電 話：+86-755-83867315| 靜電耗散標(biāo)簽在電子產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用分析 |
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靜電－Electrostatic, Static Electricity 靜止未流動(dòng)的電荷，能夠停留在物體上 ESD－Electrostatic Discharge, 靜電放電（靜電釋放），指處于不同靜電電位的兩個(gè)物體之間的靜電荷轉(zhuǎn)移 靜電耗散材料－表面電阻率1x 105 Ω/square至1x 1012 Ω/square之間的材料（或其體積電阻率1x 104 Ω-CM——1x 1011 Ω-CM） 一、 靜電對電子產(chǎn)業(yè)的負(fù)面影響 由于物體間的接觸分離（摩擦、剝離、撕裂和碰撞等）或電場感應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生物體之間或物體內(nèi)部帶電粒子的擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移或遷移，從而形成物體表面電荷堆積，即呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致物體表面電荷對空氣中帶異性電荷的微粒子塵埃的吸引，造成電子敏感元器件絕緣性能的降低、結(jié)構(gòu)腐蝕或破壞。在一定條件下，這種積聚電荷還會(huì)產(chǎn)生靜電放電，使電子元器件局部破損或擊穿。 而靜電引起電子元器件局部結(jié)構(gòu)破損和性能降低，是對電子行業(yè)的生產(chǎn)的重大潛在威脅，它可能比爆炸和燃燒造成的危害更有過之，例如影響生產(chǎn)合格率、制造成本、產(chǎn)品品質(zhì)與可靠性等。根據(jù)全球各地ESD協(xié)會(huì)的調(diào)查分析，全球電子工業(yè)的ESD損壞成本達(dá)到每年上百億美元。因?yàn)樗y于檢查，造成事故的隨機(jī)性大，容易與其他失效原因混淆而被掩蓋。并且隨著易產(chǎn)生靜電的高分子材料廣泛大量使用，致使產(chǎn)品靜電現(xiàn)象的產(chǎn)生變得日益嚴(yán)重，再加上電子元器件日趨微小化等因素，使得靜電的危險(xiǎn)性越來越大，敏感性越來越高，已經(jīng)達(dá)到不容忽視的程度。 二、 靜電耗散標(biāo)簽在靜電防護(hù)工作中的作用 靜電防護(hù)工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須制定出與之相適應(yīng)的一系列標(biāo)準(zhǔn)和工作程序，從靜電防護(hù)的系統(tǒng)要求著手，把各個(gè)環(huán)節(jié)的方方面面工作，全盤納入標(biāo)準(zhǔn)的防靜電規(guī)范之下。它涉及敏感電子產(chǎn)品的制造、裝配、處理、檢查、試驗(yàn)、維修、包裝、運(yùn)輸、貯存、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，而且是一種串聯(lián)模式；同時(shí)它又與敏感產(chǎn)品所處的環(huán)境和操作人員著裝有直接關(guān)系，任一方面的疏漏或失誤，都將導(dǎo)致靜電防護(hù)工作的失敗。 使用靜電耗散標(biāo)簽也是電子產(chǎn)業(yè)中靜電防護(hù)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，從原料入廠到產(chǎn)品出廠和用戶使用的過程中，靜電耗散標(biāo)簽可以使制造者能夠跟蹤每一步工作過程，滿足生產(chǎn)的安全要求。普通標(biāo)簽在使用中，會(huì)產(chǎn)生大量的靜電，原因在于普通標(biāo)簽材質(zhì)由絕緣材料層所組成，當(dāng)從襯墊上取下時(shí)，不管是手工操作還是機(jī)器操作，都會(huì)產(chǎn)生和保持?jǐn)?shù)百甚至數(shù)千伏的電壓，對安全生產(chǎn)是極大的隱患。而靜電耗散標(biāo)簽是由靜電耗散材料所組成，它與普通標(biāo)簽的最大區(qū)別是它殘留在材料表面的電荷數(shù)量大大減少；另外，靜電耗散型標(biāo)簽的表面電荷被允許從標(biāo)簽向地面耗散，這樣，靜電耗散標(biāo)簽就可以將殘留的電荷和產(chǎn)生的電壓減少到能夠滿足電子元器件安全生產(chǎn)的要求。 