作者：顾霭云,罗道军,等
出版社：电子工业出版社
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表面组装技术(SMT)通用工艺与无铅工艺实施试读：
前言
表面组装技术（SMT，Surface Mount Technology）是先进的电子制造技术，是无须对印制电路板钻插装孔、直接将表面贴装微型元器件贴焊到印制电路板（PCB）或其他基板表面规定位置的先进电子装联技术。与传统的通孔插装技术比较，SMT有如下特点：结构紧凑、组装密度高、体积小、质量小；高频特性好；抗振动冲击性能好，有利于提高可靠性；工序简单，焊接缺陷极少；适合自动化生产，生产效率高、劳动强度低；降低生产成本。SMT在投资类电子产品、军事装备领域、安防领域、电力、汽车电子、计算机、通信设备、彩电、录像机、摄像机及袖珍式高档多波段收音机、随身听、传呼机、手机等几乎所有的电子产品生产中都得到广泛应用。正是SMT的普及应用，使电子产品的功能越来越强、体积越来越小、造价越来越低、更新换代的速度也越来越快。可以说 SMT 为信息化时代的高速发展做出了不可磨灭的贡献。据飞利浦公司预测，到2010年全球范围插装元器件的使用率将下降到10%，SMC/SMD将上升到90%左右。SMT是电子装联技术的发展方向，已成为世界电子整机组装技术的主流。
随着电子产品多功能、小型化、无铅化的需要，近年来 SMT 工艺技术有了很大的改进、创新和发展。例如，通孔元件再流焊工艺（paste-in-hole）、选择性波峰焊、三维堆叠POP（Package On Package）技术等越来越多地被应用。
近一个世纪以来，由于过度的资源开发和工业发展，造成了严重的环境污染。为了保护人类的生存环境，掀起了“绿色制造”浪潮。绿色制造不仅要解决生产过程的污染和资源浪费问题，更重要的是要为社会提供在全寿命周期内没有污染、节约资源的各类产品。10年前为了保护臭氧层，《蒙特利尔议定书》规定了停止生产和使用氟氯化碳合物（CFCs）等消耗臭氧层物质（ODS）的时间（发达国家于1996年停止使用，发展中国家2010年全部停止使用），电子制造中通过采用免清洗技术、非ODS溶剂清洗、水洗和半水清洗技术，已经基本实现了替代或逐步淘汰ODS物质的目标；之后又提出在助焊剂中采用无挥发性有机化合物（无 VOC 类）溶剂，如无铅波峰焊采用“水基溶剂助焊剂”；2003年欧盟的两个指令——ROHS（关于在电子电气设备中限制使用Pb、Hg、Cd、六价Cr、多溴联苯PBB、多溴联苯醚PBDE 6项有害物质指令）和WEEE（关于报废电子电气设备指令），使全球又掀起了“无铅制造”浪潮。我国响应ROHS制定的《电子信息产品污染控制管理办法》已于2006年2月28日正式颁布，2007年3月1日施行。
当前的“无铅焊接技术”比“非ODS清洗技术”和“无VOC”难度大得多。从有铅产品转到无铅产品是个复杂的过程，目前常用的无铅合金与传统的Sn-Pb共晶合金比较，熔点高，工艺窗口小，浸润性差，因此工艺难度大，容易产生可靠性问题。无铅不只是焊接材料（无铅合金、助焊剂）问题，还涉及设计、元器件、PCB、设备、工艺、可靠性、成本等方面的挑战。因此，如何顺利实现从有铅向无铅的过渡是电子制造业界十分关心的问题。
本书结合当前我国 SMT 的发展形势及无铅化进程的需要，包含两部分内容。第一部分“表面组装技术（SMT）通用工艺”共14章，第1章表面组装工艺条件，介绍SMT生产设备和SMT工艺对生产现场的电、气、通风、照明、环境温度、相对湿度、空气清洁度、防静电等的要求，重点介绍“SMT制造中的静电防护技术”和“SMT制造中的工艺控制与质量管理”；第2章典型表面组装方式及其工艺流程；第3章施加焊膏通用工艺，重点介绍金属模板印刷焊膏技术；第4章施加贴片胶通用工艺，重点介绍点胶（滴涂）工艺；第5章自动贴装机贴片通用工艺，介绍贴装工艺要求，离线和在线编程方法，自动贴装机贴装原理，如何提高贴装质量、贴装效率，贴片故障分析及设备维护等内容；第6章再流焊通用工艺，介绍再流焊原理，实时温度曲线的测试方法，正确分析与优化再流焊温度曲线，双面回流焊工艺控制，常见再流焊缺陷分析、预防和解决措施，通孔插装元件再流焊等内容；第7章波峰焊通用工艺，介绍波峰焊原理、工艺参数控制要点，波峰焊质量控制方法，波峰焊常见焊接缺陷分析及预防对策；第8章手工焊、修板和返修工艺；第9章清洗工艺，主要介绍清洗机理和各种清洗工艺；第10章表面组装检验（测）工艺，介绍来料检测、工序检测及表面组装板检测、自动光学检测（AOI），并简要介绍美国电子装联协会《电子组装件验收标准IPC-A-610D》的部分内容；第11章电子组装件三防涂覆工艺，重点介绍电子组装件新型防护技术——选择性涂覆工艺的原理、关键工艺参数，分析选择性涂覆的一些常见工艺问题及其解决方法；第12章挠性板表面组装工艺，介绍挠性印制板的分类、组成材料、制造工艺，挠性板的表面组装焊接、焊接载板治具、焊接加工中的运输和清洗；第13章陶瓷基板表面组装工艺，介绍用于表面组装的陶瓷基板的功能、主要性能参数和常用的陶瓷基板种类，在陶瓷电路基板上进行表面组装的常用方法；第14章其他工艺和新技术介绍，介绍0201、01005的印刷与贴装技术，PQFN的印刷、贴装与返修工艺，倒装芯片（Flip Chip）、晶圆级CSP、CSP的底部填充工艺，COB技术，晶圆级FC、WLP芯片的直接贴装技术，三维堆叠POP（Package On Package）技术、ACA、ACF与ESC技术。第二部分无铅工艺实施共7章，第15章介绍无铅焊接概况和现状；第16章通过对锡焊（钎焊）机理的学习，介绍如何运用焊接理论正确设置再流焊温度曲线；第17章通过对有铅焊接与无铅焊接的比较，较全面地分析无铅焊接的特点、无铅焊接存在的主要问题和应对措施；第18章介绍正确实施无铅工艺的过程与方法；第19章焊点可靠性试验与失效分析技术；第20章讨论无铅焊接可靠性及过渡阶段有铅、无铅混用应注意的问题；第21章介绍无铅生产物料管理。附录A为IEC-TC91电子装联及其相关无铅标准，附录B是与SMT相关的部分IPC标准目录。
