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ESD包裝選用的技術(shù)考慮（中）

編輯：chocolate 2011-04-02 09:17:08 瀏覽：1965 來源：互聯(lián)網(wǎng)

　　【提要】本文描述了ESD防護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臺面和傳送帶。

　　幾種典型的包裝應(yīng)用

　　卷盤包裝

　　SMT的普及讓卷盤成為集成電路（IC）取放方式的首選包裝。因為卷盤能夠大幅度提高生產(chǎn)能力，并能減少操作人為影響，這種包裝方式很大程度上取代了IC包裝管。然而，卷盤包裝最早用于分立型被動器件，如片式電阻的包裝，因為這些器件通常不是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經(jīng)常會產(chǎn)生超過10000V的靜電。此時片狀器件甚至?xí)莒o電引力在載帶上直立起來，這對自動化的生產(chǎn)過程有極大的危害。這一點要求卷盤生產(chǎn)中與IC相接觸的材料必須使用安全的材料。因為會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。有一點是明確的，卷盤材料對器件產(chǎn)生的靜電比包裝管對器件產(chǎn)生的靜電確實要高，盡管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。

　　材料典型的靜電壓（V）典型情況下的靜電量（nc）

　　包裝管 0 0.005

　　導(dǎo)電覆蓋帶 50 0.725

　　耗散覆蓋帶 50 0.611

　　絕緣覆蓋帶 8000 1.020

　　表1 器件在包裝管和不同材料的卷盤包裝中產(chǎn)生的靜電。

　　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，仍會產(chǎn)生超出預(yù)料的高靜電壓。

　　除此之外，另外一點需要注意的是，載帶材料的導(dǎo)電性過強，還可能會導(dǎo)致場感應(yīng)的CDM失效。其原因是，當(dāng)時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）的一系列實驗中可以得到證實。將敏感器件裝入表面電阻率為1~100 Ω/sq材料的載帶，做振動試驗，以模擬器件的運輸和取放過程，然后測試其是否失效。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 Ω/sq載帶和絕緣材料的覆蓋帶做同樣的實驗，卻沒有出現(xiàn)電性能的下降。圖1是實驗結(jié)果的匯總。

　　防靜電包裝袋

　　對于屏蔽袋的使用，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敏感器件有關(guān)。盡管在ESD保護環(huán)境中，很難發(fā)生無保護的MOSFET的器件失效，但是人們還是普遍相信這些器件會在靜電場中損壞。

材料	典型的靜電壓（V）	典型情況下的靜電量（nc）
包裝管	0	0.005
導(dǎo)電覆蓋帶	50	0.725
耗散覆蓋帶	50	0.611
絕緣覆蓋帶	8000	1.020

表1 器件在包裝管和不同材料的卷盤包裝中產(chǎn)生的靜電。

現(xiàn)在這些觀點已經(jīng)基本被摒棄了，但是許多產(chǎn)業(yè)仍然保留著使用屏蔽袋的要求。盡管器件會因感應(yīng)帶電，這取決于其在電場中停留的時間，而屏蔽層確實可以減少感應(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試結(jié)果。其實驗基本方法是，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模擬器放電測試其靜電破壞情況。數(shù)值指示的是器件在袋中被損壞時施加電壓。

這些數(shù)據(jù)表明，在一個常規(guī)的ESD控制條件下的環(huán)境中，如電子產(chǎn)品生產(chǎn)車間，表中所列的任何一種材料都可以使用。此環(huán)境的靜電壓完全可以保持在2500V以下，低于最小的靜電損傷電壓。

屏蔽包裝袋在使用后效果會大大減弱，因為折疊或彎曲都會造成金屬層穿孔和破裂。因此，包裝袋或盒最重要的特性是它們的抗靜電性、靜電耗散性以及物理保護性能。表2的數(shù)據(jù)還說明，屏蔽包裝袋不是解決電子產(chǎn)品在非控制環(huán)境中取放的最理想的材料。相比之下，剛性材料的包裝可以提供適當(dāng)?shù)目障叮瑢ζ骷腅SD保護和物理保護都能收到較好的效果。

電容耦合和空氣間隙

導(dǎo)電和屏蔽材料多數(shù)情況下不是必須的包裝材料，其中一個原因是，器件相對于靜電源的方位可以最大限度地減少其受到的影響。圖2中所列示的材料都能夠通過空氣間隙達到這一目的，接下來我們逐一討論。

周轉(zhuǎn)箱

多數(shù)的周轉(zhuǎn)箱使用靜電耗散材料制作，其表面的靜電荷可以通過接地，或放置在靜電耗散材料或?qū)щ姴牧系淖烂嫔闲埂D4是存放線路板的耗散材料周轉(zhuǎn)箱的示意圖，其外側(cè)及周邊周轉(zhuǎn)箱的電荷可能無法通過接地消除，但箱子的結(jié)構(gòu)及線路板的方位可以讓其與這些靜電源的耦合最小：

從平行電容模型來看，周轉(zhuǎn)箱與線路板接觸的部分與后者垂直，能夠?qū)㈦娙萁档偷阶钚�，因而耦合較弱，而與線路板平行的表面，由于線路板與箱面之間能保持大約為1/2英寸以上的距離，因而也能夠降低其電容值，有效減少耦合。

這種結(jié)構(gòu)能夠提供的保護很難量化。相比線路板放水平面靜電源上的耦合，這種結(jié)構(gòu)通常情況下能夠讓其耦合減少一半。因為箱體經(jīng)常需要進行滑動，而其摩擦所產(chǎn)生的靜電會在表面停留。

發(fā)泡包裝與（屏蔽）包裝袋

使用剛性或半剛性包裝材料時，能夠在運輸和取放時讓器件與外界保持適當(dāng)?shù)目障�，這些空隙可以讓包裝在不使用導(dǎo)電材料的前提下，提供物理性保護的同時減少場強的影響。我們所看到的多數(shù)對屏蔽研究的文獻，是假設(shè)包裝袋處于極端惡劣的環(huán)境下，周圍的靜電源高達15,000-35,000 V，得出的結(jié)論，實際在通常的情況下，剛性包裝與其他的包裝結(jié)合使用已經(jīng)足夠減少ESD的損壞。

材料	損傷電壓(V)
新包裝袋	舊包裝袋
導(dǎo)電紙板	2500	—
絕緣袋	4000	—
抗靜電（粉紅色聚乙烯）袋	4500	—
靜電耗散袋	5000–6000	—
抗靜電氣泡片	4500–6500	6000
抗靜電泡棉	6500	—
屏蔽包裝袋（三層結(jié)構(gòu)）	6500–8000	5000–6000