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      公共資料

      靜電對電子裝備組裝所形成的危害-力拓品牌

      發布日期:2013/8/3 21:24

      靜電對電子裝備組裝所形成的危害 點擊次數:3096 發布時間:2009-01-18

      一,靜電危害可分為兩類:一是由靜電引力引起的浮游塵埃的吸附;二是由靜電放電引起的介質擊穿。

        1. 靜電吸附

        c

        2.靜電放電與介質擊穿

        靜電放電的起放電源是空間電荷,因而它所儲存的能量是有限的,故它僅能提供短暫發生的局部擊穿能量。雖然靜電放電的能量較小,但其放電波形很復雜,控制起來也比較麻煩。半導體器件的軟擊穿就與它有關。

        由靜電引起元器件的擊穿是電子裝備中靜電危害的主要方式,是電子裝備制造中最普遍、最嚴重的危害。

      靜電放電可能造成器件硬擊穿或軟擊穿。硬擊穿是一次性造成器件的永久性失效,如器件的輸出與輸入開路或短路。軟擊穿則可使器件的性能劣化,并使其指標參數降低而造成故障隱患。由于軟擊穿可使電路時好時壞(指標參數降低所致),且不易被發現,給整機運行和查找故障造成很大麻煩。軟擊穿時裝備仍能帶"病"工作,性能未發生根本變化,很可能通過出廠檢驗,但隨時可能造成再次失效。多次軟擊穿就能造成硬擊穿,使電子裝備運行不正常。

      人體自身也會產生靜電,人體靜電放電既可能造成人體遭電擊而降低工作效率,又可能引發二次事故(即器件損壞),因此,應引起足夠重視。

      在軍事訓練中,人體形成靜電的原因是人體把所消耗的機械能在活動中轉換為電能。人體是一個靜電導體,當與大地絕緣時(如穿的鞋底為絕緣物質),人體與大地就形成一個電容,使電荷儲存起來,其充電電壓一般≤50kV。當電荷儲積到一定程度時,一旦條件成熟會放電形成火花,瞬時放電電壓可達數千千伏,放電功率可達幾千千瓦。

      人體帶電放電時,人體會有不同程度的反映,這種反映稱為電擊感度。當人體受到靜電電擊時,雖不會發生重大生理障礙,但可能影響人的工作效率,或造成精神緊張和二次破壞等。

      二、應該引起注意的電子裝備防靜電

        由于電子裝備的迅速發展,體積小、集成度高的器件得到大規模生產,從而導致導線間距越來越小,絕緣膜越來越薄,致使耐擊穿電壓也愈來愈低。而電子裝備在生產、運輸、儲存和轉運等過程中所產生的靜電電壓卻遠遠超過其擊穿電壓閾值,這就可能造成器件的擊穿或失效,影響裝備的技術指標,降低其可靠性。

        防止靜電主要是抑制靜電的產生,加速靜電的泄漏,進行靜電中和等。人穿非導電鞋時,由于行走等活動會產生、積蓄電荷,并可達到千伏級的電位。兩個不同的物體相互接觸時,在其界面上產生電荷移動,正、負電荷相對排列形成雙電層。若將物體分離,會在兩個物體上各自產生極性不同的等量電荷。防止這種靜電的原則是:對產生靜電的主要因素(物體的特性、表面狀態、帶電歷史、接觸面積和壓力、分離速度等)盡量予以排除;使相互接觸的物體在帶電序列中所處的位置盡量接近;使物體間的接觸面積和壓力要小,溫度要低,接觸次數要少,分離速度要小,接觸狀態不要急劇變化等。粉體、液體、氣體在運輸過程中由于摩擦會產生靜電,因此,要采取限制流速、減少管道的彎曲,增大直徑、避免振動等措施。

        靜電防護除降低速度、壓力、減少摩擦及接觸頻率,選用適當材料及形狀,增大電導率等抑制措施外,還可采取下列措施:①接地。②搭接(或跨接)。③屏蔽。④對幾乎不能泄漏靜電的絕緣體用抗靜電劑以增大電導率,使靜電易于泄漏。⑤采用噴霧、灑水等方法提高環境濕度,抑制靜電的產生。⑥使用靜電消除器,進行靜電中和。這是消除靜電最有效的方法。

