在电子产品制造中，静电放电常常会损伤元件，甚至使元件失效，导致严重损失，因而SMT生产中的静电防护极其重要。本刊分别约请南京、上海的两位专家撰文介绍与剖析电子产品制造中的静电形成源及静电防护原理，较详尽地介绍了SMT生产中的一些静电防护技术基础与相应举措。供你们参考学习！
1.静电和静电的害处
静电是一种电能，它留存于物体表面，是正负电荷在局部范围内丧失平衡的结果，是通过电子或离子的转换而产生的。静电现象是电荷在形成和消失过程中形成的电现象的合称。如磨擦起电、人体起电等现象。
随着科技发展，静电现象已在静电涂装、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，静电的形成在许多领域会带来重大害处和损失。诸如在第一个阿波罗载人宇宙飞船中，因为静电放电造成爆燃，使三名宇航员身亡；在火药制造过程中因为静电放电(ESD)，导致爆燃死伤的车祸时有发生。
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，互连导线长度与宽度越来越小，比如CMOS元件绝缘层的典型长度约为0．1μm，其相应耐击穿电流在80-100V；VMOS元件的绝缘层更薄，击穿电流在30V。而在电子产品制造中以及运输、存储等过程中所形成的静电电流远远超过MOS元件的击穿电流，常常会使元件形成硬击穿或软击穿(元件局部损伤)现象，使其失效或严重影响产品的可靠性。
为了控制和清除ESD，日本、西欧和美国等发达国家均制订了国家、军用和企业标准或规定。从静电敏感元元件的设计、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订了军用和企业标准。比如有航天部、机电部、石油部等标准。
2.静电敏感元件（SSD）
对静电反应敏感的元件称为静电敏感元元件(SSD)。静电敏感元件主要是指超大规模集成电路，非常是金属化膜半导体(MOS电路)。表1为静电敏感元件的分级表。可依照SSD分级表，针对不同的SSD元件，采取不同的静电防护举措。
3.电子产品中的静电源
(1)人体的活动，人与外套、鞋、袜等物体之间的磨擦、接触和分离等形成的静电是电子产品制造中主要静电源之一。人体静电是造成元件形成硬(软)击穿的主要诱因。人体活动形成的静电电流约0．5-2KV。另外空气温度对静电电流影响很大，若在干燥环境中还要上升1个数目级。表2为相对温度对与人体活动带电的关系。
人体带电后触摸到相线，会形成放电现象包装行业防静电标准，人体都会形成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)腈纶或棉制工作服与工作台面、坐椅磨擦时，可在服饰表面形成6000V以上的静电电流，并使人体带电，此时与元件接触时，会造成放电，容易受损元件。
(3)橡胶或塑胶鞋跟的绝缘内阻高达1013Ω，当与地面磨擦时形成静电，并使人体带电。
(4)树脂、漆膜、塑料膜封装的元件放人包装中运输时，元件表面与包装材料磨擦能形成几百伏的静电电流，对敏感元件放电。
(5)用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚内乙烯)、PVR(聚胺脂)、PVC和聚酯、树脂等高分子材料制做的各类包装、料盒、周转箱、PCB架等都可能因磨擦、冲击形成1-3．5KV静电电流，对敏感藉件放电。
(6)普通工作台面，遭到磨擦形成静电。
(7)混凝土、打腊抛光地板、橡胶板等绝缘地面的绝缘内阻高，人体上的静电荷不易泄露。
(8)电子生产设备和工具方面：比如电烙铁、波峰焊枪、再流焊炉、贴装机、调试和测量等设备内的高压变压器、交／盲流电路还会在设备卜感应出静电。假如设备静电泄放举措不好，就会导致敏感元件在制造过程中失效。烤箱肺热空气循环流动与箱体磨擦、CO2高温箱冷却箱内的CO2蒸气均会可形成大量的静电荷。
4.静电防护原理
电子产品制造中，不形成静电是不可能的。形成静电不是害处所在，其害处所在于静电迸发以及由此形成的静电放电。静电防护的核心是“静心清除”。
静电防护原理：
(1)对可能形成静电的地方要避免静电迸发。采取举措在安全范围内。
(2)对早已存在的静电迸发迅速清除掉，即时释放。
5.静电防护方式
(1)使用防静电材料：金属是导体，因导体的漏放电压大，会毁坏元件。另外因为绝缘材料容易形成磨擦起电，因而不能采用金属和绝缘材料作防静电材料。而是采用表面内阻l×105Ω·cm以下的所谓静电导体，以及表面内阻1×105-1×108Ω·cm的静电亚导体作为防静电材料。诸如常用的静电防护材料是在橡胶中混进导电炭黑来实现的，将表面内阻控制在1×106Ω·cm以下。
(2)泄露与接地：对可能形成或早已形成静电的部位进行接地，提供静电释放通道。采用埋大地线的方式构建“独立”地线。使相线与大地之间的内阻＜10Ω。
静电防护材料接地方式：将静电防护材料(如于作台面垫、地垫、防静电手环等)通过1MΩ的内阻接到通向独立大地线的导体上(参见SJ／-1995)。串接1MΩ内阻是为了确保对地泄放＜5mA的电压，称为软接地。设备壳体和静电屏蔽罩一般是直接接地，称为硬接地。
(3)导体带静电的清除：导体上的静电可以用接地的方式使静电泄露到大地。放电体卜的电流与释放时间可用下式表示：
UT=U0L1/RC式中UT-T时刻的电流(V)U0一起始电流(V)R-等效内阻(Ω)C-导体等效电容(pf)
通常要求在一秒内将静电泄露。即一秒内将电压降至1OOV以下的安全区。这样可以避免泄露速渡过快、泄漏电压过大对SSD导致受损。若U0=500V，C=200pf，想在一秒内使UT达到100V包装行业防静电标准，则要求R=1．28×109Ω。因而静电防护系统圆通常用1MΩ的限流内阻，将泄放电压限制在5mA以下。这是为操作安全设计的。假如操作人员在静电防护系统中，不留神触碰到220V工业电流，也不会带来危险。
