SMT电子生产中的静电防护技术.docx
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SMT电子生产中的静电防护技术
SMT电子生产中的静电防护技术
目录
引言2
1．静电和静电的危害2
2．静电敏感器件（SSD）3
3．电子产品制造中的静电源3
4．静电防护原理4
5．静电防护方法5
6．静电防护器材7
7．静电测量仪器7
8．电子产品制造中防静电技术指标要求7
9电子产品制造中防静电措施及静电作业区（点）的一般要求8
11．防静电工作区的管理与维护10
参考文献15
引言
在电子产品制造中，静电放电往往会损伤器件，甚至使器件失效，造成严重损失，因此SMT生产中的静电防护非常重要。
介绍与分析电子产品制造中的静电产生源及静电防护原理，较详细地介绍了SMT生产中的一些静电防护技术基础与相应措施。
1．静电和静电的危害
静电是一种电能，它存留于物体表面，是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果，是通过电子或离子的转换而形成的。
静电现象是电荷在产生和消失过程中产生的电现象的总称。
如摩擦起电、人体起电等现象。
随着科技发展，静电现象已在静电喷涂、静电纺织、静电分选、静电成像等领域得到广泛的有效应用。
但在另一方面，静电的产生在许多领域会带来重大危害和损失。
例如在第一个阿波罗载人宇宙飞船中，由于静电放电导致爆炸，使三名宇航员丧生；在火药制造过程中由于静电放电（ESD），造成爆炸伤亡的事故时有发生。
在电子工业中，随着集成度越来越高，集成电路的内绝缘层越来越薄，互连导线宽度与间距越来越小，例如CMOS器件绝缘层的典型厚度约为0．1μm，其相应耐击穿电压在80-100V；VMOS器件的绝缘层更薄，击穿电压在30V。
而在电子产品制造中以及运输、存储等过程中所产生的静电电压远远超过MOS器件的击穿电压，往往会使器件产生硬击穿或软击穿（器件局部损伤）现象，使其失效或严重影响产品的可靠性。
为了控制和消除ESD，美国、西欧和日本等发达国家均制定了国家、军用和企业标准或规定。
从静电敏感元器件的设计、制造、购买、入库、检验、仓储、装配、调试、半成品与成品的包装、运输等均有相应规定，对静电防护器材的制造使用和管理也有较严格的规章制度要求。
我国也参照国际标准制定了军用和企业标准。
例如有航天部、机电部、石油部等标准。
2．静电敏感器件（SSD）
对静电反应敏感的器件称为静电敏感元器件（SSD）。
静电敏感器件主要是指超大规模集成电路，特别是金属化膜半导体（MOS电路）。
表1为静电敏感器件的分级表。
可根据SSD分级表，针对不同的SSD器件，采取不同的静电防护措施。
3．电子产品制造中的静电源
（1）人体的活动，人与衣服、鞋、袜等物体之间的摩擦、接触和分离等产生的静电是电子产品制造中主要静电源之一。
人体静电是导致器件产生硬（软）击穿的主要原因。
人体活动产生的静电电压约0．5-2KV。
另外空气湿度对静电电压影响很大，若在干燥环境中还要上升1个数量级。
表2为相对湿度对与人体活动带电的关系。
人体带电后触摸到地线，会产生放电现象，人体就会产生不同程度的电击感反应，其反应的程度称为电击感度。
表3为不同静电压放电过程中人体的电击感度。
（2）化纤或棉制工作服与工作台面、坐椅摩擦时，可在服装表面产生6000V以上的静电电压，并使人体带电，此时与器件接触时，会导致放电，容易损坏器件。
（3）橡胶或塑料鞋底的绝缘电阻高达1013Ω，当与地面摩擦时产生静电，并使人体带电。
