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　　随着科学技术的发展，电子产品实现了小型化、智能化的转变，这得益于大规模集成电路的使用，然而，集成化的电路设计却是一把双刃剑，在降低能耗、减小体积的同时，也增加了电子产品的不稳定性。其中，核心电路板的失效将导致整个电子产品无法正常使用，因此，研究电子产品的稳定性，则需要从电子产品组装过程中的失效机理进行研究，并提出具有针对性的预防措施。

　　1、电子产品组装过程中的常见失效机理

　　微电子技术、信息技术的发展和大规模集成电路的使用，促进了电子产品的小型化，部分敏感元器件封装尺寸不断缩小，这些元器件对不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移较为敏感，导致电子元器件处于不稳定的状态，进而存在失效风险。尤其在电子产品组装过程中，其常见失效机理包括以下几种类型。

　　1.1、静电产生及放电的失效机理

　　当物体中的电子产生定向转移时，该物体被极化，由此产生了带电现象，根据电子转移的实际情况，物体的极化效果存在正极性和负极性之分，并且，电子转移量越大，其极性也就越明显。在生活中，静电产生的主要方式包括摩擦起电和感应带电。

　　所谓摩擦起电，是指由于不同物体在表面接触、摩擦的过程中存在能态差异，在接触面上发生电荷转移，并在此基础上产生偶电层，具体如图 1 所示。

图 1：摩擦起电的原理示意图 

　　其中，A 代表着接触物体表面能态作用下的电荷转移过程，在完成电荷转移之后，在接触物体表面形成 B 中的偶电层，当接触物体分开时，也就产生了 C 中的带电现象。根据摩擦起电的原理和现象可以这样认为，偶电层的存在，相当于一个电容器，随着电容器两极板距离的增加，电容值将减小，其接触面积电压却能够迅速增加，静电的危害自此产生。一旦放电环境成立，将会产生较大的电流，对于电子产品电路板上的电子元器件来说，这一电流会影响到电子元器件的正常工作。

　　除摩擦起电以外，另一种静电产生方式则为感应带电，部分不带电的导体能够在特殊的外界电场环境作用下变为带电导体，物体内部电子的定向聚集，使物体形成感应电势，也就具有了正向电位。感应电势的存在，能够在与电子产品电路板接触时形成火花放电反应，这种放电可以分为直接接触或非直接接触两种类型，对于电子产品的危害也较大。

　　1.2、温湿度敏感电子元件的失效机理

　　在电子产品设计过程中，部分用到的电子元器件对于环境中温湿度的变化较为敏感，以至于在电子产品组装过程中受环境中温湿度的影响而发生失效。例如，电子产品组装处于高温环境时（回流焊、波峰焊），电子元器件中的湿气将在高温下形成蒸汽，进而导致元器件内部形变，或者是后期腐蚀现象的发生。其中以腐蚀导致的电子元器件失效主要表现在脆性增加、接触电阻值增加、热膨胀系数变化等，即便在电子产品组装过程中未发现其中异样，也会为后期使用埋下隐患。

　　以较为常见的“爆米花效应”为例，对于塑料封装工艺的电子元器件来说，由于塑料元件能够吸附空气中的水分，以至于在经过回流焊或波峰焊时受高温作用，超出塑封电子元器件模压材料的玻璃转化温度，模压材料变软，失效应力作用下的元器件水分迅速气化膨胀，当水分气压达到一定程度后，将对封装造成明显破坏，最严重的就是电子元器件鼓裂、爆裂，这就是所谓的“爆米花”效应。

　　2、电子产品组装过程的防护措施

　　在电子产品组装过程中，无论是静电的存在，还是温湿度环境的变化，都会影响到电子产品的正常性能，严重者将会威胁到使用者的人身安全。因此，为确保电子产品的安全性、功能性，则需要在电子产品组装过程中选择有效的防护措施。

　　2.1、静电防护措施

　　针对较为常见的静电失效现象来说，在电子产品的生产、组装、存储、运输、使用等各个环节普遍存在，然而，静电危害的根本在于电荷的积累，因此，在静电防护中，应针对电荷的积累制定对应的防护措施。

　　2.1.1、静电耗散及释放

　　在实际电子产品组装过程中，对产生的静电及时进行耗散与释放是防治静电危害的主要方法之一，通常使用防静电材料进行处理。其中，静电耗散主要是利用了防静电材料能够组织同类型电荷在某一区域的积累，从而降低电子元器件表面电势，防止静电危害形成。静电释放是指对物体表面已经积累的电荷进行特殊处理的一种方法，使原本积累的电荷向大地转移。