      三、電子裝備生產過程中消除靜電的途徑

        防靜電主要是防止靜電放電。控制靜電放電要從控制靜電的產生和控制靜電的消除兩方面入手。控制靜電的產生主要是控制工藝過程和工藝過程中材料的選擇;控制靜電的消除主要是加速靜電的泄露和中和。這兩點共同作用才能使靜電電壓不超過安全閾值,以達到靜電防護的目的。

        靜電能對靜電敏感器件造成危害,但它是可控的,可消除的。

        1.靜電的消除:

        ①對有可能產生靜電的地方要防止靜電荷的聚集。即采取一定的措施避免或減少靜電放電的產生。可采用邊產生邊泄露的辦法達到消除電荷聚集的目的。

      ②對已存在的電荷積聚,應迅速地消除掉。當絕緣物體帶電時,電荷不能流動,無法進行泄漏,可利用靜電消除器產生異性離子來中和靜電荷。當帶電的物體是導體時,則采用簡單的接地泄露辦法,使其所帶電荷完全消除。你可以在工作區域內安裝離子風機,構成一個完整的靜電安全工作區,至少應包括有效的靜電臺墊、靜電消除器(思沃科技品牌):離子風機,離子風棒,離子風嘴,離子風鼓,消除靜電設備手動靜電除塵槍(離子風槍),自動除靜電離子風嘴,,離子風棒,離子銅棒,離子風銅棒,感應式靜電消除棒,高壓發生器。桌上型離子風機,懸掛式雙頭離子風機,懸掛式三頭離子風機,臥式離子風機。消除靜電設備臺式離子風機,感應式離子風嘴,,臥式離子風機,懸掛式離子風機,離子風槍,離子風嘴,離子風棒,感應式離子風嘴,專用地線和防靜電腕帶等。如有任何疑問可以向思沃防靜電設備制造中心咨詢,制造中心:圖樣傳真:010-62716673,全國銷售熱線:013911222754。

      2.靜電的控制:靜電的控制技術是在靜電電荷積聚不可避免的情況下,采取綜合措施將靜電危害控制在允許的范圍內。

        ①工藝控制法 目的是在生產過程中盡量少地產生靜電荷。對工藝流程中材料的選擇、裝備安裝和操作管理等過程應采取預防措施,控制靜電的產生和電荷的聚集,抑制靜電電位和放電能量,使危害降到最小程度。

        ② 泄露法 目的是使靜電荷通過泄露達到消除。一般采用靜電接地使電荷向大地泄露,通常利用增大物體電導的方法使靜電泄露。

        ③靜電屏蔽法 采用接地的屏蔽罩把帶電體與其它物體隔離開,這樣帶電體的電場將不影響周圍其它物體,這種屏蔽方法叫內場屏蔽。有時也用接地的屏蔽罩把被隔離物體包圍起來使被隔離物免受外界電場的影響,這種屏蔽方法叫外場屏蔽。

      ④復合中和法及其它 通過復合中和法來達到靜電荷的消除。通常用靜電消除器(思沃科技品牌):離子風槍,離子風機,離子風棒,離子風嘴,離子風鼓,所產生的正負離子來中和帶電體的電荷,并有可能使帶電物體表面光滑以及周圍環境更加清潔,從而減少尖端放電的可能性。

      電子工業中的靜電控制/靜電消除

      隨著納米技術的日益發展,集成電路的集成密度越來越高,相應的耐靜電擊穿電壓(Vesd)也越來越低,另一方面,一些表面電阻率很高的高分子材料如塑料、橡膠制品的廣泛應用以及現代生產過程的破壞性,僅美國電子工業一年因ESD造成的損失就達幾百億美元。、ESDelectrostaticdischarge是電子工業中普遍存在的“硬病毒”,在某個內外因條件具備的時刻便會發作,可以遵循以下四項原則,建立起有效的靜電控制程序。