本书邀请清华—伟创力 SMT 实验室主任王豫明撰写第 4 章，深圳苹果电脑 OEM Process Manager王红撰写第14章中的“COB技术”，北京电通纬创公司副总经理张海程撰写第12章，北京七星华创公司总工程师王瑞庭撰写第13章，中国赛宝实验室主任罗道军撰写第19章；中国电子技术标准化研究所IEC TC91中国归口负责人刘筠撰写附录A，中国电子技术标准化研究所童晓明提供附录B。
本书在策划和写作过程中，北京 SMT 专委会主任刘利吉给予很大的支持和鼓励；罗道军、王瑞庭、王豫明、张海程、王红、刘筠、童晓明等同志，在百忙中撰写相关章节的内容，在第19章节的写作中，贺光辉协助准备了部分案例，王职坚协助制作了部分图表；电子工业出版社编辑刘海艳、徐萍为本书付出了辛勤的劳动。在本书即将出版之际，一并表示衷心感谢！
本书的编写过程中参考并引用了许多国内外媒体出版发行的文献和业内技术讲座资料中的一些图表等数据资料，其中大多数已列入参考文献，仍有一些找不到原作者与出处，在此向所有本书引用资料的原作者表示感谢！
由于SMT/SMD发展迅速，再加上编者水平有限，书中差错和不足之处在所难免，欢迎广大读者批评指正。
编者第一部分 表面组装（SMT）通用工艺
通用工艺又称为典型工艺，是根据工艺内容的通用性、成熟性和先进性并结合本单位的设备条件和产品特点而提出的工艺课题，是按照具体工艺内容编写的。通用工艺的内容包括工艺条件、工艺流程、操作程序、安全技术操作方法、工艺参数、检验标准和检验方法等。
通用工艺是指导工人操作的最基本的技术文件。
通用工艺规程是企业生产活动中最基础的技术文件。严格按照通用工艺规定的操作程序和质量控制程序进行操作，对提高生产效率、提高产品质量具有十分重要的意义。
表面组装通用工艺包括施加焊膏、施加贴片胶、贴装元器件、再流焊、波峰焊、手工焊与返修、清洗、检验和测试、电子组装件三防涂覆工艺、挠性板表面组装工艺、陶瓷基板表面组装工艺。另外，在第6章表面组装工艺条件中较重点地介绍了SMT制造中的静电防护技术和SMT制造中的工艺控制与质量管理。第19章还介绍了以下新工艺和新技术：0201、01005的印刷与贴装技术，PQFN的印刷、贴装与返修工艺，倒装芯片（Flip Chip）、晶圆级CSP、CSP底部填充工艺，COB技术，晶圆级FC、WLP芯片的直接贴装技术，三维堆叠POP（Package on Package）技术，ACA、ACF与ESC技术。第1章 表面组装工艺条件
SMT是一项复杂的综合性系统工程技术，涉及基板、元器件、工艺材料、设计技术、组装工艺技术、高度自动化的组装和检测设备等多方面因素，涵盖机、电、气、光、热、物理、化学、物理化学、新材料、新工艺、计算机、新的管理理念和模式等多学科的综合技术。SMT产品具有结构紧凑、体积小、耐振动、抗冲击、高频特性好、生产效率高等优点。
SMT 生产设备具有全自动、高精度、高速度、高效益等特点。SMT 工艺与传统插装工艺有很大区别，片式元器件的几何尺寸非常小，组装密度非常高；另外，SMT的工艺材料如焊膏与贴片胶的黏度和触变性等性能与环境温度、湿度都有密切的关系。因此，SMT生产设备和SMT工艺对生产现场的电、气、通风、照明、环境温度、相对湿度、空气清洁度、防静电等条件有专门的要求。
另外，SMT要求高直通率，实现零（无）缺陷或接近零缺陷的再流焊接质量。为了实现高质量、低成本、高效益的目标，不但要科学、全面地掌握工艺技术，同时还要提高企业管理水平，对设计、工艺、物料、设备、人员实现全面管理。因此，SMT制造中的工艺控制与质量管理也是表面组装工艺很重要的工艺条件之一。1.1 厂房承重能力、振动、噪声及防火防爆要求2
厂房地面的承载能力应大于8kN/m。
振动应控制在70dB以内，最大值不应超过80dB。
噪声应控制在70dBA以内。
SMT生产过程中使用的助焊剂、清洗剂、无水乙醇等材料属于易燃物品，生产区和库房必须考虑防火防爆安全设计。1.2 电源
电源电压和功率要符合设备要求。
电压要稳定，一般要求单相 AC 220（220±10%，50/60Hz），三相AC 380V（220±10%，50/60Hz）。如果达不到要求，须配置稳压电源，电源的功率要大于功耗的一倍以上。例如，贴装机的功耗2kW，应配置5kW电源。
贴装机的电源要求独立接地，一般应采用三相五线制的接线方法。因为贴装机的运动速度很高，与其他设备接在一起会产生电磁干扰，影响贴装机的正常运行和贴装精度。1.3 气源
要根据设备的要求配置气源的压力，可以利用工厂的气源，也可2以单独配置无油压缩空气机。一般要求压力大于 7kg/cm。要求清洁、干燥的净化空气，因此需要对压缩空气进行去油、去尘和去水处理。最好采用不锈钢或耐压塑料管做空气管道。不要用铁管做压缩空气的管道，因为铁管会生锈，锈渣进入管道和阀门，严重时会使电磁阀堵塞、气路不畅，影响机器正常运行。1.4 排风、烟气排放及废弃物处理
再流焊和波峰焊设备都有排风及烟气排放要求，应根据设备要求配置排风机。对于全热风炉，一般要求排风管道的最低流量值为5003立方英尺/分钟（14.15m/min）。
