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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：1992 來源：互聯(lián)網(wǎng)

　　【提要】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。

　　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?yàn)榫肀P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(dòng)器件，如片式電阻的包裝，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10000V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，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(huì)產(chǎn)生超出預(yù)料的高靜電壓。

　　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1~100 Ω/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 Ω/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。

　　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。

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(diǎn)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(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)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(huì)大大減弱，因?yàn)檎郫B或彎曲都會(huì)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(hù)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?duì)器件的ESD保護(hù)和物理保護(hù)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(gè)原因是，器件相對(duì)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(dá)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。蚨詈陷^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(hù)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?yàn)橄潴w經(jīng)常需要進(jìn)行滑動(dòng)，而其摩擦所產(chǎn)生的靜電會(huì)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(shí)，能夠在運(yùn)輸和取放時(shí)讓器件與外界保持適當(dāng)?shù)目障叮@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(hù)的同時(shí)減少場(chǎng)強(qiáng)的影響。我們所看到的多數(shù)對(duì)屏蔽研究的文獻(xiàn)，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(dá)15,000-35,000 V，得出的結(jié)論，實(shí)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