      把靜電控制體現到設計中

      要做到更為有效的ESD控制,首先在器件和產品的設計中,應充分體現靜電防護的思想,在器件內部設置靜電防護元件(ESDProtectionDevice),盡量使用對靜電不敏感的器件以及對所使用的靜電放電敏感(ESDS,ESD-sensitive)器件提供適當的輸入保護,使其更合理地避免ESD的傷害。

      MOS工藝是集成電路制造的主導技術,以金屬-氧化物-半導體場效應管為基本構造元件。由于MOS器件中場效應管理的柵、源極之間是一層亞微米級的絕緣棚氧化層,故其輸入阻抗通常大于1000M,并且具有5pF左右的輸入電容,極易受到靜電的損害。因此,在MOS器件的輸入級中均設置了電阻-二極管防護網絡,串聯電阻能夠限制尖峰電流,二極管則能限制瞬間的尖峰電壓。器件內常見的防護元件還有:電容、雙極晶體管、可控硅整流器(SCR,見圖1)等,ESD發生時,它們在受保護器件之前迅速作出反應,將ESD的能量吸收、釋放,使被保護器件所受沖擊大為降低。正常情況下,防護元件在其一次崩潰(FirstBreakdown)區內工作,不會受到ESD損傷,一旦外加電壓或電流過量(Overstress),進入二次崩潰(SecondaryBreakdown)區的防護元件將受到不可逆轉的損害,失去對器件的保護作用。

      目前許多廠家已經研制出具有內部保護電路的器件,一系列相應的測試標準也頌布執行,如MAXIM公司研制的模擬開關MAX4551,具有15kV的ESD保護功能,它們必須在正常工作、停機模式和斷電狀態下,依據IEC1340-3-1人體模型、IEC1000-4-2空氣間隙放電、IEC1000-4-4快速瞬變(FTB)放電等標準,接受多項模似ESD測試,確保符合IEC1000-4-2Level4要求。

      此外,生產環境的防靜電設計也是ESD控制的關鍵所在,設計的依據是電子器件絕緣膜靜電擊穿電壓(Vesd)、整機中敏感器件的Vesd以及生產設備的耐靜電性能。制造必須定義和堅持一個特殊的ESD控制級別,該級別由生產過程中最為敏感的元件所決定,生產環境必須保障該級別的安全性。當不知道最敏感元件的級別時,制造商應該執行EIA-625標準,它將ESD保護的工作區域定義為“安全區”,不包含可能產生高于200V的放電源。國際上已有多篇論文提出以二次崩潰電流做為靜電敏感級別的判定依據,能夠精確測量二次崩潰電流的傳輸線觸波發生器(TLPG)也已成為ESD防護研發中的重要工具。

      堅持預防為主,消除產生靜電的過程,在生產和儲運過程中盡可能地減少產生靜電的工序和材料,可以在很大程度上消除靜電的產生與積累。為抑制靜電的產生和積累,EPA區域內應盡量避免使用表面電阻率高的普通塑料、聚乙烯、苯乙烯制品,如化纖地毯、尼龍服、布質儀器罩等,這些物品一經磨擦就會產生靜電且不易釋放;要盡可能地減少塵埃,塵埃粒子通常附著電荷;操作者應杜絕用手、服裝觸及電路板和各種IC引腳;清洗印刷電路板(PCB)時,只使用ESD認可的自然毛刷和溶劑;在所有操作和檢查中盡可能地減少印刷電路裝置(PCA,printedcircuitassembly)的移動,可能的話減少操作次數;器件應存儲在完全閉合的屏蔽容器內,或者引腳朝下放在耗散性接地墊子上;PCB或器件上跟蹤工作過程(WIP,workinprocess)的標簽也應使用靜電耗散性標簽。

