防靜電包裝材料有幾種

1、防靜電包裝材料有幾種?2011-5-16 14:20:57 電子街 作者：xiaowang 我要評(píng)論(0)正規(guī)渠道進(jìn)貨的集成電路,無論是雙極型還是MOS型或場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸入的運(yùn)算放大器均采用防靜電包裝。這種包裝材料有四種類型:導(dǎo)電型、抗靜電型、靜電屏蔽型和導(dǎo)電泡沫。1)導(dǎo)電型包裝材料,即導(dǎo)電膜或袋、塑料筒等,這些材料是用摻人導(dǎo)電碳黑的聚乙烯制成的,從外面看不清內(nèi)部所裝的產(chǎn)品2)抗靜電型包裝材料,即抗靜電膜或袋(見圖31),這些材料是用摻入抗靜電劑的聚乙烯或聚丙烯制成的,它具有透明性,能看清內(nèi)部所裝的產(chǎn)品,但表面泄漏抗靜電劑,當(dāng)吸收水分后會(huì)使抗靜電性能發(fā)生變化。3)

2、靜電屏蔽型包裝材料,即多層結(jié)構(gòu)的靜電屏蔽膜或袋,一般外層為保護(hù)層聚酯膜,中間層為金屬蒸發(fā)層,內(nèi)層為保溫層。4)導(dǎo)電泡沫包裝材料是一種導(dǎo)電泡沫塑料制品,導(dǎo)電泡沫一般由氨基甲酸酯發(fā)泡浸入炭黑處理液制成。正規(guī)生產(chǎn)廠家出售的靜敏器件在防靜電包裝上印有“抗靜電”字樣,因此在運(yùn)輸、存放過程中必須加以注意。對(duì)于少量靜敏器件,可用以下方法防止靜電:可以將器件插在摻碳黑的黑色導(dǎo)電海棉上,然后裝入導(dǎo)電塑料盒內(nèi),便于搬運(yùn);也可以截取一定長(zhǎng)度的導(dǎo)電塑料筒,將器件由大筒轉(zhuǎn)移到小筒(禁用手接觸),然后封住筒兩端即可攜帶。為了防止靜電,對(duì)于購(gòu)買插在黑色導(dǎo)電海綿上的器件,最好將海綿連同器件一并剪下,并用錫箔、金屬盒等簡(jiǎn)易導(dǎo)電

3、包裝后才能搬運(yùn)。決不允許采用普通塑料包裝。在氣候干燥的冬季,為避免人體靜電,在接觸靜敏器件時(shí),可先將手接觸一下接地金屬物,如鐵制暖氣管、暖氣片等,將電荷釋放完后再接觸器件。解包裝術(shù)語(yǔ)，懂得特定情況下包裝的使用是實(shí)施和保持有效的ESD控制體系的關(guān)鍵。 建立和實(shí)施有效的ESD保護(hù)包裝程序，首先要了解敏感器件在包裝及以后過程中是如何被損傷的，以及防護(hù)過程是如何進(jìn)行的。造成微電子器件損傷有兩個(gè)基本過程：充電(通過摩擦帶電或接觸靜電源)和放電。理論上講，我們可以通過防止摩擦起電的動(dòng)作，盡可能減少與絕緣材料的接觸以及讓所有表面處于等電位等措施來避免這兩個(gè)過程的出現(xiàn)，但實(shí)際上這些做法還不足以提供有效的保護(hù)。

4、 電子產(chǎn)品制造的整個(gè)過程中都不可避免要有運(yùn)動(dòng)，器件從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方，在移動(dòng)過程當(dāng)中它們會(huì)與各種各樣的材料接觸。結(jié)果，即使是最明顯的防護(hù)措施，如手腕帶，也不能保證為ESD敏感器件能夠提供足夠的保護(hù)。在缺少離子風(fēng)機(jī)情況下，或0級(jí)(小于200V)敏感度的器件，必須使用靜電控制材料或采用特別的ESD控制措施。 本文描述了ESD防護(hù)包裝及工作表面使用材料必須考慮的基本技術(shù)問題。這些基本原理可用于傳統(tǒng)的包裝材料如紙箱、包裝袋和周轉(zhuǎn)箱，也可以用于暫時(shí)性包裝材料，如制造過程中的周轉(zhuǎn)包裝袋。這些原理同樣也可以用于器件在組裝過程中可能接觸到的工作臺(tái)臺(tái)面和傳送帶。 基本術(shù)語(yǔ) 按照特定的方法解決ESD問題的