（4）树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放人包装中运输时，器件表面与包装材料摩擦能产生几百伏的静电电压，对敏感器件放电。
（5）用PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PS（聚内乙烯）、PVR（聚胺脂）、PVC和聚脂、树脂等高分子材料制作的各种包装、料盒、周转箱、PCB架等都可能因摩擦、冲击产生1-3．5KV静电电压，对敏感藉件放电。
（6）普通工作台面，受到摩擦产生静电。
（7）混凝土、打腊抛光地板、橡胶板等绝缘地面的绝缘电阻高，人体上的静电荷不易泄漏。
（8）电子生产设备和工具方面：
例如电烙铁、波峰焊机、再流焊炉、贴装机、调试和检测等设备内的高压变压器、交／盲流电路都会在设备卜感应出静电。
如果设备静电泄放措施不好，都会引起敏感器件在制造过程中失效。
烘箱内热空气循环流动与箱体摩擦、CO2低温箱冷却箱内的CO2蒸汽均会可产生大量的静电荷。
4．静电防护原理
电子产品制造中，不产生静电是不可能的。
产生静电不是危害所在，其危害所在于静电积聚以及由此产生的静电放电。
静电防护的核心是“静心消除”。
静电防护原理：
（1）对可能产生静电的地方要防止静电积聚。
采取措施在安全范围内。
（2）对已经存在的静电积聚迅速消除掉，即时释放。
5．静电防护方法
（1）使用防静电材料：
金属是导体，因导体的漏放电流大，会损坏器件。
另外由于绝缘材料容易产生摩擦起电，因此不能采用金属和绝缘材料作防静电材料。
而是采用表面电阻l×105Ω·cm以下的所谓静电导体，以及表面电阻1×105-1×108Ω·cm的静电亚导体作为防静电材料。
例如常用的静电防护材料是在橡胶中混入导电碳黑来实现的，将表面电阻控制在1×106Ω·cm以下。
（2）泄漏与接地：
对可能产生或已经产生静电的部位进行接地，提供静电释放通道。
采用埋大地线的方法建立“独立”地线。
使地线与大地之间的电阻＜10Ω。
（参见GBJl79或SJ／T10694—1996）
静电防护材料接地方法：
将静电防护材料（如于作台面垫、地垫、防静电腕带等）通过1MΩ的电阻接到通向独立大地线的导体上（参见SJ／T10630-1995）。
串接1MΩ电阻是为了确保对地泄放＜5mA的电流，称为软接地。
设备外壳和静电屏蔽罩通常是直接接地，称为硬接地。
IPC-A-610C标准中推荐的防静电工作台接地方法如图1。
（3）导体带静电的消除：
导体上的静电可以用接地的方法使静电泄漏到大地。
放电体卜的电压与释放时间可用下式表示：
UT=U0L1/RC
式中UT-T时刻的电压（V）U0一起始电压（V）R-等效电阻（Ω）C-导体等效电容（pf）
一般要求在1秒内将静电泄漏。
即1秒内将电压降至1OOV以下的安全区。
这样可以防止泄漏速度过快、泄漏电流过大对SSD造成损坏。
若U0=500V，C=200pf，想在1秒内使UT达到100V，则要求R=1．28×109Ω。
因此静电防护系统中通常用1MΩ的限流电阻，将泄放电流限制在5mA以下。
这是为操作安全设计的。
如果操作人员在静电防护系统中，不小心触及到220V工业电压，也不会带来危险。
（4）非导体带静电的消除：
对于绝缘体上的静电，由于电荷不能在绝缘体上流动，因此不能用接地的方法消除静电。
可采用以下措施：
（a）使用离子风机—离子风机产生正、负离子，可以中和静电源的静电。
可设置在空间和贴装机贴片头附近。
（b）使用静电消除剂—静电消除剂属于表面活性剂。
可用静电消除剂檫洗仪器和物体表面，能迅速消除物体表面的静电。
（c）控制环境湿度—增加湿度可提高非导体材料的表面电导率，使物体表面不易积聚静电。