SMT生产现场的空气污染源主要来自波峰焊、再流焊及手工焊时产生的烟尘，烟尘的主要成分为铅、锡蒸气、氮氧化物、臭氧、一氧化碳等有害气体。其中铅蒸气对人体健康的危害最严重。因此必须采取有效措施对生产现场的空气进行净化。在有些工位上安装烟雾过滤器，将有害气体吸收和过滤掉。对生产中产生的废弃物进行处理，例如对废汽油、乙醇、清洗液，废弃的焊膏、贴片胶、助焊剂、焊锡渣、元器件包装袋等分类收集，交给有能力处理并符合国家环保要求的单位处理。《工业“三废”排放标准》（GBJ4—73）：有害物质铅排放浓度3＜34mg/m。《工业企业设计卫生标准》（TJ36—90）：有害物质铅烟浓度＜30.03mg/m。《大气中铅及其无机化合物的卫生标准》（GB7355—87）：居住3大气中铅及其无机化合物的日平均最高容许浓度为0.001 5mg/m。1.5 照明
厂房内应有良好的照明条件，理想的照明度为800LUX～1 200LUX，至少不能低于300LUX。低照明度时，在检验、返修、测量等工作区应安装局部照明。1.6 工作环境
SMT生产设备是高精度的机电一体化设备，设备和工艺材料对环境的清洁度、温度、湿度都有一定的要求，为了保证设备正常运行和组装质量，对工作环境有以下要求。
工作间保持清洁卫生，无尘土、无腐蚀性气体。空气清洁度为100 000级（BGJ73-84）；在空调环境下，要有一定的新风量，尽量将CO含量控制在1 000ppm以下，CO含量控制在10ppm以下，以保2证人体健康。
环境温度以23℃±3℃为最佳。一般为17～28℃，极限温度为15～35℃（印刷工作间环境温度以23℃±3℃为最佳）。
相对湿度为45%～70%RH。
根据以上条件，由于北方气候干燥，风沙较大，因此北方的 SMT 生产线需要采用有双层玻璃的厂房，一般应配备空调。1.7 SMT制造中的静电防护技术
在电子产品制造中，静电放电往往会损伤器件，甚至使器件失效，造成严重损失。随着 IC的集成度不断提高，元器件越来越小，使 SMT 组装密度也不断升级，静电的影响比以往任何时候更严重。据有关统计，在导致电子产品失效的因素中，静电占8%～33%，每年静电的损失高达10亿美元。因此，SMT生产中的静电防护非常重要。
SMT生产设备必须接地良好，贴装机应采用三相无线制接地法并独立接地；生产场所的地面、工作台面垫、坐椅等均应符合防静电要求；应配备防静电料盒、周转箱、PCB架、物流小车、防静电包装袋、防静电腕带、防静电烙铁及工具等设施；还应根据防静电要求设置防静电区域，建立本企业的ESD防护标准；按作业区所使用器件的静电敏感程度制定不同的防护制度和措施。1.7.1 防静电基础知识
为了在SMT生产中有效地做好静电防护，减少静电带来的损失，必须对SMT生产线全员职工进行防静电基础知识教育，提高每个员工的防静电意识，并且自觉遵守防静电制度。
1.静电、静电释放、电气过载、静电敏感元器件（1）静电（Electrostatic）
静电是物体表面过剩或不足的静止电荷。它是一种电能，存留于物体表面；是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果，是通过电子或离子的转换而形成的。静电现象是电荷在产生和消失过程中产生的电现象的总称，如摩擦起电、人体起电等现象。
从图1-1（a）可看出，当物体表面质子（+电荷）数与电子（-电荷）数相等时，电荷是中性的。当物体表面质子（+）数少于电子（-）数时，带负电荷；当物体表面质子（+）数多于电子（-）数时，带正电荷，如图1-1（b）所示。图1-1 静电现象示意图
静电可以被利用，也会对人类造成危害。
随着科技的发展，静电现象已在静电喷涂、静电纺织、静电分选、静电成像等领域得到广泛应用。但在另一方面，静电在许多领域带来重大危害和损失。例如，第一个阿波罗载人宇宙飞船由于静电放电（ESD）导致爆炸，使3名宇航员丧生；在火药制造过程中由于静电放电，造成爆炸的事故时有发生。ESD在电子工业中造成的危害和损失最大。图1-2 静电释放（ESD）示意图（2）静电释放（ESD）
静电释放（Electrostatic Discharge，简称ESD）是一种由静电源产生的电进入电子组装件后迅速放电的现象。当电能与静电敏感元器件接触或接近时会对元件造成损伤。
从图1-2（a）可看出，当物体表面质子（+电荷）数与电子（-电荷）数相等时，电荷是中性的；从图 1-2（b）可看出，当两个带有不同极性电荷的导体接近或接触时，电荷会迅速从一个导体移到另一个导体，静电荷的快速移动，将静电转化为静电释放，即ESD。（3）电气过载（EOS）
电气过载（Electrical Overstress，简称 EOS）是一些额外出现的电能导致元件损害的结果。这种损害的来源很多，如电力生产设备、工具，操作过程中产生的ESD。（4）静电敏感元器件（SSD）
对静电反应敏感的元器件称为静电敏感元器件（Electrostatic Sensitive Device，简称SSD）。
静电敏感元器件主要是指超大规模集成电路，特别是金属化膜半导体（MOS电路）。例如，MOSFET 金属氧化物半导体场效应晶体管的静电敏感范围为 100～200V，场效应管为140～10 000V，CMOS 电路为250～20 000V。根据SSD能够承受而且不至于损坏的静电极限电压值（也可称为静电敏感度）将SSD分为三级，表1-1为其分级表。可根据SSD分级表，针对不同的SSD，采取不同的静电防护措施。表1-1 SSD分级表