5、材料有專門的術(shù)語(yǔ)來表述，雖然經(jīng)過多年，這些術(shù)語(yǔ)的準(zhǔn)確定義變化并不大： 抗靜電材料(Antistatic)：能夠有效地阻止靜電荷在自身及與其接觸材料上積累的材料。 靜電耗散材料(Static Dissipative)：用于減緩帶電器件模型(CDM)下快速放電的材料。按照靜電協(xié)會(huì)(ESDA)和電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)(EIA)的定義，其表面電阻在105 1012 /sq之間。抗靜電材料和靜電耗散材料可直接用于多數(shù)充電和放電失效過程中防護(hù)，甚至包括了自動(dòng)生產(chǎn)線。當(dāng)然在使用當(dāng)中須經(jīng)過簡(jiǎn)單的測(cè)試。不過，這并不時(shí)說它們是萬能的，有時(shí)我們也需要使用導(dǎo)靜電材料。 導(dǎo)靜電材料(Conductive)：按照定義，是指表面電

6、阻率小于105 /sq的材料。它們通常被用于器件與同電位分流連接，在某些時(shí)候，它們還被用于區(qū)域的靜電場(chǎng)屏蔽。 很少有實(shí)例表明，器件會(huì)對(duì)純粹的靜電場(chǎng)敏感。實(shí)際當(dāng)中，使用導(dǎo)靜電材料僅僅對(duì)表面聲波(SAW)過濾的器件和光掩膜集成電路(IC)的器件是必要的，因?yàn)樗鼈兘饘偌舛私Y(jié)構(gòu)中有微小的空氣間隙(這種結(jié)構(gòu)會(huì)讓靜電場(chǎng)增強(qiáng))。此外，非連續(xù)型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件在有非常長(zhǎng)的天線引入線接觸器件時(shí)，由于場(chǎng)強(qiáng)影響放大，也會(huì)被靜電場(chǎng)損壞。 在對(duì)這三種材料的理解上容易有一些誤區(qū)。如，許多材料既是抗靜電材料又是靜電耗散材料，而通常導(dǎo)電材料與一些絕緣材料也會(huì)產(chǎn)生靜電，但這些材料不能視為抗靜電材料。 要清楚材料的

7、區(qū)別，懂得在它們?cè)谑裁辞闆r下的應(yīng)用，對(duì)于實(shí)施和保持有效的ESD控制體系非常關(guān)鍵，同時(shí)也是正確評(píng)價(jià)防靜電材料供應(yīng)商產(chǎn)品有效性的關(guān)鍵因素。這些材料特性不能對(duì)正常的生產(chǎn)過程造成影響。此外，耐磨損性，熱穩(wěn)定性，污染的影響以及其他很多其他特性也應(yīng)當(dāng)成為評(píng)價(jià)材料特性時(shí)需要考慮的因素。 抗靜電材料的特性和使用 絕緣材料與其他材料相接觸會(huì)產(chǎn)生靜電，這是因?yàn)槲矬w接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生電荷(電子或分子離子)的遷移?？轨o電材料能夠讓這種電荷的遷移最小化。但是，因?yàn)槟Σ疗痣娙Q于相互作用的兩種物質(zhì)或物體，所以單獨(dú)說某種材料是抗靜電的并不準(zhǔn)確。 準(zhǔn)確的說法應(yīng)該是，該種材料對(duì)另一種材料來講是抗靜電的。實(shí)際當(dāng)中，所指其他材料既有絕

8、緣材料，如印刷線路板(PWB)環(huán)氧樹脂基材，也有導(dǎo)電材料，如PWB 上的銅帶。它們?cè)谀承┻^程及取放當(dāng)中都可能帶電。 多數(shù)商用抗靜電材料是對(duì)生產(chǎn)過程中的多數(shù)材料是抗靜電材料的材料，因此才被稱為抗靜電材料。它們有三種不同類型：(1)通過抗靜電劑表面處理；(2)合成時(shí)混入抗靜電劑在表面形成抗靜電膜的材料(3)本身就有抗靜電性的材料。 常用的抗靜電劑能夠減少許多材料的靜電，因此應(yīng)用廣泛。它們一般是溶劑或載體溶液混入抗靜電表面活性劑，如季銨化合物、胺類、乙二醇、月桂酸氨基化合物等而制成。使用抗靜電劑能夠在材料之間形成一層主導(dǎo)材料表面特性的薄膜。這些抗靜電劑都是表面活性劑，其減少摩擦電壓的機(jī)理還不得而知。