例如北方干燥环境可采取加湿通风的措施。
（d）采用静电屏蔽—对易产生静电的设备可采用屏蔽罩（笼），并将屏蔽罩（笼）有效接地。
（5）工艺控制法：
为了在电子产品制造中尽量少的产生静电,控制静电荷积聚，对已经存在的静电积聚迅速消除掉，即时释放，应从厂房设计、设备安装、操作、管理制度等方面采取有效措施。
6．静电防护器材
（1）人体防静电系统包括防静电腕带、工作服、帽、手套、鞋、袜等
（2）防静电地面包括防静电水磨石地面、防静电橡胶地面、PVC防静电塑料地板、防静电地毯、防静电活动地板等。
（3）防静电操作系列：
包括防静电：
I：
作台垫、防静电包装袋、防静电物流小车、防静电烙铁及工具等。
7．静电测量仪器
（1）静电场测试仪：
用于测量台面、地面等表面电阻值。
平面结构场合和非平面场合要选择不同规格的测量仪。
（2）腕带测试仪：
测量腕带是否有效。
（3）人体静电测试仪：
用于测量人体携带的静电量，人体双脚之间的阻抗，测量人体之间的静电差,腕带、接地插头、工作服等是否阻护有效。
还可以作为入门放电，把人体静电隔在车间之外。
（4）兆欧表：
用于测量所有导电型、抗静电型及静电泄放型表面的阻抗或电阻。
8．电子产品制造中防静电技术指标要求
（1）防静电地极接地电阻＜10Ω。
（2）地面或地垫：
表面电阻值105-1010Ω;摩擦电压＜100V。
（3）墙壁：
电阻值5×104-109Ω。
（4）工作台面或垫：
表面电阻值106-109Ω；摩擦电压＜100V；对地系统电阻106-108Ω。
（5）工作椅面对脚轮电阻106-108Ω。
（6）工作服、帽、手套摩擦电压＜300V；鞋底摩擦电压＜100V。
（7）腕带连接电缆电阻1MΩ；佩带腕带时系统电阻1-1OMΩ。
脚跟带（鞋束）系统电阻0．5×105-108Ω。
（8）物流车台面对车轮系统电阻106-109Ω。
（9）料盒、周转箱、PCB架等物流传递器具一表面电阻值103-108Ω;摩擦电压＜100V。
（10）包装代、盒一摩擦电压＜100V。
（11）人体综合电阻106-108Ω。
9电子产品制造中防静电措施及静电作业区（点）的一般要求
SMT生产设备必须接地良好，贴装机应采用三相无线制接地法并独立接地。
生产场所的地面、工作台面垫、坐椅等均应符合防静电要求。
车间内保持恒温、恒湿的环境。
应配备防静电料盒、周转箱、PCB架、物流小车、防静电包装带、防静电腕带、防静电烙铁及工具等设施。
（1）根据防静电要求设置防静电区域，并有明显的防静电警示标志。
按作业区所使用器件的静电敏感程度分成1、2、3级，根据不同级别制订不同的防护措施。
1级静电敏感程度范围：
0-1999V
2级静电敏感程度范围：
2000-3999V
3级静电敏感程度范围：
4000-15999V
16000V以上是非静电敏感程产品。
（2）静电安全区（点）的室温为23±3℃，相对湿度为45-70％RH。
禁止在低于30％的环境内操作SSD（静电敏感元器件）。
（3）定期测量地面、桌面、周转箱等表面电阻值。
（4）静电安全区（点）的工作台上禁止放置非生产物品，如餐具、茶具、提包、毛织物、报纸、橡胶手套等。
（5）工作人员进入防静电区域，需放电。
操作人员进行操作时，必须穿工作服和防静电鞋、袜。
每次上岗操作前必须作静电防护安全性检查,合格后才能生产。
（6）操作时要戴防静电腕带，每天测量腕带是否有效。
（7）测试SSD时应从包装盒、管、盘中取一块，测一块,放一块，不要堆在桌子上。
经测试不合格器件应退库。
（8）加电测试时必须遵循加电和去电顺序：
低电压→高电压→信号电压的顺序进行。
去电顺序与此相反。
同时注意电源极性不可颠倒，电源电压不得超过额定值。
