静电防护措施在电视机生产中的应用

2010-04-04刘仰会

电子设计工程 2010年1期

刘仰会

（陕西康佳电子有限公司陕西咸阳 712099）

随着IC技术的不断发展，超大规模集成电路应用广泛，使得电视机制造更简单。由于集成电路诸如电源厚膜IC、伴音处理IC、伴音功放IC、场输出IC、CPU与解码器合二为一的超级集成器件的广泛应用，不仅降低电视机生产成本，而且使其批量生产成为可能。但静电电势是损坏集成电路的主要问题，因而静电防护是电视机制造商在生产过程必须解决的问题。针对上述问题，这里介绍了静电防护在电视机生产中的应用。

1 静电产生及静电失效机理[1-3]

凡是导电性能差的物体在受到摩擦后都会产生静电，带电物体越大，其聚集的电能就越大。经测试，塑料椅和胶箱所带静电电势约3 000 V，用于包装电源线的塑料袋、数字板的泡泡纸的静电电势约1 000 V；而一直转动摩擦的皮带线的某些地方的静电电势高达5 000 V；特别是线体上常见的材料——泡方，稍加摩擦静电势就超过5 000～8 000 V。而且上述带有静电的本体较大，聚集电能也较大，因此对电视机各个元器件损坏就更大。

而电视机生产中大量使用的主器件，CPU、MCU、UOC（超级单片）等，都是处理小信号的，属于低压型集成电路，其使用电压一般都不超过10 V，所以这些集成电路的引脚至引脚间的耐压值不超过50 V，即当其引脚间的电压超过50 V，内部连通，集成电路就为导体,静电释放提供通路。

由于静电通过接地释放，当静电聚集，集成电路提供内部通路，而在电视机生产中采用的集成电路的一个或多个引脚恰好接地，这样就可能完成一个放电循环，当放电电流足够大时，集成电路被静电损坏的可能性就增大。

1.1 ESD失效

典型静电（ESD失效）失效机理是半导体材料过流失效所致。在观察剖片时，找到一个细小的物理损坏点，并以细线状的击穿线穿过晶体的外延及扩散层；这种损坏不同于过负荷失效（EOS失效），其剖片在晶体表面形成大物理损伤点，造成明显短路点，因为ESD是过流失效。

1.2 集成电路静电防护等级

集成电路的静电防护等级常规是2 000 V，该静电防护等级是指集成电路的塑料包封表面与裸露引线间不被击穿的最小静电电势。而实际却出现在杂引线与引线间的静电电势，数百伏的静电电势可能导致集成电路损坏。静电致损模式下，电压只决定静电能量，而真正损坏集成电路的却是静电电势释放的电流。

1.3 静电失效的致损模式

首先在集成电路设计中增加必要的保护电路，同时采取相应的改进工艺等措施，特别是采用MOS工艺的集成电路应采取较好的保护措施。由于对双极性集成电路的静电防护重视程度不够，而且制造商这类工艺的集成电路的静电防护措施差，导致在电视机生产中这两类集成电路都有损坏。

目前电视机使用的主器件MCU超级单片的工艺线宽已达到0.13～0.18 μm，一个芯片中集成的元件数已超过百万数量级，静电对集成电路的威胁越来越大，因此，对整机组装加工业的生产线体、设备、操作人员的静电防护要求就更高。

1.4 静电产生与防止

由于只有聚集且形成一定能量的静电才能损坏集成电路，因此，这里对静电聚集进行分析。

1.4.1 材料

1）危险材料（电阻率：＞109Ω）极易带静电，不能释放而聚集上千伏的静电电势。由于在电视机生产线上大量使用，并与生产线体、操作人员衣物，某些机械不停摩擦，不断产生并聚集极高的静电电势，因此，这类材料在电视生产中需要特别注意。

2）静电防护材料（电阻率：103～109Ω）这类材料不完全导电，具有较大阻值，但不是绝缘体,如黑色胶箱及涂有静电防护材料的皮带线、橡胶台面等。由于这类材料具有轻导电性以及接地释放静电的特性，其表面静电电势小于200 V，故正常情况下，静电防护材料一般不会对集成电路产生威胁。