9、然而，研究發(fā)現(xiàn)，這些表面活性劑都具有吸收水分子的特性，它們能夠促使材料表面吸收水分。實(shí)際應(yīng)用同樣也是，抗靜電劑的效果受環(huán)境濕度的影響很大。此外，抗靜電劑也可減少摩擦力，有利于減少摩擦電壓。 因?yàn)榭轨o電劑具有一定的導(dǎo)電性能，所以在適當(dāng)濕度的條件下，它們能夠通過耗散來泄放靜電。但在實(shí)際當(dāng)中，后一種特性可能更容易得到重視，因而它也就成為了評(píng)估抗靜電材料的最主要的指標(biāo)。但是，抗靜電材料更重要的功能應(yīng)當(dāng)是其在沒有接地的狀態(tài)下減少靜電產(chǎn)生的功能，而不是導(dǎo)電性。 靜電耗散材料的特性和使用 很多時(shí)候靜電的產(chǎn)生不可避免，因此安全地消除靜電顯得更為重要。許多抗靜電材料在接地或與地板等大的平面導(dǎo)體接觸的時(shí)候也具備靜

10、電耗散功能。靜電耗散材料具有相似的體積電阻，或用導(dǎo)電材料覆蓋，如用于工作臺(tái)的臺(tái)墊等。耗散材料在接觸帶電器件時(shí)，能夠使放電的電流得到限制。 EIA 和ESDA對(duì)靜電耗散材料的定義是，表面電阻率在1051012 /sq的材料。Bossard等學(xué)者的研究表明，105 /sq下限電阻對(duì)于能量敏感器件的保護(hù)來講是適當(dāng)?shù)?，這類器件會(huì)因熱熔導(dǎo)致失效。 除表面電阻率之外，靜電耗散材料另一個(gè)重要特性是將其將靜電荷從物體上泄放的能力，而描述這一特性的技術(shù)指標(biāo)是靜電衰減率。按照孤立導(dǎo)體靜電衰減模型，靜電衰減周期與其泄放電路的電阻與電容乘積(RC)成指數(shù)關(guān)系： V(t) = V0 e-t/ 式中V(t) 為衰減后靜電

11、電壓，V0是衰減前靜電電壓，t為時(shí)間，= RC是時(shí)間常數(shù)。 研究靜電泄放能力，典型的假設(shè)是，在特定的時(shí)間內(nèi)，如2秒內(nèi)，將靜電電壓衰減到一個(gè)特定的百分比，如1%。對(duì)一個(gè)盛放PWB的周轉(zhuǎn)箱來說，其電容大約為50pF，這時(shí)其電阻應(yīng)為： 這個(gè)數(shù)字正好是靜電耗散材料阻值范圍中的值。此外，對(duì)靜電耗散材料來說，相對(duì)濕度也是重要的因素，在靜電衰減測(cè)試當(dāng)中要予以控制和記錄。 導(dǎo)靜電材料的特性和使用 表面電阻率小于1×105/sq的材料被定義為導(dǎo)靜電材料。導(dǎo)靜電材料可以將導(dǎo)靜電材料或靜電耗散材料上的靜電轉(zhuǎn)移到自身的表面。它通常用于分流目的，將器件的引腳連接到一起以保證引腳之間的電位相同。 要想達(dá)到分流的

12、目的，須保證兩點(diǎn)：第一，在快速放電中保持等電位。這一限制與材料的電感有關(guān)。測(cè)試實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，8000V的脈沖電壓能將放在導(dǎo)靜電泡沫材料中的，對(duì)HBM放電非常敏感的器件(小于50V)的器件損壞。雖然測(cè)試證明，對(duì)器件引腳進(jìn)行分流保護(hù)在工廠生產(chǎn)環(huán)境中已經(jīng)足夠，但是有證據(jù)表明，分流保護(hù)仍然不能排除可能的損傷。最近公布的一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了這一點(diǎn)。 第二，分流必須讓器件引腳閉合。許多靜電放電，特別是帶電器件模型(CDM)下的放電，放電的時(shí)間只有1ns，如果分流用物體距離器件幾英寸遠(yuǎn)，此時(shí)器件引腳上的ESD會(huì)在電流流過分流導(dǎo)電材料形成的等電位連接之前就損傷了器件。 典型的導(dǎo)靜電材料是混入了碳粉的高分子聚合材料