（9）检验人员应熟悉SSD的型号、品种、测试知识，了解静电保护的基本知识。
10．静电敏感元器件（SSD）运输、存储、使用要求
（1）SSD运输过程中不得掉落在地，不得任意脱离包装。
（2）存放SSD的库房相对湿度：
30-40％RH
（3）SSD存放过程中保持原包装，若须更换包装时，要使用具有防静电性能的容器。
（4）库房里，在放置SSD器件的位置上应贴有防静电专用标签。
（5）发放SSD器件时应用目测的方法，在SSD器件的原包装内清点数量。
（6）对EPROM进行写、擦及信息保护操作时，应将写入器／擦除器充分接地，要带防静电手镯。
（7）装配、焊接、修板、调试等操作人员都必须严格按照静电防护要求进行操作。
（8）测试、检验合格的印制电路板在封装前应用离子喷枪喷射一次，以消除可能积聚的静电荷。
11．防静电工作区的管理与维护
（1）制订防静电管理制度，并有专人负责。
（2）备用防静电工作服、鞋、手镯等个人用品以备外来人员使用。
（3）定期维护、检查防静电设施的有效性。
（4）腕带每周（或天）检查一次。
（5）桌垫、地垫的接地性、静电消除器的性能每月检查一次。
（6）防静电元器件架、印制板架、周转箱；运输车、桌垫、地垫的防静电性能每六个月检查次。
附加：
SMT的110个必知问题
1.一般来说,SMT车间规定的温度为25±3℃;
2.锡膏印刷时,所需准备的材料及工具锡膏、钢板﹑刮刀﹑擦拭纸、无尘纸﹑清洗剂﹑搅拌刀;
3.一般常用的锡膏合金成份为Sn/Pb合金,且合金比例为63/37;
4.锡膏中主要成份分为两大部分锡粉和助焊剂。
5.助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物﹑破坏融锡表面张力﹑防止再度氧化。
6.锡膏中锡粉颗粒与Flux（助焊剂）的体积之比约为1:
1,重量之比约为9:
1;
7.锡膏的取用原则是先进先出;
8.锡膏在开封使用时,须经过两个重要的过程回温﹑搅拌;
9.钢板常见的制作方法为﹕蚀刻﹑激光﹑电铸;
10.SMT的全称是Surfacemount（或mounting）technology,中文意思为表面粘着（或贴装）技术;
11.ESD的全称是Electro-staticdischarge,中文意思为静电放电;
12.制作SMT设备程序时,程序中包括五大部分,此五部分为PCBdata;Markdata;Feederdata;Nozzledata;Partdata;
13.无铅焊锡Sn/Ag/Cu96.5/3.0/0.5的熔点为217C;
14.零件干燥箱的管制相对温湿度为<10%;
15.常用的被动元器件（PassiveDevices）有：
电阻、电容、点感（或二极体）等；主动元器件（ActiveDevices）有：
电晶体、IC等;
16.常用的SMT钢板的材质为不锈钢;
17.常用的SMT钢板的厚度为0.15mm（或0.12mm）;
18.静电电荷产生的种类有摩擦﹑分离﹑感应﹑静电传导等﹔静电电荷对电子工
业的影响为﹕ESD失效﹑静电污染﹔静电消除的三种原理为静电中和﹑接地﹑屏蔽。
19.英制尺寸长x宽0603=0.06inch*0.03inch﹐公制尺寸长x宽3216=3.2mm*1.6mm;
20.排阻ERB-05604-J81第8码“4”表示为4个回路,阻值为56欧姆。
电容
ECA-0105Y-M31容值为C=106PF=1NF=1X10-6F;
21.ECN中文全称为﹕工程变更通知单﹔SWR中文全称为﹕特殊需求工作单﹐
必须由各相关部门会签,文件中心分发,方为有效;
22.５S的具体内容为整理﹑整顿﹑清扫﹑清洁﹑素养;
