摘要

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(wèn)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(guò)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(guò)程中可能接觸到的工作臺(tái)臺(tái)面和傳送帶。

重要術(shù)語(yǔ)的理解

以下術(shù)語(yǔ)是理解ESD材料和進(jìn)行包裝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)：

?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（StaticDissipative）：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10⁵~10¹²Ω/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(guò)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(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試。不過(guò)，這并不時(shí)說(shuō)它們是萬(wàn)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，是指表面電阻率小于10⁵Ω/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。

在對(duì)這三種材料的理解上容易有一些誤區(qū)，比如，許多材料既是抗靜電材料又是靜電耗散材料；很多時(shí)候通常導(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(guò)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。

抗靜電材料及使用

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，抗靜電材料能夠讓這種電荷的遷移濟(jì)小化。不過(guò)，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(shuō)某種材料是抗靜電的并不準(zhǔn)確。

準(zhǔn)確的說(shuō)法應(yīng)該是，該種材料對(duì)另一種材料來(lái)講是抗靜電的。實(shí)際當(dāng)中，所指其他材料既有絕緣材料，如印刷線路板（PWB）環(huán)氧樹(shù)脂基材，也有導(dǎo)電材料，如PWB  上的銅帶。它們?cè)谀承┻^(guò)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(guò)程中的多數(shù)材料是抗靜電材料的材料，因此才被稱(chēng)為抗靜電材料。它們有三種不同類(lèi)型：（1）通過(guò)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(lèi)、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。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(guò)耗散來(lái)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)估抗靜電材料的濟(jì)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(méi)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。

靜電耗散材料及使用

很多時(shí)候靜電的產(chǎn)生不可避免，因此可靠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。

按照EIA 和ESDA的定義，靜電耗散材料是表面電阻率在10⁵ ~10¹² Ω/sq的材料。Bossard等學(xué)者的研究表明，10⁵ Ω/sq下限電阻對(duì)于ESD能量敏感器件的保護(hù)來(lái)講是適當(dāng)?shù)?，這類(lèi)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)=V₀e^-t/t

式中V(t) 為衰減后靜電電壓，V₀是衰減前靜電電壓，t為時(shí)間，t= 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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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1X10⁵Ω/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)到分流的目的，須保證兩點(diǎn)：弟一，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。雖然有測(cè)試表明，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。濟(jì)近公布的一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了這一點(diǎn)。

弟二，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(guò)分流導(dǎo)電材料形成的等電位連接之前就損傷了器件。

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(guò)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?*結(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。

典型的導(dǎo)靜電材料是混入了碳粉的高分子聚合材料（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 Ω/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10–10⁴Ω/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

卷盤(pán)包裝.SMT的普及讓卷盤(pán)成為集成電路（IC）取放方式的優(yōu)選包裝。因?yàn)榫肀P(pán)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(pán)包裝濟(jì)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(pán)包裝不是防靜電的，結(jié)果，在將卷盤(pán)覆蓋層從載帶剝離時(shí)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生超過(guò)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(lái)，這對(duì)自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程有極大的危害。這一點(diǎn)要求卷盤(pán)生產(chǎn)中與IC相接觸的材料必須使用可靠的材料。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(lái)解決這一問(wèn)題。有一點(diǎn)是明確的，卷盤(pán)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(shuō)是ESD可靠的，或者說(shuō)是按照EIA541之類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)制作的。