摘要

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。

重要術(shù)語的理解

以下術(shù)語是理解ESD材料和進行包裝設(shè)計的基礎(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（ESDA）和電子工業(yè)聯(lián)合會（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)充電和放電失效過程中防護，甚至包括了自動生產(chǎn)線。當(dāng)然在使用當(dāng)中須經(jīng)過簡單的測試。不過，這并不時說它們是萬能的，有時我們也需要使用導(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，在某些時候，它們還被用于區(qū)域的靜電場屏蔽。

在對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；很多時候通常導(dǎo)電材料與一些絕緣材料也會產(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，懂得在它們在什么情況下的應(yīng)用，對于實施和保持有效的ESD控制體系非常關(guān)鍵，同時也是正確評價防靜電材料供應(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)成為評價材料特性時需要考慮的因素。

抗靜電材料及使用

絕緣材料與其他材料相接觸會產(chǎn)生靜電，這是因為物體接觸時，會發(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小化。不過，因為摩擦起電取決于相互作用的兩種物質(zhì)或物體，所以單獨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，該種材料對另一種材料來講是抗靜電的。實際當(dāng)中，所指其他材料既有絕緣材料，如印刷線路板（PWB）環(huán)氧樹脂基材，也有導(dǎo)電材料，如PWB  上的銅帶。它們在某些過程及取放當(dāng)中都可能帶電。

多數(shù)商用抗靜電材料是對生產(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。

因為抗靜電劑具有一定的導(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估抗靜電材料的濟主要的指標(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。

靜電耗散材料及使用

很多時候靜電的產(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，如用于工作臺的臺墊等。耗散材料在接觸帶電器件時，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下限電阻對于ESD能量敏感器件的保護來講是適當(dāng)?shù)模@類器件會因熱熔導(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為時間，t= RC 是時間常數(shù)。

研究靜電泄放能力，典型的假設(shè)是，在特定的時間內(nèi)，如2秒內(nèi)，將靜電電壓衰減到一個特定的百分比，如1%。對一個盛放PWB的周轉(zhuǎn)箱來說，其電容大約為50pF，這時其電阻應(yīng)為：

這個數(shù)字正好是靜電耗散材料阻值范圍中的值。此外，對靜電耗散材料來說，相對濕度也是重要的因素，在靜電衰減測試當(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。

要想達到分流的目的，須保證兩點：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)。測試實驗中發(fā)現(xiàn)，8000V的脈沖電壓能將放在導(dǎo)靜電泡沫材料中的，對HBM放電非常敏感的器件（小于50V）的器件損壞。雖然有測試表明，對器件引腳進行分流保護在工廠生產(chǎn)環(huán)境中已經(jīng)足夠，但是有證據(jù)表明，分流保護仍然不能排除可能的損傷。濟近公布的一些實驗數(shù)據(jù)證明了這一點。

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，放電的時間只有1nS，如果分流用物體距離器件幾英寸遠，此時器件引腳上的ESD會在電流流過分流導(dǎo)電材料形成的等電位連接之前就損傷了器件。

很少有實例表明，器件會對純粹的靜電場敏感。實際當(dāng)中，使用導(dǎo)靜電材料僅僅對表面聲波（SAW）過濾的器件和光掩膜集成電路（IC）的器件是必要的，因為它們金屬**結(jié)構(gòu)中有微小的空氣間隙（這種結(jié)構(gòu)會讓靜電場增強）。此外，非連續(xù)型金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）器件在有非常長的天線引入線接觸器件時，由于場強影響放大，也會被靜電場損壞。

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保護的下限值。這一點，在只有10–10⁴Ω/sq導(dǎo)電材料可以選擇時非常有用。使用導(dǎo)靜電材料會導(dǎo)致CDM損傷的風(fēng)險增加。

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）取放方式的優(yōu)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，

卷盤包裝濟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可靠的材料。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可靠的，或者說是按照EIA541之類標(biāo)準(zhǔn)制作的。