23.PCB真空包装的目的是防尘及防潮;
24.品质政策为﹕全面品管﹑贯彻制度﹑提供客户需求的品质﹔全员参与﹑及时
处理﹑以达成零缺点的目标;
25.品质三不政策为﹕不接受不良品﹑不制造不良品﹑不流出不良品;
26.QC七大手法中鱼骨查原因中４M1H分别是指（中文）:
人﹑机器﹑物料﹑
方法﹑环境;
27.锡膏的成份包含﹕金属粉末﹑溶济﹑助焊剂﹑抗垂流剂﹑活性剂﹔按重量分﹐
金属粉末占85-92%﹐按体积分金属粉末占50%﹔其中金属粉末主要成份为锡和铅,比例为63/37﹐熔点为183℃;
28.锡膏使用时必须从冰箱中取出回温,目的是﹕让冷藏的锡膏温度回复常温﹐
以利印刷。
如果不回温则在PCBＡ进Reflow后易产生的不良为锡珠;
29.机器之文件供给模式有﹕准备模式﹑优先交换模式﹑交换模式和速接模式;
30.SMT的PCB定位方式有﹕真空定位﹑机械孔定位﹑双边夹定位及板边定位;
31.丝印（符号）为272的电阻，阻值为2700Ω，阻值为4.8MΩ的电阻的符
号（丝印）为485;
32.BGA本体上的丝印包含厂商﹑厂商料号﹑规格和Datecode/（LotNo）等信息;
33.208pinQFP的pitch为0.5mm;
34.QC七大手法中,鱼骨图强调寻找因果关系;
37.CPK指:
目前实际状况下的制程能力;
38.助焊剂在恒温区开始挥发进行化学清洗动作;
39.理想的冷却区曲线和回流区曲线镜像关系;
40.RSS曲线为升温→恒温→回流→冷却曲线;
41.我们现使用的PCB材质为FR-4;
42.PCB翘曲规格不超过其对角线的0.7%;
43.STENCIL制作激光切割是可以再重工的方法;
44.目前计算机主板上常被使用之BGA球径为0.76mm;
45.ABS系统为绝对坐标;
46.陶瓷芯片电容ECA-0105Y-K31误差为±10%;
47.Panasert松下全自动贴片机其电压为3Ø200±10VAC;
48.SMT零件包装其卷带式盘直径为13寸,７寸;
49.SMT一般钢板开孔要比PCBPAD小4um可以防止锡球不良之现象;
50.按照《PCBA检验规》范当二面角＞９０度时表示锡膏与波焊体无附着性;
51.IC拆包后湿度显示卡上湿度在大于30%的情况下表示IC受潮且吸湿;
52.锡膏成份中锡粉与助焊剂的重量比和体积比正确的是90%:
10%,50%:
50%;
53.早期之表面粘装技术源自于20世纪60年代中期之军用及航空电子领域;
54.目前SMT最常使用的焊锡膏Sn和Pb的含量各为:
63Sn+37Pb;
55.常见的带宽为8mm的纸带料盘送料间距为4mm;
56.在1970年代早期,业界中新门一种SMD,为“密封式无脚芯片载体”,常以HCC简代之;
57.符号为272之组件的阻值应为2.7K欧姆;
58.100NF组件的容值与0.10uf相同;
59.63Sn+37Pb之共晶点为183℃;
60.SMT使用量最大的电子零件材质是陶瓷;
61.回焊炉温度曲线其曲线最高温度215C最适宜;
62.锡炉检验时，锡炉的温度245C较合适;
63.SMT零件包装其卷带式盘直径13寸,7寸;
64.钢板的开孔型式方形﹑三角形﹑圆形,星形,本磊形;
65.目前使用之计算机边PCB,其材质为:
玻纤板;
66.Sn62Pb36Ag2之焊锡膏主要试用于何种基板陶瓷板;
67.以松香为主之助焊剂可分四种:
R﹑RA﹑RSA﹑RMA;
68.SMT段排阻有无方向性无;
69.目前市面上售之锡膏，实际只有4小时的粘性时间;
70.SMT设备一般使用之额定气压为5KG/cm2;
71.正面PTH,反面SMT过锡炉时使用何种焊接方式扰流双波焊;
72.SMT常见之检验方法:
目视检验﹑X光检验﹑机器视觉检验
73.铬铁修理零件热传导方式为传导+对流;
74.目前BGA材料其锡球的主要成Sn90Pb10;
75.钢板的制作方法雷射切割﹑电铸法﹑化学蚀刻;
76.迥焊炉的温度按:
利用测温器量出适用之温度;
77.迥焊炉之SMT半成品于出口时其焊接状况是零件固定于PCB上;
78.现代质量管理发展的历程TQC-TQA-TQM;
79.ICT测试是针床测试;
80.ICT之测试能测电子零件采用静态测试;
81.焊锡特性是融点比其它金属低﹑物理性能满足焊接条件﹑低温时流动性比其它金属好;
82.迥焊炉零件更换制程条件变更要重新测量测度曲线;
83.西门子80F/S属于较电子式控制传动;
84.锡膏测厚仪是利用Laser光测:
锡膏度﹑锡膏厚度﹑锡膏印出之宽度;
85.SMT零件供料方式有振动式供料器﹑盘状供料器﹑卷带式供料器;
86.SMT设备运用哪些机构:
凸轮机构﹑边杆机构﹑螺杆机构﹑滑动机构;
87.目检段若无法确认则需依照何项作业BOM﹑厂商确认﹑样品板;
88.若零件包装方式为12w8P,则计数器Pinth尺寸须调整每次进8mm;
89.迥焊机的种类:
热风式迥焊炉﹑氮气迥焊炉﹑laser迥焊炉﹑红外线迥焊炉;
90.SMT零件样品试作可采用的方法﹕流线式生产﹑手印机器贴装﹑手印手贴装;
91.常用的MARK形状有﹕圆形,“十”字形﹑正方形,菱形,三角形,万字形;
92.SMT段因ReflowProfile设置不当,可能造成零件微裂的是预热区﹑冷却区;
93.SMT段零件两端受热不均匀易造成﹕空焊﹑偏位﹑墓碑;
94.SMT零件维修的工具有﹕烙铁﹑热风拔取器﹑吸锡枪,镊子;
95.QC分为﹕IQC﹑IPQC﹑.FQC﹑OQC;
96.高速贴片机可贴装电阻﹑电容﹑IC﹑.晶体管;
97.静电的特点﹕小电流﹑受湿度影响较大;
98.高速机与泛用机的Cycletime应尽量均衡;
99.品质的真意就是第一次就做好;
100.贴片机应先贴小零件，后贴大零件;
101.BIOS是一种基本输入输出系统，全英文为：
BaseInput/OutputSystem;
102.SMT零件依据零件脚有无可分为LEAD与LEADLESS两种;
103.常见的自动放置机有三种基本型态,接续式放置型,连续式放置型和大量移送式放置机;
104.SMT制程中没有LOADER也可以生产;
105.SMT流程是送板系统-锡膏印刷机-高速机-泛用机-迥流焊-收板机;
106.温湿度敏感零件开封时,湿度卡圆圈内显示颜色为蓝色,零件方可使用;
107.尺寸规格20mm不是料带的宽度;
108.制程中因印刷不良造成短路的原因﹕
a.锡膏金属含量不够，造成塌陷
b.钢板开孔过大，造成锡量过多
c.钢板品质不佳，下锡不良，换激光切割模板
d.Stencil背面残有锡膏，降低刮刀压力，采用适当的VACCUM和SOLVENT
109.一般回焊炉Profile各区的主要工程目的:
a.预热区；工程目的：
锡膏中容剂挥发。
b.均温区；工程目的：
助焊剂活化，去除氧化物；蒸发多余水份。
c.回焊区；工程目的：
焊锡熔融。
d.冷却区；工程目的：
合金焊点形成，零件脚与焊盘接为一体;
110.SMT制程中，锡珠产生的主要原因﹕PCBPAD设计不良、钢板开孔设计不良、置件深度或置件压力过大、Profile曲线上升斜率过大，锡膏坍塌、锡膏粘度过低。
参考文献
SMT电子生产中的静电防护技术出版西北大学2008
SMT电子技术出版电子通信大学2007
SMT应用
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