      敏感器件的物流也是一個不容疏忽的環節。在這個過程中,元器件不可以避免地要與外包裝相磨擦產生靜電,而且暴露在外界電場中(如經過高壓設備附近)的敏感器件也極易受到破壞、很可能在我們還沒有意識到的狀況下,敏感器件已經受損、因此儲運時應采用耗散性或防靜電屏蔽包裝,不能用易產生靜電的尼龍及普通塑料制品,且只在準備使用時才將ESD器件從包裝中取出來。

      安全地泄放或中和靜電

      同樣,無論措施多少嚴密,完全消除靜電幾乎是不可能的,所以我們的第三條原則是,安全地泄放或中和靜電,其中接地是最基本最有效的方法。接地為靜電沖擊提供良好的泄放通道,使帶電體上積聚的靜電荷得以順利泄出,迅速導入大地,避免了對敏感元件的放電。接地效果的好壞直接影響到整個靜電防護的效果,如果接地效果差,將導致整個防靜電體系失效,產品將處于在一個充滿靜電的險境,只有從測試放電點到最終接地匯接點中的任何一個環節都保持通暢,才能確保靜電安全泄放。IEC1340-5-1對接地電阻作了規定,國內航天工業標準QJ1950-90也有類似規定,綜合考慮,電子工業中生產和使用場所的接地電阻應在10以下,接地導線必須連接牢固,并有足夠的機械強度,否則在松斷部位可能會產生火花,固定設備接地導線應是1.25mm以上的多股可撓的編織電線,地線提供給防靜電腕帶、地板和工作臺表面。

      普通塑料等絕緣體上的靜電荷,不能用接地的方法來消除,但可以利用極性相反的電荷來中和。目前常采用的是靜電消除器(SVCOR),利用高壓發生裝置產生的地電流高電壓作用下,形成一個穩定的高強電場,電離空氣形成離子體。由氣流帶出達到物體表面,達到中和靜電的目的,電離器件上有專門的清結器,可以清除電離針上的積灰,保持電離器件的正常工作。

      思沃科技離子風靜電消除設備有專用的離子平衡電路,可以達到離子的自動平衡。消除靜電的功能,可以解決因靜電作用引起的生產問題,如解決靜電引起的吸塵問題,塑料制品加工時的粘合問題,靜電排訴引起的小零件跳躍問題。

      并在尖端附近形成很強的電場,使空氣電暈放電,產生正、負離子,異性離子在電場作用下向帶電體運動,因以可以連續地中和可能發生在絕緣體表面的任何電荷積累。

      適度控制環境溫濕度,也可以有效遏制靜電的殺傷力。溫度與溫度對ESD都有影響,在同一個大氣環境中,溫度較低區域會比溫度較高的區域相對濕度更大,而濕度增加則便非導體材料的表面電導率增加,空氣導電性能增強,物體上積蓄的靜電荷可以更快地泄漏,可見環境溫度越低,濕度越大,對靜電的防護就越有利。因此在工藝條件許可時,可以使用空調加濕、風扇噴霧器噴射水霧、地面灑水等方法提高空氣的相對濕度,降低靜電的危害。當然,通常應將溫度控制在18-28度范圍,濕度控制于40-65%RH范圍內。

      實時檢測生產進程與環境

      生產過程中關注的靜電參數有電場強度、靜電電位、電荷量和電阻率。電荷量是靜電最本質的物理量,但現場測量不方便,通常代以測量物體表面的靜電電位,測量時常采用非接觸式靜電電壓表,不與被測物體接觸,因而對被測物體的靜電影響很小。物體的防靜電性能可通過檢測其表面電阻率或體電阻率來鑒定,而電場強度靜征了工作環境中靜電積聚的能量,對EPA的確定至關重要。常用的檢測儀器有場強計、手/腳腕帶檢測儀,表面阻抗測試儀、靜電電壓表、電荷量表等,最新的綜合監測設備可對區域中的靜電狀況全面監測,任一參數超標即自動報警。

