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        耘馳絲網制版: SMT加工過程中靜電放電的危害

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        耘馳絲網制版: SMT加工過程中靜電放電的危害

        SMT貼片加工過程中是否會遇到原因不明的不良?pcbA已經測試后卻也突然失效,這是SMT加工人員操作的失誤還是PCB本身就存在的問題?我們就來聊一聊不注意就造成不良的的靜電。


        電子工業中,摩擦起電和人體帶電時有發生,電子產品在生產、包裝運輸及裝聯成整機的加工、調試、檢測的過程中,難免會受到外界或自身的接觸摩擦而形成很高的表面電位。如果操作者不采取靜電防護措施,人體靜電電位可高達1.5~3kV。因此無論摩擦起電還是人體靜電,均會對靜電敏感器件造成損壞。根據靜電的力學和放電效應,其靜電損壞大體上分為兩類;一類是由靜電引起的靜電吸附,另一類是由靜電放電引起的靜電敏感器件的擊穿(靜電擊穿和軟擊穿)。


        一、靜電吸附


        半導體和半導體器件制造過程中廣泛采用SiO2及高分子物質的材料,由于它們的高絕緣性,在生產過程中易積聚很高的靜電,并吸附空氣中的帶電微粒,導致半導體介面擊穿、失效。為了防止危害,半導體和半導體器件的制造必須在潔凈室內進行。同時,潔凈室的墻壁、頂棚、地板和操作人員及一切工具。器具均采取放靜電措施。


        二、靜電擊穿和軟擊穿


        超大規模集成電路的集成度高、輸入阻抗高,這類器件受靜電的損壞越來越明顯。在生產中,人們又常把對靜電反應敏感的電子器件稱為靜電敏感器件。這類電子器件主要是指超大規模集成電路,特別是金屬氧化膜半導體(MOS)器件,受靜電擊穿的概率更高。


        靜電放電對靜電敏感器件的損害主要表現為以下兩個方面:


        (1)硬擊穿:一次性造成整個器件的失效和損壞。


        (2)軟擊穿:造成器件的局部損傷,降低了器件的技術性能,而留下不容易被發現的隱患,以致設備不能正常工作。軟擊穿帶來的危害有時比硬擊穿更危險,軟擊穿初期器件性能稍有下降,在使用過程中,隨著時間的推移,發展為器件的性失效,并導致設備受損。


        靜電導致器件失效的機理大致有以下兩個原因:因靜電電壓而造成的損害,主要有介質擊穿、表面擊穿和氣弧放電;因靜電功率而造成的損害,主要有熱二次擊穿、體積擊穿和金屬噴鍍熔融。


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        ESD是英文electronstaticdischarge的縮寫,原意是靜電放電,通常也指對靜電放電的防護(也就是我們平時所說的靜電防護或防靜電)


        電子技術的迅猛發展,已經讓電子產品的功能越來越強大,體積卻越來越小,但這都是以電子元器件的靜電敏感度越來越高為代價的。這是因為,高的集成度意味著單元線路會越來越窄,耐受靜電放電的能力越來越差,此外大量新發展起來的特種器件所使用的材料也都是靜電敏感材料,從而讓電子元器件,特別是半導體材料器件對于SMT加工貼片生產、組裝和維修等過程環境的靜電控制要求越來越高。


        在電子產品SMT加工生產、使用和維修等環境中,又會大量使用容易產生靜電的各種高分子材料,這無疑給電子產品的靜電防護帶來了更多的難題和挑戰。


        盡管人類發現靜電已經有數千年的歷史,但對于電子行業來講,靜電防護遠非想象的那么簡單


        (1)SMT加工貼片生產工藝中材料和物品的復雜性:


        電子產品的制造從元器件SMT加工貼裝生產到組裝,再到使用維修的過程中會使用半導體、金屬、各種封裝材料、線路板基材、機殼、機座等多種原料,而生產設備、操作工具、操作環境、包裝容器等又會使得有可能與電子器件相接觸的物品和材料更加繁多。材料之間的接觸分離、摩擦、感應等都會產生靜電,而且這些物品當中有又相當多使用的是靜電容易產生不易的高分子絕緣材料,這些都無疑會增加電子產品靜電損傷的風險和靜電防護的難度


        (2)電子產品SMT加工生產環節多,一個環節的閃失都會造成靜電防護的失敗


        電子產品制造過程,從半導體材料到最終的組裝要經過半導體制造、晶片、裝片、固定、鍵合、封裝、電路板制作、SMT加工貼裝焊接、插接、裝配、測試等多個環節經歷各環節不同廠家數百個工序,一個環節上的靜電都可能對器件造成損傷。一旦哪一個環節的靜電保護不夠就意味最終產品出現問題。而全過程系統化地控制靜電也是電子行業靜電防護的一個重要特點。


        (3)SMT加工貼片生產中人員因素會增加靜電防護的難度:


        盡管現代電子產品生產自動化程度越來越高,但在整個制造過程離開人員操作是不可能的。相比機器設備人的活動要復雜的多,人對器件的操作要復雜的多,因而人體靜電的防護要比設備和環境要復雜的多。同時,人作為生產的主宰,人員防靜電的意識和靜電防護的操作水平會最終決定靜電防護是否有效。這些都會增加靜電防護的難度。


        (4)SMT加工器件越來越敏感,要求越來越嚴格:


        電子技術的進步可以說是集成化的提高和新的半導體材料的使用,集成化的提高意味著器件耐受靜電擊穿的能力的降低。當今集成電路的最小線寬已經降到了45nm這意味著按照10MV/CM計算的理論耐擊穿能力只有45V,可能只是我們彎腰撿起一片紙張時產生的靜電壓的1/20,而另一些領域,如硬盤行業中的生產對靜電控制的要求已經降到5V以下,這些必定對于靜電防護提出了新的挑戰。


        靜電的基本物理特性為:吸引或排斥,與大地有電位差(電壓非常高),會產生放電電流。這三種特性能對電子器件的影響:

        1.靜電吸附灰塵,降低元件絕緣電阻(縮短壽命)。

        2.靜電放電破壞,使元件受損不能工作(破壞)。

        3.靜電放電電場或電流產生的熱,使元件受傷(潛在損傷)。

        4.靜電放電產生的電磁場幅度很大(達幾百伏/米)頻譜極寬(從幾十兆到幾千兆),對電子產器造成干擾甚至損壞(電磁干擾)


        如果元件全部破壞,必能在生產及品管中被察覺而排除,影響較??;如果元件輕微受損(隱性的),在正常測試情況下不易發現,在這種情形下,常會因經過多層之加工,甚至已在使用時,才發現破壞,不但檢查不易,而且其損失亦難以預測。比如微處理器遭受靜電隱性受損,在運行中就會處理不正常和死機等現象出現。


        貼片是一種封裝,稱為smt,貼片封裝是指元件直接焊在pcb板的焊盤上,其封裝只能放在一層,不像dip元件,焊接時對于pin腳很少(像一般的電阻電容),腳步密度不大的smt件可以手工焊,但對于腳密度大,間距小的(像一些芯片)這些就要用貼片機了!


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