新版 ANSI/ESD S20.20—2007 静电放电控制方案体系标准，将敏感器件按照人体放电模型HBM（Human Body Model）、机器放电模型MM（Machine Model）、带电器件模型CDM（Charged Device Model）、插座放电模型SDM（Socket Device Model）等不同的放电模型可划分为4～7个等级的敏感度，表1-2是新标准中分为5个等级的例子。表1-2 新版ANSI/ESD S20.20—2007标准的静电敏感度等级
根据静电敏感元器件的等级，电子产品静电防护等级可划分为1、2、3、4级。
1级：接触2kV，空气2kV。
2级：接触4kV，空气4kV。
3级：接触6kV，空气8kV。
4级：接触8kV，空气15kV。
2.静电释放（ESD）/电气过载（EOS）在电子工业中的危害
在电子工业中，随着集成度越来越高，集成电路的内绝缘层越来越薄，互连导线宽度与间距越来越小。例如，CMOS 器件绝缘层的典型厚度约为 0.1μm，其相应耐击穿电压在 80～100V；VMOS器件的绝缘层更薄，击穿电压为30V。而在电子产品制造及运输、存储等过程中所产生的静电电压远远超过CMOS器件的击穿电压，往往会使器件产生硬击穿或软击穿（器件局部损伤）现象，使其失效或严重影响产品的可靠性。
为了控制和消除ESD，美国、西欧各国和日本等发达国家均制定了国家、军用和企业标准或规定。从静电敏感元器件的设计、制造、购买、入库，到检验、仓储、装配、调试、半成品与成品的包装、运输等均有相应规定，对静电防护器材的制造、使用和管理也有较严格的规章制度要求。我国也参照国际标准制定了军用和企业标准，例如，有航天部、机电部、石油部等标准。
3.电子产品制造中的静电源（1）人体静电
人体的活动，人与衣服、鞋、袜等物体之间的摩擦、接触和分离等产生的静电是电子产品制造中主要的静电源之一。人体静电是导致器件产生硬（软）击穿的主要原因。人体活动产生的静电电压约为0.5～2kV。另外，空气湿度对静电电压的影响很大，因此在干燥环境中还要上升1个数量级。表1-3为典型的相对湿度与人体活动带静电的关系。表1-3 相对湿度与人体活动带静电关系
人体带电后触摸到地线，会产生放电现象，人体就会产生不同程度的电击感反应，反应的程度称为电击感度。表1-4为不同静电压放电过程中人体的电击感度。表1-4 人体带电电位与电击感度（2）工作服
化纤或棉制工作服与工作台面、坐椅摩擦时，可在服装表面产生6 000V以上的静电电压，并使人体带电。此时与器件接触时，会导致放电，容易损坏器件。（3）工作鞋13
工作鞋的橡胶或塑料鞋底的绝缘电阻高达10Ω，当与地面摩擦时产生静电，并使人体带电。（4）包装和运输过程中
树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放入包装中运输时，器件表面与包装材料摩擦能产生几百伏的静电电压，对敏感器件放电。（5）塑料、树脂等高分子材料的各种包装和器具
用PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PS（聚丙乙烯）、PVR（聚胺脂）、PVC和聚脂、树脂等高分子材料制作的各种包装、料盒、周转箱、PCB 架等，都可能因摩擦、冲击产生 1～3.5kV静电电压，对敏感器件放电。（6）工作台面
普通工作台面受到摩擦也会产生静电。（7）绝缘地面
混凝土、打蜡抛光地板、橡胶板等绝缘地面的绝缘电阻高，人体上的静电荷不易泄漏。（8）电子生产设备和工具方面
电烙铁、波峰焊机、再流焊炉、贴装机、调试和检测等设备内的高压变压器，交、直流电路都会在设备上感应出静电。如果设备静电泄漏措施不好，都会引起敏感器件在制造过程中失效。
烘箱内热空气循环流动与箱体摩擦、CO低温箱冷却箱内的CO22气体均可产生大量的静电荷。
从以上数据可以看出，人体在活动中，在工作服、工作鞋、包装、料盒、周转箱、PCB架、工作台面、地面、电烙铁、波峰焊机、再流焊炉、贴装机、调试和检测等物品和设备上都有可能产生100～35 000V静电。但大多数情况人体毫无感觉，达到2 500V以上人体才能有电击感。静电敏感元器件（SSD）在运输、存储、使用过程中有可能不知不觉地产生硬击穿或软击穿。
因此，有人称静电为“无形杀手”并不过分。
4.静电防护原理
电子产品制造中，不产生静电是不可能的。产生静电不是危害所在，危害在于静电积聚以及由此产生的静电放电。
静电防护的主要原理如下。
① 对可能产生静电的地方要防止静电积聚，采取措施，使静电边产生、边泄放，并将静电电压控制在安全范围内。
② 对已经存在的静电积聚要迅速消除掉，使其即时释放。
静电防护的核心是静电消除。
5.静电防护方法
了解某种材料对静电荷所表现的特性，对控制ESD是很重要的。在介绍静电防护方法之前，首先了解以下自然界中的3类材料。
● 导体：导体是指这种材料能传导电流，如金属，能让电子自由通过。因此，可以用接地的方法，为多余的电荷提供一条流向大地的通路，使原来带电的物体变成中性。
● 绝缘体：绝缘体阻止电流通过，它们和导体一样也可以带电，但使用接地方法不会中和绝缘体上带的电荷。
● 不完全导体：不完全导体的导电性介于导体和绝缘体之间，它们是导体，但不是良导体。人体、大多数电子元件和静电消散材料都是不完全导体，可以用接地的方法克制地、缓慢地消除这些材料上带的电荷，能够使电子元件遭受损伤的机会降至最低。
下面介绍静电防护方法。（1）使用防静电材料
金属是导体，导体的漏放电流大，会损坏器件。另外，由于绝缘材料容易产生摩擦起电，因此不能采用金属和绝缘材料作防静电材5料，而是采用表面电阻为1×10Ω·cm以下的所谓静电导体，以及表面58电阻在1×10～1×10Ω·cm之间的静电亚导体作为防静电材料。例如，常用的静电防护材料是在橡胶中混入导电炭黑来实现的，将表面电阻6控制在1×10Ω·cm以下。（2）泄漏与接地