　　以静电接地为例，其形式包括软接地和硬接地两种，以串接限制流过人体的电流进入大地的方式成为软接地，硬接地则是将电子元器件与大地相连接的一种方式。在实际电子产品组装过程中，这两种方式都得到了普遍应用。

　　软接地方式主要为一线组装工人所使用（静电电流限制在 5mA 以内），该方式的选择与实际工作现场的静电积累速度相关。硬接地则针对大型用电设备的静电释放，硬接地通道应单独设立于静电防护工程之中，建立专用的静电释放线路，保证静电电压能够在 1s 的时间内将至 100V 以下。

　　2.1.2、静电中和

　　所谓静电中和，是指利用相反电荷的作用原理，通过外加电荷的形式，将原积累电荷进行中和的过程。作为消除静电的主要措施，对于电子产品中无法使用静电防护材料的情况，则可以采用静电中和的方式避免静电对其产生的危害。一般情况下，多使用局部工作区域静电中和或工作台静电中和措施，在条件允许的前提下，甚至可以对电子产品组装车间整体进行静电中和。

　　然而，静电中和的使用却存在一定的风险，例如，当静电中和器异性电荷释放与实际静电荷量差别较大时，静电中和器将产生静电高压，使用不当的情况下，容易对人体、电子产品造成二次伤害。因此，在使用类似高压静电中和器时，需要随时关注设备上的静电电压显示值，使其维持在一定的安全范围之内。

　　2.1.3、环境增湿

　　研究发现，环境湿度的大小对于静电的释放有着一定的影响，随着相对湿度的增加，物体表面电阻将明显下降，以纸为例，在相对湿度为 90% 的环境中，其表面电阻约为1×109Ω，当环境相对湿度将至 40% 时，其表面电阻则增加到 1×1011Ω 左右。由此来看，对于电子产品组装环境的湿度控制，应当结合电子元器件的实际情况进行调节，在考虑到成本的情况下，可以适当增加电子产品组装台区域的湿度，以实现对静电的良好控制。

　　这里需要注意的是，环境增湿法在静电控制中的使用具有一定的限制，湿度过大不仅会影响到电子元器件的正常性能，也会对工作人员的身体造成一定的伤害。并且，从成本方面考虑，在大型电子组装车间中使用这一方法也不现实。以波峰焊车间为例，经过波峰焊的电路板温度较高，如果此时车间内部相对湿度较大时，将会导致电路板金属部分出现氧化、腐蚀现象，这为电子产品的质量问题埋下了隐患。

　　2.2、湿敏元件应对措施

　　针对湿敏元件，在行业标准中有着明确的防护说明，相关电子元器件除再生产过程中严格控制环境湿度外，出厂前也会采用真空包装的形式，避免环境湿度距离变化对电子元件性能造成影响。为指导湿敏元件的使用，厂家一般会在真空包装袋内放置湿敏卡或贴有湿敏标签，湿敏卡和标签会随着内部环境湿度的变化而产生对应的颜色变化，通过观察湿敏卡的颜色，就能够确定湿敏元件存放环境是否满足要求。

　　在实际电子产品组装过程中，由于元件真空包装已经损坏，湿敏卡和标签所显示的湿度值已经超标，如需二次使用这些卡和标签，则需要对其进行低温烘烤，否则，湿度现实结果将与真实值存在较大偏差。

　　除在生产和组装过程中对湿敏元件进行失效预防措施以外，对于存储环节中的湿敏元件防护也较为关键。任何一种材料都具有吸水性，其差异在于吸水能力的大小，甚至有些材料自身就具有透水性。电子元器件封装材料在吸水后将明显改变其性能，甚至对内部芯片、电路造成破坏，使其功能失效。因此，电子产品中含有湿敏元件的，应当提供标准的存储环境，严格控制存储空间内的湿度变化范围，确保湿敏元件的性能不受影响。

　　3、总结

　　电子产品的小型化、集成化对电子元件的性能提出了较高要求，高度集成化的电路板中元器件间的能量释放密度与互联密度明显增加，从而导致电子产品组装过程中的电子元件失效分析更加困难。通过分析电子元件特性，对电子元件常见失效原因进行研究，减少因静电、湿度等多种因素导致的电子产品组装过程中电子元件失效问题，在提高电子产品可靠性的同时，也降低了因电子元件失效造成的生产成本增加问题。

　　参考文献
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