下表為常見尼龍材料標(biāo)簽在使用中產(chǎn)生的電壓測試數(shù)據(jù)： 標(biāo)簽從薄膜襯底上撕下時(shí)的電壓 標(biāo)簽種類 標(biāo)簽電壓（伏特） 襯底電壓（伏特） 標(biāo)準(zhǔn)尼龍標(biāo)簽在紙質(zhì)襯底上 -300 - 10 標(biāo)準(zhǔn)尼龍標(biāo)簽在薄膜襯底上 -240 310 靜電耗散型尼龍標(biāo)簽在紙質(zhì)襯底上 -2 -4 靜電耗散型尼龍標(biāo)簽薄膜質(zhì)襯底上 1 -144 標(biāo)簽尺寸：38mm x6mm 測試條件：23°C、50%RH 三、 電子行業(yè)生產(chǎn)中的標(biāo)簽使用須知 標(biāo)簽由不同的基材制成，規(guī)格尺寸大不一樣，貼標(biāo)方式也不盡相同，使用的環(huán)境和場地也有所不同，因此對于標(biāo)簽的使用，必須從以下方面區(qū)別對待： 3.1 不同標(biāo)簽的襯底材料不同，所產(chǎn)生靜電壓區(qū)別很大。包括標(biāo)簽從襯底上撕掉的速度、角度、方向、接地的使用和測試環(huán)境等等因素，都會(huì)對測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生很大影響。 電壓結(jié)果 基板 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽（伏特） 靜電耗散型標(biāo)簽（伏特） 紙質(zhì) 70 1 聚酯薄膜 230 3 尼龍薄膜 680 4 測試條件：23°C、50%RH 3.2 標(biāo)簽尺寸不一，產(chǎn)生的靜電壓均有不同。研究表明，測量電壓隨標(biāo)簽尺寸的增加而增加。但是對于靜電耗散型標(biāo)簽，電壓保持在比較低的水平，即使尺寸有所增加，電壓也只是處于不明顯的增長。因此，面積大的普通標(biāo)簽比面積小的具有更大的引起ESD危害的可能性。當(dāng)在ESD敏感工作區(qū)需要使用標(biāo)簽時(shí)，使用者必須考慮使用靜電耗散型標(biāo)簽。 3.3 外部環(huán)境的不同，對于標(biāo)簽的表面電阻有很大的影響，我們以普通紙質(zhì)襯底的標(biāo)簽在不同濕度環(huán)境下的測試數(shù)據(jù)來加以說明，從表中可以看出，在57%RH濕度水平，紙質(zhì)的襯底測量到可認(rèn)為是靜電耗散型材料的表面電阻；在31%RH水平，紙質(zhì)襯底的表面電阻還是很接近靜電耗散型的范圍；但是在9%RH時(shí)落入絕緣材料的表面電阻范圍。 紙質(zhì)標(biāo)簽的表面電阻結(jié)果 襯底與測試條件 表面電阻（歐姆/平方） 1#紙質(zhì)襯底 23°C/57%RH 7.9 x 1010 23°C/31%RH 2.4 x 1012 23°C/9%RH > 1 x 1014 2#紙質(zhì)襯底 23°C/57%RH 9.4 x 1010 23°C/31%RH 1.5 x 1012 23°C/9%RH >1 x 1014 四、 靜電耗散標(biāo)簽在實(shí)際使用中的常見誤區(qū) 對于ESD要求較高的電子產(chǎn)品生產(chǎn)中，并非使用靜電耗散標(biāo)簽代替普通標(biāo)簽就可以完全杜絕靜電在標(biāo)簽這一環(huán)節(jié)的產(chǎn)生，常見的使用誤區(qū)有如下幾項(xiàng)： 4.1 在使用防靜電標(biāo)簽來代替普通標(biāo)簽以減少靜電產(chǎn)生的過程中，有一個(gè)常見的錯(cuò)誤概念，使用者普遍認(rèn)為：有了防靜電標(biāo)簽，使用了靜電耗散材料，就完全可以避免了靜電的產(chǎn)生。這個(gè)認(rèn)識(shí)是不全面的。普通標(biāo)簽含有絕緣材料，它會(huì)引起電荷保留在標(biāo)簽上，即使提供接地路徑也是無效的。但是使用靜電耗散型標(biāo)簽時(shí)，如果不能提供正確的接地方式，防靜電標(biāo)簽就不能得到最大效果的應(yīng)用。因此，使用防靜電標(biāo)簽的同時(shí)再提供正確的接地方式，才是使用者正確的選擇。 4.2 使用防靜電標(biāo)簽不能代替離子風(fēng)機(jī)的作用。雖然通過接地的方式正確使用防靜電標(biāo)簽，但是離子風(fēng)機(jī)（空氣離子發(fā)生器）可以用來減少由電子裝配環(huán)境所產(chǎn)生的靜電壓，為了有效工作，必須適當(dāng)放置和有效利用離子風(fēng)機(jī)，對放電源吹出離子。對高敏感性元件，離子風(fēng)機(jī)和靜電耗散性標(biāo)簽可以結(jié)合使用，形成對ESD損害的雙重保護(hù)。 4.3 自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)不能代替防靜電標(biāo)簽。雖然大量的研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)把標(biāo)簽從襯底上取下時(shí)比手工取下時(shí)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽產(chǎn)生較低的電壓，但是標(biāo)簽上還是有靜電荷的堆積，如何減少電荷的產(chǎn)生，能夠讓電荷及時(shí)釋放，自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)是無法做到的。