      檢測是ESD控制的必要手段,應在生產的各個環節中實時進行。操作員每次進入EPA之前需測試手/腳腕帶、防靜電鞋、防靜電工作服的性能;必須有專人負責EPA的檢測與維護,定期檢查各種ESD設備、用具、接地裝置是否滿足防靜電的要求;管理人員應定期檢查各個工位的防靜電情況,發現不符合要求時,要實時整改;檢測結果要整理歸檔并作為質量管理體系認證的一部分加以核查。

      總結

      以上四條原則是建立ESD控制程序的基礎,一個有效的ESD控制體系,光有防靜電硬件系統是遠遠不夠的,還得有一套行之有效并得到貫徹實施的培訓、管理制度和操作程序。美國學者DennisPolinski認為,一個有效的ESD控制程序應包括以下元素:設立一個ESD防護統籌人或小組、明確來自ESD的損失、評估你的實施過程與需要、確認ESD敏感項目、需求最高管理層的支持、建立和實施規程與規定、人員培訓和回顧、審查、分析、報告、提供反饋與改進。

      靜電防護是一項系統工程,必須貫徹整體防護思想,綜合運用均壓、接地、泄流、屏蔽和箝位等技術,構成一個完整的防護體系,才能取得明顯的效果。

      SMT生產中的靜電防護技術

      編者按:在電子產品制造中,靜電放電往往會損傷器件,甚至使器件失效,造成嚴重損失,因此SMT生產中的靜電防護非常重要。本刊分別邀請北京、上海的兩位專家撰文介紹與分析電子產品制造中的靜電產生源及靜電防護原理,較詳細地介紹了SMT生產中的一些靜電防護技術基礎與相應措施。供大家參考。

      1.靜電和靜電的危害

      靜電是一種電能,它存留于物體表面,是正負電荷在局部范圍內失去平衡的結果,是通過電子或離子的轉換而形成的。靜電現象是電荷在產生和消失過程中產生的電現象的總稱。如摩擦起電、人體起電等現象。

      隨著科技發展,靜電現象已在靜電噴涂、靜電紡織、靜電分選、靜電成像等領域得到廣泛的有效應用。但在另一方面,靜電的產生在許多領域會帶來重大危害和損失。例如在第一個阿波羅載人宇宙飛船中,由于靜電放電導致爆炸,使三名宇航員喪生;在火藥制造過程中由于靜電放電(ESD),造成爆炸傷亡的事故時有發生。在電子工業中,隨著集成度越來越高,集成電路的內絕緣層越來越薄,互連導線寬度與間距越來越小,例如CMOS器件絕緣層的典型厚度約為0.1μm,其相應耐擊穿電壓在80-100V;VMOS器件的絕緣層更薄,擊穿電壓在30V。而在電子產品制造中以及運輸、存儲等過程中所產生的靜電電壓遠遠超過MOS器件的擊穿電壓,往往會使器件產生硬擊穿或軟擊穿(器件局部損傷)現象,使其失效或嚴重影響產品的可靠性。

      為了控制和消除ESD,美國、西歐和日本等發達國家均制定了國家、軍用和企業標準或規定。從靜電敏感元器件的設計、制造、購買、入庫、檢驗、倉儲、裝配、調試、半成品與成品的包裝、運輸等均有相應規定,對靜電防護器材的制造使用和管理也有較嚴格的規章制度要求。我國也參照國際標準制定了軍用和企業標準。例如有航天部、機電部、石油部等標準。

      2.靜電敏感器件(SSD)

      對靜電反應敏感的器件稱為靜電敏感元器件(SSD)。靜電敏感器件主要是指超大規模集成電路,特別是金屬化膜半導體(MOS電路)。表1為靜電敏感器件的分級表。可根據SSD分級表,針對不同的SSD器件,采取不同的靜電防護措施。

      3.電子產品制造中的靜電源

      (1)人體的活動,人與衣服、鞋、襪等物體之間的摩擦、接觸和分離等產生的靜電是電子產品制造中主要靜電源之一。人體靜電是導致器件產生硬(軟)擊穿的主要原因。人體活動產生的靜電電壓約0.5-2KV。另外空氣濕度對靜電電壓影響很大,若在干燥環境中還要上升1個數量級。表2為相對濕度對與人體活動帶電的關系。