对可能产生或已经产生静电的部位应进行接地，提供静电释放通道。可采用埋大地线的方法建立“独立”地线，使地线与大地之间的电阻＜10Ω（参见GBJ179或SJ/T10694—1996）。
采用静电防护材料的方法为：将静电防护材料（如工作台面垫、地垫、防静电腕带等）通过1MΩ的电阻接到通向独立大地线的导体上（参见SJ/T10630—1995）。串接1MΩ电阻是为了确保对地泄放＜5mA的电流，称为软接地。设备外壳和静电屏蔽罩通常是直接接地，称为硬接地。
电子产品制造过程中的静电接地技术是静电泄漏的主要环节。下面介绍静电接地技术的有关概念。
① 地线。地线是指能够接收或供给大量电荷的物质，如大地、舰船或运载工具、设备外壳等。通常有硬接地和软接地之分。
硬接地：指直接或通过一个低阻抗与地线相连。
软接地：指通过足够高阻抗接地，把电流限制在人身安全电流（通常为5mA）以下。
② 接地电阻。地线分接地体和接地线两部分。接地体指与土壤直接接触的金属体，接地线指从接地体引出的连接线，即接地母线。
接地质量的好坏是用接地电阻的大小来衡量的。接地电阻是指接地体与大地之间的接触电阻。接地电阻的大小除了与接地体和土壤接触面积、埋设深度、接触紧密程度有关外，还与埋设地点的土壤电阻有很大关系。一般用土壤电阻系数来表示土壤电阻的大小。
土壤电阻的大小与土壤的性质、含水量、温度、化学成分、物理性质等因素有关，其中与土壤的性质关系最大（见表1-5）。表1-5 各种土壤的电阻率
埋设大地线的原则为：
● 土壤电阻系数越小越好；
● 地线接地体与接地线选择适当；
● 接地体与土壤的接触面积要大；
● 接触密度高，接触紧密。
● 接地导线通常使用3mm厚、大约25mm宽的紫铜皮或用截面积2约为4～6mm的铜芯软线单独引入。
● 地线接好后，应填土并夯实，使土壤与接地体紧密接触。覆土时不要用碎砖或石子，否则会增加接地电阻。覆土时在接地体周围分层加一些食盐，并在食盐层洒一些水，以减小土壤电阻系数。
大地线的埋设方法见图1-3，IPC-A-6100D标准中推荐的防静电工作台接地方法如图1-4所示。图1-3 大地线的埋设方法示意图
防静电工作台能防止在操作时尖峰脉冲和静电释放对于敏感元件的损害。安全工作台应具有对于EOS损害的防护功能，并能够避免在维修、制造或测试设备上产生尖峰脉冲。烙铁、吸锡器和测试器具能产生足以完全破坏敏感元件或其降级的电能。
为了ESD防护，必须提供一个静电接地的路径，否则就可能在设备或组件上产生静电释放。ESD 安全工作台/EPA 具有接地的静电消散或抗静电工作台面。对于操作人员的皮肤也应有相应的接地方法，用于消除皮肤或衣物产生的静电，防静电腕带是较好的选择。
在接地系统中必须采取限流措施，用于防止操作失误或设备故障时产生的电流对于操作人员的人身伤害。一般在接地路径中有限流电阻，它可减慢放电速度，防止ESD的发生源产生电火花。另外，必须调查所使用的电压，工作台必须提供适当的对于人员电气伤害的防护。IPC-A-610D标准中推荐的防静电工作台接地方法如图 1-4 所示。其中（a）是防静电腕带串联接地，是理想的EOS/ESD安全工作台；（b）是防静电腕带并联接地，也是可接收的EOS/ESD安全工作台。图1-4 IPC-A-610D标准中推荐的防静电工作台接地方法（3）导体带静电的消除
导体上的静电可以用接地的方法使其泄漏到大地。放电体上的电压与释放时间可用下式表示：
式中 U——t时刻的电压（V）（设t为1s）；t
U——起始电压（V）；0
R——等效电阻（Ω）；
C——导体等效电容（pF）；
L——自然对数的底（也可以用e表示）。
式中参数R、C、U、U应根据静电安全作业区（点）的基本条0t件选择。
一般要求在1s内将静电泄漏，即1s内将电压降至100V以下的安全区。这样，可以防止泄漏速度过快、泄漏电流过大对SSD造成损坏。若U=500V，C=200pF，要在1s内使U达到100V，则要求R=1.28×0t910Ω。因此，静电防护系统中通常用1MΩ的限流电阻，将泄放电流限制在5mA以下。这是为操作安全设计的。如果操作人员在静电防护系统中，不小心触及 220V 工业电压，也不会带来危险。
① 安全电阻的确定。
根据人体受到电击时，安全电流应＜10～16mA，计算时取安全电流I=5mA。
设U=220～380V
∵ R=U/I44
计算得到R=4.4×10 ～7.6×10 Ω。5
∴ 取安全电阻R＞1.0×10 Ω。
② 防静电系统的泄漏条件分析与最大允许接地电阻计算。
操作人员临时离开工作岗位返回时，如果忘记带接地的防静电腕带，是错误的。
资料表明：临时进入防静电作业区（点）的外来人员，即使踏上防静电地垫距离工作台上静电敏感器件仅一步远，只需要1s就有可能导致器件损害。因此，防静电泄漏系统应考虑最大允许接地电阻，即要求在＜1s的时间内将电压降至100V以下。
另外，物体放电时，除了需要通过接地电阻外，放电物体的电容量也影响放电时间。人体的等效电容大约为100～4 000pF，一些防静电器具对地的等效电容约为35～300pF，因此取平均值200pF。
物体放电的初始电压是不同的，国际上一般规定为5 000V，我们的工作电压一般为220V。
根据以上分析，为了保证在1s内将5 000V静电压降至100V以下-t/RC的安全电压的最大允许接地电阻，可按照（式1-1）U=Ue进行t0计算。
t=1s
U=U=100Vt1
U=5 000V0
C=200pF
R=最大允许接地电阻值（Ω）
代入（式1-1）：9
因此，只要防静电系统的接地电阻＜10Ω，即可保证在1s内将静电泄漏，即1s内将电压降至100V以下的安全区。这就最大限度地减少了SSD在静电作用下的损坏机会。