(4)非导体带静电的清除：对于绝缘体上的静电，因为电荷不能在绝缘体上流动，因而不能用接地的方式去除静电。可采用以下举措：
(a)使用离子风机—离子风机形成正、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)使用静电清除剂—静电清除剂属于表面活性剂。可用静电清除剂檫洗仪器和物体表面，能迅速清除物体表面的静电。
(c)控制环境温度—增加温度可提升非导体材料的表面浊度率，使物体表面不易迸发静电。诸如南方干燥环境可采取加湿通风的举措。
(d)采用静电屏蔽—对易形成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形成静电,控制静电荷迸发，对早已存在的静电迸发迅速清除掉，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举措。
6.静电防护器材
(1)人体防静电系统包括防静电手环、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防静电塑胶地板、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、防静电货运货车、防静电烙铁及工具等。
7.静电检测仪器
(1)静电场测试仪：用于检测台面、地面等表面内阻值。平面结构场合和非平面场合要选择不同尺寸的检测仪。
(2)手环测试仪：检测手环是否有效。
(3)人体静电测试仪：用于检测人体携带的静电量，人体四肢之间的阻抗，检测人体之间的静电差,手环、接地插座、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：用于检测所有导电型、抗静电型及静电泄放型表面的阻抗或内阻。
8.电子产品制造中防静电技术指标要求
(1)防静电地极接地内阻＜10Ω。
(2)地面或地垫：表面内阻值105-1010Ω;磨擦电流＜100V。
(3)墙上：内阻值5×104-109Ω。
(4)工作台面或垫：表面内阻值106-109Ω；磨擦电流＜100V；对地系统内阻106-108Ω。
(5)工作椅面对脚轮内阻106-108Ω。
(6)工作服、帽、手套磨擦电流＜300V；鞋跟磨擦电流＜100V。
(7)手环联接线缆内阻1MΩ；佩戴手环时系统内阻1-1OMΩ。膝盖带(鞋束)系统内阻0．5×105-108Ω。
(8)货运车台面对车轮系统内阻106-109Ω。
(9)料盒、周转箱、PCB架等货运传递用具一表面内阻值103-108Ω;磨擦电流＜100V。
(10)包装代、盒一磨擦电流＜100V。
(11)人体综合内阻106-108Ω。
9.防静电举措及静电作业区（点）的通常要求
SMT生产设备必须接地良好，贴装机应采用单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、物流货车、防静电包装带、防静电手环、防静电烙铁及工具等设施。
(1)依据防静电要求设置防静电区域，并有显著的防静电警示标志。按作业区所使用元件的静电敏感程度分成1、2、3级，按照不同级别制定不同的防护举措。
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-
以上是非静电敏感程产品。
(2)静电安全区(点)的温度为23±3℃，相对温度为45-70％RH。严禁在高于30％的环境内操作SSD(静电敏感元元件)。
(3)定期检测地面、桌面、周转箱等表面内阻值。
(4)静电安全区(点)的工作台上严禁放置非生产物品，如碗碟、茶具、提包、毛织物、报纸、橡胶手套等。
(5)工作人员步入防静电区域，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测,合格后才会生产。
(6)操作时要戴防静电手环，每晚检测手环是否有效。
(7)测试SSD时应从包装盒、管、盘中取一块，测一块,放一块，不要堆在椅子上。经测试不合格元件应退库。
(8)加电测试时必须遵守加电和去电次序：低电流→高电流→信号电流的次序进行。去电次序与此相反。同时注意电源极性不可颠倒，电源电流不得超过额定值。
(9)检验人员应熟悉SSD的机型、品种、测试知识，了解静电保护的基本知识。
10.静电敏感元元件（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)储存SSD的仓库相对温度：30-40％RH。
(3)SSD储存过程中保持原包装，若须更换包装时，要使用具有防静电性能的容器。
(4)仓库里，在放置SSD元件的位置上应贴有防静电专用标签。
(5)领取SSD元件时应用目测的方式，在SSD元件的原包装内清点数目。
(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，要带防静电戒指。
(7)装配、焊接、修板、调试等操作人员都必须严格依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，以清除可能聚积的静电荷。
11.防静电工作区的管理与维护
(1)制定防静电管理制度，并有专人负责。
(2)备用防静电工作服、鞋、手镯等个人用具以备外来人员使用。
(3)定期维护、检查防静电设施的有效性。
(4)手环每周(或天)检测一次。
(5)桌垫、地垫的接地性、静电清除器的性能每月检测一次。
(6)防静电元元件架、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测次。
来源：顺星电子科技集团；Tksto@海盗船长.
