.电量离子化空气法:使用交流高压,在空气周围形成极高电场,分裂空气。在电子工作场所，因电晕法，本身即存在一个强烈的交流电场，而且空气中易产生臭氧，对电子零件影响很大，所以很少采用。在其他场所采用的比较多（如，造纸纺织。。。）。也常因高压交流电极易产生危险,所以辐射法是目前比较被接受的一种。SMAIntroduceESD辐射离子产生法使用微量的放射性元素钋（Po210）以极精密的方法将Po210包藏在瓷材料中,再将瓷粒使用強力接著膠加以接著,然后安裝于附有金属网的固定架中，成為一個離子化空气产生器。Po210因只有α射线,α射线穿透力很小,在空气中只有几公分,而且只要紙张,或人体皮肤即可加以阻止,所以使用上非常安全,而且沒有高压电场,不产生臭氧,对人体及电子零件不会影响,是目前最理想的靜电消除方法。SMAIntroduceESD静电安全区域(STATICSAFEGUARDWORKAREA)一个安全的工作的区域，包含所有导电性与绝缘性物体，不得存在有足够破坏元件的电荷,所以整个工作区域须备有：a.完整的导电及接地系统b.适当的离子化空气产生器区域管理很重要的！！SMAIntroduceESD电子零件的传送过程元件在传送中，人们会考虑到不要让包装材料因摩檫而产生静电，破坏元件。包装容器外部摩擦，工作人员的静电，以及容器遇高电压电场等都是造成元件受到不明原因破坏的主因。外界电场穿透绝缘性材料电场对导电容器的分布使用导电性材料制成之塑胶盒、塑胶袋及海棉,不但可保证元件不受机械破坏,同時因为容器本身具有导电性,所以外界电场將受隔离。SMAIntroduceESD静电遮蔽袋目前导电性材料均为碳化性材料,为不透明之黑色,体绩电阻为500ohm-cm以下,在某些特殊状况,如需要看得见容器內之元件(透明)或高度敏感元件,静电遮蔽要求更严格的情形时,您可能需要靜电遮蔽袋。靜电遮蔽袋的构造其功能如下：內层:抗靜电聚乙烯(即俗称之PINKPO-LY),不产生静电中层:加強之聚脂纤维(POLYESTER),增加机械強度外层:镀镍,成一良好导体,可瞬间釋放电荷,形成法拉第容器(FARADYCAGE)SMAIntroduceESD静电遮蔽器我们可知道元件安置在不产生靜电的容器中,并不能保护外界电场(如搬运人员,电源等)的破坏。所以说,使用静电遮蔽器运输静电敏感元件是绝对的必要所谓静电遮蔽容器包含：导电性塑胶盒导电性塑胶袋导电性海绵靜电遮蔽袋SMAIntroduceESD警示所有可能接触元件的人静电敏感元件种类凡多,所有操作人员、使用人员、搬运工人等并不容易识別,所以警示标志在整个静电防护工作中是非常重要的,它不但可防止不必要的破坏,而且可使您的产品获得适当的保护,增加贵公司的信誉。一个完整的靜电防护工作应具备下列几点：完整的静电安全工作区域适当的静电遮蔽容器工作人员具备有完全的防护观念警示客戶(包含元件裝配业、设备使用人员、维护人员),使客戶不致因不知道而造成破坏。SMAIntroduceESD电子工厂中,需要注意到静电防护的地方来料检验库房领料处元件插入处（自动和手动）焊锡设备安装包装运输现场维护检修是造成静电破坏的主要原因SMAIntroduce静电防护要领静电防护守则原则一：在静电安全区域使用或安装静电敏感元件原则二：用静电屏蔽容器运送及存放静电敏感元件或电路板原则三：定期检测所安装的静电防护系统是否操作正常原则四：确保供应商明白及遵从以上三大原则ESD静电安全工作区静电安全工作区静电屏蔽容器静电防护方法SMAIntroduceESD1.避免静电敏感元件及电路板跟塑胶制成品或工具（如计算机，电脑及电脑终端机）放在一起。2.把所有工具及机器接上地线。3.用静电防护桌垫。4.时常遵从公司的电气安全规定及静电防护规定。5.禁止没有系上手环的员工及客人接近静电防护工作站。6.立刻报告有关引致静电破坏的可能。静电防护步骤SMAIntroduceESD常见概念及应用表面电阻率简单地说表面电阻率就是同一表面上两电极之间所测得的电阻值，将电极形状和电阻值结合在一起通过计算可得到单位面积的电阻值。现在市面上可以买得到读数为单位面积电阻值的测量仪体电阻率体电阻率是通过材料厚度的电阻值，单位是Ω·cm导电材料导电材料指表面电阻率和体电阻率分别小于106Ω和106Ω·cm的材料。耗散材料耗散材料指表面电阻率和体电阻率分别小于1012Ω或1012Ω·cm的材料防静电材料“防静电”指的是能够抑制电荷累积，可以在材料制造过程中添加或者局部加入某种物质得到这种特性。防静电材料无需用表面或体电阻率表示。导电添加剂和薄膜如果由于成本或者其他设计上的原因只能使用塑料材料或复合材料时，可以使用添加剂改善静电特性，将添加剂混入塑料材料中，根据添加剂和树脂百分比不同可获得所需的导电性或耗散性SMAIntroduceESD导向装置和导轨导向装置和导轨用来提供通道或者使器件放于一个固定的位置或保持一定的方向性，采用的材料应能使电荷耗散掉并且防止器件摩擦生电。表面电阻率为106Ω的材料具有良好耗散性而且不会损伤器件，如果送入的器件处于无静电状态，也可以使用导电性材料(表面电阻率低于106Ω)传送带传送带用来输送元件、PCB和其他器件，材料一般为塑料、纤维制品或橡胶。如果传送带要接收从机器其他部分传来的器件，那么它应该采用耗散性材料。当传动带表面电阻率为1