③ 防静电腕带接地电阻的要求。
要求腕带放电速度与人体上产生静电荷的速度相同，不要因为静电积聚而形成高电位。因此，要求电腕带接地电阻必须保证操作者在任何情况下（包括移动时）人体电位都能在 0.1s 内降至100V以下。-t/RC5通过（式1-1）U=Ue计算得到结论：腕带接地电阻应在10～t0810Ω之间。
总结：
导体上的静电可以用接地的方法使其泄漏到大地。导体带静电的消除要点如下。
● 一般要求在1s内将静电泄漏，即1s内将电压降至100V以下的安全区。这样可以防止泄漏速度过快、泄漏电流过大对SSD造成损坏。
● 若U=5 000V，C=200pF，要在1s内使U达到100V以下，则要0t99求防静电系统的最大允许接地电阻R=1.28×10Ω，一般取R＜10Ω。
● 静电防护系统中通常用1MΩ的限流电阻，将泄放电流限制在5mA以下，这是为操作安全设计的。如果操作人员在静电防护系统中，不小心触及220V工业电压，也不会带来危险。
防静电安全操作的最大接地电阻和放电时间见表1-6。表1-6 防静电安全操作的最大接地电阻和放电时间（4）非导体带静电的消除
对于绝缘体上的静电，由于电荷不能在绝缘体上流动，因此不能用接地的方法消除静电，可采用以下措施。
① 使用离子风机。离子风机产生正、负离子，可以中和静电源的静电。离子风机可以设置在空间和贴装机贴片头附近。
② 使用静电消除剂，静电消除剂属于表面活性剂。可用静电消除剂擦洗仪器和物体表面，能迅速消除物体表面的静电。
③ 控制环境湿度。增加湿度可提高非导体材料的表面电导率，使物体表面不易积聚静电。如北方干燥环境，可采取加湿、通风的措施。
④ 采用静电屏蔽。对易产生静电的设备，可采用屏蔽罩（笼），并将屏蔽罩（笼）有效接地。（5）工艺控制法
为了在电子产品制造中尽可能少地产生静电，控制静电荷积聚；对已经存在的静电积聚，迅速将其消除掉，即时释放，应从厂房设计、设备安装、操作、管理制度等方面采取有效措施。
● SMT生产设备必须接地良好，贴装机应采用三相五线制接地法并独立接地，见图1-5。
● 生产场所的地面、工作台面垫、坐椅等均应符合防静电要求。
● 车间内保持恒温、恒湿的环境。
● 应配备防静电料盒、周转箱、PCB 架、物流小车、防静电包装袋、防静电腕带、防静电烙铁及工具等设施。图1-5 三相五线制接地法示意图
6.静电防护器材
① 人体防静电系统：包括防静电腕带、工作服、帽、手套、鞋、袜等。
② 防静电地面：包括防静电水磨石地面、防静电橡胶地面、PVC 防静电塑料地板、防静电地毯、防静电活动地板等。
③ 防静电操作系列：包括防静电工作台垫、防静电包装袋、防静电物流小车、防静电烙铁及工具等。
7.静电测量仪器
① 静电场测试仪：用于测量台面、地面等表面电阻值。平面结构场合和非平面场合要选择不同规格的测量仪。
② 腕带测试仪：测量腕带是否有效。
③ 人体静电测试仪：用于测量人体携带的静电量、人体双脚之间的阻抗，测量人体之间的静电差，腕带、接地插头、工作服等是否防护有效。还可以作为入门放电，将人体静电隔在车间之外。
④ 兆欧表：用于测量所有导电型、抗静电型及静电泄放型表面的阻抗或电阻。
8.电子产品制造中防静电技术指标要求
① 防静电地板接地电阻＜10Ω。510
② 地面或地垫表面电阻值为10～10Ω；摩擦电压＜100V。49
③ 墙壁电阻值为5×10～5×10Ω。69
④ 工作台面或垫表面电阻值为10～10Ω，摩擦电压＜100V；68对地系统电阻为10～10Ω。68
⑤ 工作椅面对脚轮电阻为10～10Ω。
⑥ 工作服、帽、手套摩擦电压＜300V，鞋底摩擦电压＜100V。
⑦ 腕带连接电缆电阻1MΩ，佩戴腕带时系统电阻1～10MΩ。脚58跟带（鞋束）系统电阻0.5×10～0.5×10Ω。69
⑧ 物流车台面对车轮系统电阻为10～10Ω。3
⑨ 料盒、周转箱、PCB架等物流传递器具，表面电阻值10～810Ω，摩擦电压＜100V。
⑩ 包装袋、盒摩擦电压＜100V。68
⑪ 人体综合电阻10～10Ω。图1-6 ESD防护标识
9.电子产品制造中的防静电措施及静电作业区（点）的一般要求
① 根据防静电要求设置防静电区域，并有明显的防静电警示标志。
图1-6是IPC-A-610D规定的ESD防护标识：由一段圆弧包围着的三角形内的手。该标志表示该区域或物体经过专门设计，具有防静电保护能力，用于表示对ESD敏感组件和设备提供ESD防护的器具。
按作业区所使用器件的静电敏感程度将其分为1、2、3级，或4～7个等级，见表1-1和表1-2。根据不同级别制定不同的防护措施。16 000V以上是非静电敏感程度产品。
② 静电安全区（点）的室温为23℃±3℃，相对湿度为45%～70%。禁止在低于30%的环境内操作SSD（静电敏感元器件）。
③ 定期测量地面、桌面、周转箱等表面电阻值。
④ 静电安全区（点）的工作台上禁止放置非生产物品，如餐具、茶具、提包、毛织物、报纸、橡胶手套等。
⑤ 工作人员进入防静电区域，须放电。操作人员进行操作时，必须穿工作服和防静电鞋、袜。每次上岗操作前必须作静电防护安全性检查，合格后才能生产。
⑥ 操作时要戴防静电腕带，每天测量腕带是否有效。
⑦ 测试SSD时应从包装盒、管、盘中取一块，测一块，放一块，不要堆在桌子上。经测试不合格器件应退库。
⑧ 加电测试时必须遵循加电顺序，即按照低电压→高电压→信号电压的顺序进行，去电顺序与此相反。同时，注意电源极性不可颠倒，电源电压不得超过额定值。
⑨ 检验人员应熟悉SSD的型号、品种、测试知识，了解静电保护的基本知识。
10.静电敏感元器件（SSD）的运输、存储、使用要求