3）导体（电阻率：0～1 000 Ω）该类材料是导电性能良好的物体（如金属），也是电视机生产线大量使用的材料。由于该类材料具有良好的导电性，静电荷几乎不可能聚集，经测量，接地良好的金属材料的静电势不到50 V，有些甚至更小。从静电防护的角度考虑，由于金属材料具有良好的导电性和一定的阻值，保证静电缓慢释放，避免静电瞬时释放大电流冲击集成电路。虽然接地良好的金属不可能聚集静电，但假设已带有静电的集成电路一旦与导体接触，本应缓慢释放的静电电势被导电良好的导体瞬时以大电流释放，则导致集成电路的损坏。因此，导体实际也是一种危险材料。

1.4.2 湿度

从静电防护角度来看，理论上，湿度为45%以上时，集成电路是安全的，35%～45%是警惕湿度，而湿度小于35%是静电危险区。我国北方冬季气候干燥，极易形成高压静电，由于静电通过与控制面板相近的镀铬的按键窜入主板，电视机的MCU损坏，造成死机，电视机外型设计除实用美观外，还应对静电安全距离作为可靠性的考虑。此外，在电视机生产过程中应注意去除按键毛刺，防止静电空气击穿而引起尖端放电。

1.4.3 误区

曾认为静电威胁集成电路只存在于电视机电路板焊接前，因为集成电路所有引脚悬空而对地处于高阻态，会使静电易于聚集，形成高静电而可能损坏集成电路。但电路板经焊接后，由于外接电阻、电容、电感等元件改变了集成电路引脚至引脚与地之间的高阻态，这些外接电路为静电释放提供回路，从而避免集成电路的静电致损。但也有焊接后的电路板甚至是整机中的集成电路被静电致损。尽管焊接后的电视机电路板的静电防护可稍低一些，但也应防止周围环境形成静电。

2 生产过程中静电防护措施遵循原则

2.1 领导重视，员工理解

在电视机整机制造中静电防护十分重要，各部门领导必须严格重视。任何措施都要借助员工执行，每个员工应理解重视静电防护的严重性，才能将静电防护措施贯彻于工作中。

2.2 合理分类，逐步实施

目前市面静电防护产品很多，如静电防护工作服、工作帽、静电手环、离子风机、静电防护料盒、静电防护周转箱、静电防护工作台等，但多数价格较高。因而电视机制造商应根据自身产品特点、IC等级以及产品成本决定推行具体的静电防护措施，并统一部署。

2.3 监督跟踪不放松

静电防护是一项艰巨工程，各环节、各项措施必须认真执行。由于部分措施是强制执行的，操作者可能不能100%的执行。因而必须采取监督措施，不断纠正不符合静电防护要求的操作，直至完全符合静电防护要求。

3 生产过程中简单静电防护措施[4-5]

以下给出电视机生产中简单静电防护的各种措施：1）接触、插装IC（SSD元件）的员工必须佩带静电防护手环，静电防护手环应可靠接在静电防护地线上。2）静电防护地线为专用线，禁止与安全接地线串接。3）在插装SSD元件时应放置于静电防护料盒内，静电防护盒须可靠与静电防护地线连接。4）SSD元件需从原包装中逐一取出。5）焊接有SSD元件的PCB板在修锡及插焊过程中,使用的烙铁头必须可靠接于安全地线，接地电阻越小越好。由于烙铁头易氧化，烙铁头与地之间的阻值应不大于30 Ω。6）装有SSD元件的PCB板、部件在转运时应使用静电防护周转箱,若无静电防护周转箱则需在料框四周辅设纸板。7）非SSD元件及半成品的周转箱若使用一般料框时，则在四周辅设纸板。8）用于检测、调试用工装，接地触针数量应不少于3根，且接地针长度应高于其他针长度，保证接地系统优先连接。9）为避免CRT高压区有残余电荷，在使用前须释放残余电荷。10）部分机芯板在调检完后不能快速释放电荷，CRT板与主板连接时易产生碰接打火，因而CRT板须用棉质物包扎。11）如条件允许，则要保持作业场所湿度不低于50%。12）生产线上传输带、工作台面应采用静电防护胶皮。13）生产线体上所有用于检测的仪器外壳须可靠接地。14）所有用泡沫包装的元器件在进入作业场所前须倒置于纸质箱内。