但是自動(dòng)貼標(biāo)可以節(jié)省審查時(shí)間、減少靜電產(chǎn)生和減少對電子產(chǎn)品的手工操作。使用者可以針對不同要求的產(chǎn)品，不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將防靜電標(biāo)簽和自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)有效結(jié)合，對安全生產(chǎn)和效率提高是行之有效的方法。 4.4 使用防靜電標(biāo)簽并非就是萬事無憂。在使用靜電耗散型標(biāo)簽時(shí)，使用者必須操作小心，因?yàn)殪o電耗散型標(biāo)簽不是絕緣的，裝配者和制造商必須留心這種標(biāo)簽的位置。貼在產(chǎn)品上任何導(dǎo)電性表面的標(biāo)簽，如元件引腳、通路孔或焊盤，可能會(huì)影響產(chǎn)品的功能。所以在使用防靜電標(biāo)簽前，進(jìn)行必要的測試是安全生產(chǎn)的前提。 五、 靜電耗散標(biāo)簽的發(fā)展趨勢 防靜電標(biāo)簽最近幾年得到了迅速的發(fā)展，從使用性能到材料的更新已經(jīng)完成了幾代產(chǎn)品的更新。從最初的粘膠材料選用靜電耗散材料到如今標(biāo)簽本身使用靜電耗散材料，從開始滿足常溫條件作業(yè)到如今滿足－60℃至270 ℃的高低溫工作條件，發(fā)展可以用日新月異來形容。使用材料也經(jīng)歷了從紙質(zhì)－滌綸－尼龍－復(fù)合材料的科技創(chuàng)新，或許，從下面的技術(shù)參數(shù)表格中我們可以看出端倪。 標(biāo)簽使用材料 紙質(zhì) 尼龍 復(fù)合材料 表面電阻率 大于1×1010 ohms/sq. 大于1×109 ohms/sq. 3×107 ohms/sq. 剝離電壓 小于100伏特/平方英寸 小于50伏特/平方英寸 小于20伏特/平方英寸 靜電釋放至1％速度 小于0.3秒 小于0.5秒 小于0.1秒 使用溫度范圍 0℃－80℃ －20℃－150℃ －60℃至270 ℃ 絕緣性 3000V 6500V 8500 V 測試條件： 23°C 50%RH 從上表可以看出，新型的復(fù)合材料防靜電標(biāo)簽的各方面性能均有不同程度的提高，在實(shí)際使用中，它具有普通防靜電標(biāo)簽所無法比擬的性能 l 具有超低瞬間剝離靜電壓 l 具有極佳的耐高低溫性，可在-60℃—270 ℃的溫度范圍內(nèi)使用 l 在高溫屏蔽保護(hù)的生產(chǎn)使用中，不會(huì)在被保護(hù)物表面留下殘膠 l 抵擋生產(chǎn)中常見的焊接劑、熔融劑和清潔劑等化學(xué)物質(zhì)的侵蝕 l 超快的靜電釋放速度保障生產(chǎn)安全 l 不含任何半導(dǎo)體有害成份 六、 綜述 ESD是電子工業(yè)最昂貴的損壞原因之一。在制造環(huán)境中，防靜電標(biāo)簽只是靜電防護(hù)控制程序的一小部分。選擇性能優(yōu)異的防靜電標(biāo)簽，可以改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期和交貨周期，增加產(chǎn)量，并且利用準(zhǔn)確、可靠的元件標(biāo)識(shí)和跟蹤系統(tǒng)便于查找缺陷產(chǎn)品并且立即采取糾正措施。選擇和使用更好的防靜電標(biāo)簽，對于ESD防護(hù)工作會(huì)起到異常重要的作用。 參考文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn) 《靜電防護(hù)技術(shù)手冊》 電子工業(yè)出版社 張寶銘 林文荻 編著 《電子產(chǎn)品制造技術(shù)》 清華大學(xué)出版社 王衛(wèi)平 主編 ESD TR20.20-2000 ESD Handbook ANSI/ESD STM11.11-2001 Surface Resistance Measurement of Static ANSI/ESD STM11.12-2000 Volume Resistance Measurement of Static Two Point Resistance Measurement: ANSI/ESD STM11.13-2004 ANSI/ESD STM11.31-2001 Bags ANSI/ESD S20.20-1999 EIA 625A Requirements for Handling Electrostatic-Discharge-Sensitive (ESDS) Devices IEC 61340-5-1 TR2 Electrostatics—Part 5-1:、Part 5-2. 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