① SSD在运输过程中不得掉落在地，不得任意脱离包装。
② 存放SSD的库房相对湿度为30%～40%。
③ SSD在存放过程中要保持原包装，若须更换包装时，要使用具有防静电性能的容器。图1-7 ESD敏感标识（表示该物体对静电敏感）
④ 库房里，在放置SSD器件的位置上应贴有防静电专用标签。
图1-7是IPC-A-610D规定的ESD敏感标识：三角形内有一斜杠跨越的手。用于表示容易受到ESD损害的电子电气设备或组件。
⑤ 发放SSD器件时应用目测的方法，在SSD器件的原包装内清点数量。
⑥ 对EPROM进行写、擦及信息保护操作时，应将写入器/擦除器充分接地，并且要戴防静电手镯。
⑦ 装配、焊接、修板、调试等操作人员都必须严格按照静电防护要求进行操作。
⑧ 测试、检验合格的印制电路板在封装前应用离子喷枪喷射一次，以消除可能积聚的静电荷。
11.防静电工作区的管理与维护
① 制定防静电管理制度，并由专人负责。
② 备用防静电工作服、鞋、手镯等个人用品，以备外来人员使用。
③ 定期维护、检查防静电设施的有效性。
④ 腕带每周（或天）检查一次。
⑤ 桌垫、地垫的接地性和静电消除器的性能每月检查一次。
⑥ 防静电元器件架、印制板架、周转箱、运输车、桌垫、地垫的防静电性能每 6 个月检查一次。1.7.2 国际静电防护协会推荐的6个原则
国际静电防护协会推荐6个原则来降低ESD带来的损失。
● 采用防静电设计
● 根据制造环境制订静电控制计划
● 定义并标出静电防范区域
● 防止静电的产生和积聚
● 静电驱散和中和
● 保护加工好的产品1.7.3 高密度组装对防静电的新要求
随着电子元器件不断向轻、薄、短、小、高密度、多功能等方向发展，IC的集成度越来越高。尤其是微电子器件，COMS IC 中亚微米栅条宽度达到0.18μm，栅氧绝缘层厚度为几个nm 甚至几十Å，栅氧的击穿电压小于20V，对静电变得更加敏感。另一方面，由于低成本加工要求，作为静电主要来源的各种高分子材料被广泛采用，使静电的产生更加容易和广泛。静电对元器件应用造成的危害越来越明显，因此对静电防护技术也提出了更高的要求。（1）器件的敏感度划分为4～7个等级
早期的ESD标准仅将器件的敏感度简单地划分为2 000V以下、2 000～4 000V、4 000～16 000V三个级别。
而1998年以后无论欧洲还是美国的标准，都已经将敏感器件按照HBM、MM、CDM、SDM等不同的放电模型划分为4～7个等级的敏感度。静电防护日趋严密、细致和规范。（2）建立本企业的ESD防护标准
一个企业的ESD防护水平能代表其对产品质量的控制。
系统化、标准化、规范化的ESD防护体系已经成为欧美发达国家电子行业的普遍要求。IBM、HP、Siemens、Philips等所有的国际知名企业除了在自己的生产车间建有严密的ESD防护体系，并且都建立了自己的ESD防护标准之外，还要求合作厂商也严格按其标准实施。（3）利用场强计检测是否有可能产生ESD
利用场强计检测是否有可能产生 ESD 危害的静电场的存在。测量是最稳妥的方法，可以确认并量化那些真正需要静电保护的区域；另外，还可以确认那些不会产生ESD危害的区域，节省不必要保护的费用。（4）使用ESD监测器进行实时监测
使用ESD恒定监测器，超出规定即自动报警。
监测器可作为一个独立单元或连接网络使用，并有自动数据采集的网络软件，实时显示有关操作人员和工作站的系统表现。1.7.4 IPC推荐的电子组装件操作的习惯做法
IPC 推荐的电子组装件操作的习惯做法有：关注静电释放（ESD）模式的变化，关注电气过载（EOS）损害的防护，关注静电释放（ESD）损害的防护，关注SSD的延时失效，使用防静电工作台（EPA），遵守电子组装件操作准则。
1.关注静电释放（ESD）模式的变化
随着元件尺寸越来越小，集成度越来越高，以及自动化程度不断提高和一些低成本材料的大量使用，静电释放（ESD）和电气过载（EOS）的模式也在发生变化。
不同静电释放（ESD）和电气过载（EOS）的模式需要不同的防御处理方法，传统的认识和不正确的做法常常会增加ESD带来的损失。
2.关注电气过载（EOS）损害的防护
EOS损害和ESD损害十分相似，极难分辨，它们都会造成意外电能损害。
电子元器件会受到许多不同来源的意外电能损害，如电烙铁、吸锡器、测试仪器，以及操作电子设备时产生的尖峰电脉冲。元件对 EOS 的敏感度与设备有关，设备越小、越精密、运算速度越快，敏感度就越高。随着自动化程度不断提高，在目前的SMT 制造中，EOS 比前几年要严重得多。
在操作敏感元件前，需要仔细测试工具和设备，保证它们不产生破坏电能，包括尖峰脉冲。目前的研究表明，＜0.5V的电压和脉冲是可以接受的。但是，如果要使用大量的高敏感度元件，则要求烙铁、吸锡器、测试仪器等电子设备的脉冲＜0.3V。
要求对设备进行定期保养和测试，以防止长期使用造成性能下降。
3.关注静电释放（ESD）损害的防护
最好的ESD损害的防护方法是防止静电积聚和迅速消除已经积聚的静电。
在生产区，尤其在静电防护区，不允许使用一般材料塑料袋及聚乙烯等严重静电源的容器。撕扯胶带的动作能产生20 000V电压，甚至压缩空气冲击绝缘表面也会产生静电。
破坏性的静电常常由附近的导体引发（如人体皮肤），并释放到组装件的导体上，损害敏感元件。因此，要采用泄漏与接地的方法使导体上的静电泄漏到大地。
4.关注SSD的延时失效
静电敏感元器件（SSD）会因为不正确的操作或处理而失效或发生元件性能的改变。这种失效可分为即时和延时两种形式。