13、(如前面所提到的導(dǎo)電泡棉)或采用真空熏鍍金屬層的材料(如屏蔽袋)。雖然，105 /sq是導(dǎo)靜電材料和靜電耗散材料的界限值，它并不是提供CDM保護(hù)的下限值。這一點(diǎn)，在只有10-104 /sq導(dǎo)電材料可以選擇時(shí)非常有用。使用導(dǎo)靜電材料會(huì)導(dǎo)致CDM損傷的風(fēng)險(xiǎn)增加。 幾種典型的包裝應(yīng)用 1.卷盤包裝 由于表面貼裝工藝(SMT)的大量使用，卷盤成為集成電路(IC)取放方式的首選包裝。因?yàn)榫肀P能夠大幅提高生產(chǎn)能力，并能減少操作人為影響，這種包裝方式迅速取代了IC包裝管。然而，制作包裝的材料會(huì)與ESD敏感器件長(zhǎng)時(shí)間接觸，所以它也就成為器件ESD安全的關(guān)鍵因素。 卷盤包裝最早用于分立型被動(dòng)器件，如片式電阻的包

14、裝，因?yàn)檫@些器件通常不是ESD敏感器件。早期的卷盤包裝不是防靜電的，結(jié)果，在將卷盤覆蓋層從載帶剝離時(shí)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生超過10,000V的靜電。此時(shí)片狀器件甚至?xí)莒o電引力在載帶上直立起來，這對(duì)自動(dòng)化的生產(chǎn)過程有極大的危害。這一點(diǎn)要求卷盤生產(chǎn)中與IC相接觸的材料必須使用安全的材料。因?yàn)闀?huì)增加器件的潛在損傷緣故，我們努力尋找合適的材料來解決這一問題。有一點(diǎn)是明確的，卷盤材料對(duì)器件產(chǎn)生的靜電比包裝管對(duì)器件產(chǎn)生的靜電確實(shí)要高，雖然在它們的廣告上說是ESD安全的，或者說是按照EIA541之類標(biāo)準(zhǔn)制作的。 一些卷盤帶上的確使用了抗靜電材料，但這些材料僅僅是在外面的非粘貼層，粘貼面與器件接觸后，仍會(huì)產(chǎn)生超出預(yù)料的

15、高靜電壓。 除此之外，另外一點(diǎn)需要注意的是，載帶材料的導(dǎo)電性過強(qiáng)，還可能會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)感應(yīng)的CDM失效。其原因是，當(dāng)時(shí)沒有能與典型的抗靜電材料相匹配的粘膠。 導(dǎo)電材料載帶的這種缺陷在CDM敏感器件(150V)的一系列實(shí)驗(yàn)中可以得到證實(shí)。將敏感器件裝入表面電阻率為1100/sq材料的載帶，做振動(dòng)試驗(yàn)，以模擬器件的運(yùn)輸和取放過程，然后測(cè)試其是否失效。結(jié)果顯示，器件中有相當(dāng)大的數(shù)量擊穿電壓等電性能顯著下降；相反，使用104 /sq載帶和絕緣材料的覆蓋帶做同樣的實(shí)驗(yàn)，卻沒有出現(xiàn)電性能的下降。圖1是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的匯總。 2.防靜電包裝袋 對(duì)于屏蔽袋的使用，在ESD行業(yè)曾經(jīng)有許多誤區(qū)。這些誤區(qū)主要與早期的靜電場(chǎng)敏感器件有關(guān)。盡管在ESD保護(hù)環(huán)境中，很難發(fā)生無保護(hù)的MOSFET的器件失效，但是人們還是普遍相信這些器件會(huì)在靜電場(chǎng)中損壞。 現(xiàn)在這些觀點(diǎn)已經(jīng)基本被摒棄了，但是一些產(chǎn)業(yè)仍然保留著使用屏蔽袋的要求。盡管器件會(huì)因感應(yīng)帶電，這取決于其在電場(chǎng)中停留的時(shí)間，而屏蔽層確實(shí)可以減少感應(yīng)的影響，但這些屏蔽層既不是唯一的解決辦法，也不是最佳的解決辦法。表2是幾種包裝抗靜電能力的測(cè)試結(jié)果。其實(shí)驗(yàn)基本方法是，將HBM敏感度200V的敏感器件或同等電壓敏感度的探頭放在包裝袋中，再使用HBM模擬器放電測(cè)試其靜電破壞情況。數(shù)值指示的是器件在袋中被損壞時(shí)施加電壓。 這些數(shù)據(jù)表明，在一個(gè)常規(guī)