大研智造丨電子裝聯(lián)中的靜電放電危害：ESD防護(hù)策略詳解

1. 引言

在當(dāng)今這個(gè)技術(shù)日新月異的時(shí)代，電子元器件的尺寸和功能不斷突破極限。然而，這種進(jìn)步也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)：元器件的靜電敏感電壓降低，使得即使是微弱的靜電電壓也可能造成器件擊穿，引發(fā)斷路或短路，甚至使整個(gè)部件失效。ESD產(chǎn)生的電磁脈沖還可能導(dǎo)致邏輯電路異常翻轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤和丟失。這些問(wèn)題不僅影響組件、設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性，還可能對(duì)電子產(chǎn)品的質(zhì)量和制造商的聲譽(yù)造成嚴(yán)重影響。盡管如此，許多人仍然存在“重技術(shù)輕管理”的傾向，忽視了靜電防護(hù)管理的重要性。

2. 靜電對(duì)電子元器件的危害

靜電放電現(xiàn)象在電荷轉(zhuǎn)移時(shí)發(fā)生，其危害不容忽視。據(jù)斯蒂芬·哈爾普瑞在《靜電控制管理指導(dǎo)》中指出，靜電危害導(dǎo)致的電子產(chǎn)品損壞率在8%到33%之間。日本的研究顯示，45%的電子元器件不合格品是由靜電造成的。在英國(guó)，靜電引起的年度損失超過(guò)20億英鎊，而在中國(guó)，這一數(shù)字也超過(guò)了10億人民幣。這些數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)了靜電防護(hù)在電子元器件行業(yè)中的現(xiàn)實(shí)意義。

3. 電子元器件的靜電起因和影響因素

靜電的起因主要分為電子的得失和電荷的再分布。在日常生活、工作和工業(yè)生產(chǎn)中，人體是最主要的靜電發(fā)生源之一。人體在與地面隔離時(shí)，成為一個(gè)電容器，存儲(chǔ)電荷。人體靜電放電是造成電子元器件損壞和干擾電子設(shè)備運(yùn)行的主要原因。影響人體靜電積累的因素包括服裝材料、濕度、對(duì)地電阻和人體運(yùn)動(dòng)速度。

（1）服裝材料的影響： 不同的服裝材料會(huì)影響人體的起電性質(zhì)和帶電量，進(jìn)而影響靜電電位。

（2）濕度的影響： 環(huán)境濕度越大，人體積累的靜電電荷越少。

（3）泄露電阻的影響： 對(duì)地漏電電阻越高，人體積累的靜電越多，主要由鞋、襪子和地面條件決定。

（4）速度的影響： 人體活動(dòng)或操作的速度越快，分離過(guò)程越快，通電量越高。根據(jù)數(shù)據(jù)，當(dāng)人體穿著拖鞋在橡膠地板上行走時(shí)，人的電位在快速行走時(shí)可達(dá)2.5kV，而在緩慢行走時(shí)僅為0.8kV。因此，在元器件的生產(chǎn)過(guò)程中要規(guī)定各項(xiàng)操作速度的安全界限。

4. 靜電防護(hù)技術(shù)

靜電產(chǎn)生需要三個(gè)基本要素：靜電源、敏感器件和路徑。有效的靜電防護(hù)策略包括控制靜電源、減少電荷不平衡、切斷靜電源和敏感器件之間的耦合路徑，以及加固敏感器件，使其對(duì)靜電不敏感。

5. 靜電防護(hù)管理

由于電子產(chǎn)品的靜電損傷不易檢測(cè)和識(shí)別，靜電危害一直是電子產(chǎn)品的一大難題。人們的防靜電意識(shí)對(duì)于靜電防護(hù)至關(guān)重要。靜電防護(hù)管理是提高電子產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的重要途徑，也是加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管理的重要內(nèi)容。

6. 激光焊錫工藝

激光軟釬焊是一種利用激光束作為加熱熱源的焊接技術(shù)，通過(guò)輔助加熱電子器件的引腳、無(wú)引線器件的焊盤，或直接加熱焊膏/焊球/錫絲，使釬料熔融，形成冶金連接。按釬料形態(tài)來(lái)分，激光軟釬焊技術(shù)工藝包括：激光錫球焊、激光錫絲焊、激光錫膏焊等。

以高速導(dǎo)線焊接為例，激光錫球焊接工藝流程如圖 1 所示。

激光焊錫技術(shù)具有其它加工方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，諸如：

（1）非接觸式焊接，無(wú)靜電、摩擦等外力影響；

（2）非接觸式加熱，對(duì)點(diǎn)焊頭材料及形狀無(wú)要求，且無(wú)需經(jīng)常更換，維護(hù)方便；

（3）局部加熱，激光束能夠精確定位于待釬焊部位，熱影響區(qū)小，局部限制的熱輸入避免了對(duì)周圍材料的熱損傷，尤其是熱敏感元件；

（4）靈活且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)方式不易施焊部位焊接或多工位連續(xù)焊接，且通過(guò)軟件編程可實(shí)時(shí)控制激光軟釬焊設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)焊接流程全自動(dòng)化的目標(biāo)，生產(chǎn)效率高；

（5）重復(fù)操作穩(wěn)定性好，釬劑對(duì)焊接工具污染小，且激光照射時(shí)間和輸出功率易于控制，焊接成品率高，重復(fù)性好；

（6）工藝參數(shù)精確可控，可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)別的焊接精度，針對(duì)不同材料的元器件，選擇合適的激光波長(zhǎng)，可通過(guò)控制工藝參數(shù)以獲得均勻的焊點(diǎn)質(zhì)量，焊點(diǎn)可靠性高；

（7）基板材料溫度上升相對(duì)較小，減小了機(jī)械應(yīng)力，且釬料的快速熔化和冷卻可以產(chǎn)生微細(xì)的焊點(diǎn)微觀組織，提高焊點(diǎn)的抗疲勞壽命；

（8）可配備 CCD 監(jiān)視器，對(duì)位準(zhǔn)確，有效避免了虛焊、漏焊、短路等焊接缺陷。

（9）清潔環(huán)保，由于焊接過(guò)程中不需要使用額外的焊接材料或助焊劑，激光焊接大大減少了生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境污染和廢物產(chǎn)生。

結(jié)束語(yǔ)

隨著集成電路上晶體管數(shù)目的不斷增加，靜電防護(hù)的難度也在加大。有效的防靜電技術(shù)和管理體系是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。激光軟釬焊技術(shù)以其精密、高效、可控的特點(diǎn)，展現(xiàn)出傳統(tǒng)焊接無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)了電子產(chǎn)品小型化、線路密集化的發(fā)展趨勢(shì)，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)智能化生產(chǎn)。

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