即时失效（如元件全然破坏）可以重新测试、修理或报废；而延时失效（如元件轻微受损，在正常测试下不易发现）的结果却严重得多，即使产品已经通过了所有的检验与测试，仍有可能在送到客户手中后失效。
5.使用防静电工作台（EPA）
IPC-A-610D推荐的防静电工作台的接地方法前面已经介绍。
防静电工作台必须定期检查，以保证其有效性。
6.遵守电子组装件操作准则
① 保持工作站清洁，工作区域不可有任何食品、饮料、烟草制品。
② 尽可能减少对电子组装件的操作，防止造成损坏。
③ 使用手套时应及时更换，防止肮脏手套的污染。
④ 不可用手指或手直接接触可焊表面，人的油脂和盐分会降低可焊性、加重腐蚀、降低涂覆层的附着性。
⑤ 不要使用未经许可的手霜，否则会影响可焊性和涂覆附着性。
⑥ 绝不要堆叠组装板，以防机械性损伤。
⑦ 即使没有静电敏感元器件标识的组装件，也应作为静电敏感组装件操作。
⑧ 操作人员必须经过培训并按照ESD规章制度执行。
⑨ 绝不能脱离包装传递、运送静电敏感元器件。
⑩ 使用具有EOS/ESD防护功能的干净手套或指套。
⑪ 在清洗工艺过程中应使用耐溶剂的EOS/ESD防护手套，见图1-8（a）。
⑫ 在EOS/ESD防护条件下用干净手接触电子组装板边缘并进行操作，见图1-8（b）。图1-8 IPC-A-610D规定的正确操作PCB的方法
7.对静电敏感元器件（SSD）进行电路保护性设计和包装
① 在非静电安全环境时，静电敏感元件和组装件必须使用静电屏蔽料盒等方式包装。
② 只有在静电安全工作区，才可将静电敏感元件从静电防护包装中取出。
8.3种不同类型的防护包装（1）静电屏蔽（或阻挡层包装）材料
静电屏蔽（或阻挡层包装）材料可防止静电释放、穿透包装、进入组装件引起损害。（2）抗静电材料
抗静电材料可作为静电敏感元件廉价的中转包装或暂存时使用。抗静电材料在使用中不产生电荷，但如果发生了静电释放，便能够穿透包装导致静电敏感元件损害。因此，不要使用旧的（使用过的）包装放置静电敏感元件。（3）静电消散材料
静电消散材料具有足够的传导性，使电荷能够通过其表面消散。离开静电防护工作区的部件必须使用静电消散材料包装。
一般情况“黑色”包装是静电屏蔽的，“粉红色”是抗静电的。但目前市场上有许多新型的透明材料，它们可能是抗静电的，甚至是静电屏蔽的。有时使用透明材料可能会引起EOS/ESD 损害，因此，目前“颜色”不再是绝对的判定条件，使用时不要被包装材料的“颜色”误导。1.7.5 具有ESD危害的不正确做法举例
① 在生产区域，常常使用一些未经保护的测试夹具接触静电敏感元器件（SSD）。
② 在防静电工作台上使用塑料焊锡去除器、放置塑料或纸质笔记本及员工的个人物品，引起静电放电（ESD）。
③ 有塑料柄的金属螺丝起子（带有足够高电荷的电气绝缘的导体）靠近有相反电势的集成电路（IC）时，电荷“跨接”，引起静电放电（ESD）。可能造成半导体芯片的内部电路不可逆转的损坏。
更加严重的是，这种危害只有 10%的情况引起整个元件失效，其他 90%的情况，ESD 损坏只引起部分的降级，意味着损坏的元件毫无察觉地通过最后测试，直到顾客应用时出现过早的失效。结果损害了公司声誉。
④ 在制造环境中，标准标签的使用是ESD被忽视的潜在来源之一。
标准标签是由绝缘材料层组成的，当从衬垫上取下时，可产生和保持数百甚至数千伏的电压。使用静电耗散型标记标签可减少对ESD敏感元件损坏的危险性。
⑤ 注意带橡胶头的吸嘴是否防静电。
⑥ 产生静电的不正确行为举例：
● 走路不利落，脚掌抬不起来，鞋底摩擦地面；
● 梳头发；
● 触摸产生静电的材料；
● 没有佩戴静电防护器具的人员进入静电防护工作区。1.7.6 手工焊接中防静电的一般要求和防静电措施
手工焊接是产生静电电气过载 EOS 的重要原因之一，要求操作人员严格遵守手工焊接防静电要求，避免手工操作过程中产生ESD。
1.手工焊接防静电的一般要求
① 操作人员应戴防静电腕带，并在防静电工作台上操作。
② 一般要求采用防静电恒温烙铁，采用普通烙铁时必须接地良好。
③ 必要时采用离子风机——离子风机产生正、负离子，可以中和静电源的静电。
④ 控制环境湿度——增加湿度可提高非导体材料的表面电导率，使物体表面不易积聚静电。如北方干燥环境可采取加湿通风的措施。
⑤ 采用静电屏蔽，并将屏蔽罩（笼）有效接地。
⑥ 保护加工好的产品。
2.手工焊接中的防静电措施（1）进入工作区的工作人员必须接地
人和人的活动是主要的 ESD 危害来源。因此，所有进入静电保护区域（EPA，Electrostatic Protected Area）的工作人员必须接地，以防止任何电荷累积，并且所有表面应该接地，以维持所有东西都在相同的电势，防止ESD发生。
工作人员进入防静电区域，需放电。操作人员进行操作时，必须穿防静电工作服、鞋、袜、手套。每次上岗操作前必须做静电防护安全性检查，合格后才能生产。（2）正确使用腕带（脚带）并且必须正确接地
① 腕带是用来防止ESD的。
② 操作时第一步就是戴防静电腕带。
③ 每天测量腕带是否有效，工作台接地点是否有效。
④ 测量腕带（脚带）的方法必须正确。
⑤ 虽然许多制造商使用自动腕带测试仪，但常常可以看到因为腕带太松而失效。
由于坐着操作戴腕带、站着操作用防静电脚带更方便，因此，有的公司可能要求同时戴两种（腕带和脚带）。（3）在防静电工作台上操作，工作台上禁止放置非生产物品
① 在防静电工作台上操作能防止因产生尖峰脉冲和静电释放对敏感元器件的损害。
② 必须定期检查工作台，保证其有效性。
③ 工作台上禁止放置非生产物品（非导体材料），如餐具、茶具、
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