      人體帶電后觸摸到地線,會產生放電現象,人體就會產生不同程度的電擊感反應,其反應的程度稱為電擊感度。表3為不同靜電壓放電過程中人體的電擊感度。

      (2)化纖或棉制工作服與工作臺面、坐椅摩擦時,可在服裝表面產生6000V以上的靜電電壓,并使人體帶電,此時與器件接觸時,會導致放電,容易損壞器件。

      (3)橡膠或塑料鞋底的絕緣電阻高達1013Ω,當與地面摩擦時產生靜電,并使人體帶電。

      (4)樹脂、漆膜、塑料膜封裝的器件放人包裝中運輸時,器件表面與包裝材料摩擦能產生幾百伏的靜電電壓,對敏感器件放電。

      (5)用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚內乙烯)、PVR(聚胺脂)、PVC和聚脂、樹脂等高分子材料制作的各種包裝、料盒、周轉箱、PCB架等都可能因摩擦、沖擊產生1-3.5KV靜電電壓,對敏感藉件放電。

      (6)普通工作臺面,受到摩擦產生靜電。

      (7)混凝土、打臘拋光地板、橡膠板等絕緣地面的絕緣電阻高,人體上的靜電荷不易泄漏。

      (8)電子生產設備和工具方面:例如電烙鐵、波峰焊機、再流焊爐、貼裝機、調試和檢測等設備內的高壓變壓器、交/盲流電路都會在設備卜感應出靜電。如果設備靜電泄放措施不好,都會引起敏感器件在制造過程中失效。烘箱內熱空氣循環流動與箱體摩擦、CO2低溫箱冷卻箱內的CO2蒸汽均會可產生大量的靜電荷。

      4.靜電防護原理

      電子產品制造中,不產生靜電是不可能的。產生靜電不是危害所在,其危害所在于靜電積聚以及由此產生的靜電放電。靜電防護的核心是“靜心消除”。

      靜電防護原理:

      (1)對可能產生靜電的地方要防止靜電積聚。采取措施在安全范圍內。

      (2)對已經存在的靜電積聚迅速消除掉,即時釋放。

      5.靜電防護方法

      (1)使用防靜電材料:金屬是導體,因導體的漏放電流大,會損壞器件。另外由于絕緣材料容易產生摩擦起電,因此不能采用金屬和絕緣材料作防靜電材料。而是采用表面電阻l×105Ω?cm以下的所謂靜電導體,以及表面電阻1×105-1×108Ω?cm的靜電亞導體作為防靜電材料。例如常用的靜電防護材料是在橡膠中混入導電碳黑來實現的,將表面電阻控制在1×106Ω?cm以下。

      (2)泄漏與接地:對可能產生或已經產生靜電的部位進行接地,提供靜電釋放通道。采用埋大地線的方法建立“獨立”地線。使地線與大地之間的電阻<10Ω。(參見GBJl79或SJ/T10694—1996)

      靜電防護材料接地方法:將靜電防護材料(如于作臺面墊、地墊、防靜電腕帶等)通過1MΩ的電阻接到通向獨立大地線的導體上(參見SJ/T10630-1995)。串接1MΩ電阻是為了確保對地泄放<5mA的電流,稱為軟接地。設備外殼和靜電屏蔽罩通常是直接接地,稱為硬接地。

      IPC-A-610C標準中推薦的防靜電工作臺接地方法如圖1。

      (3)導體帶靜電的消除:導體上的靜電可以用接地的方法使靜電泄漏到大地。放電體卜的電壓與釋放時間可用下式表示:

      UT=U0L1/RC

      式中UT-T時刻的電壓(V) U0一起始電壓(V) R-等效電阻(Ω)C-導體等效電容(pf)

      一般要求在1秒內將靜電泄漏。即1秒內將電壓降至1OOV以下的安全區。這樣可以防止泄漏速度過快、泄漏電流過大對SSD造成損壞。若U0=500V,C=200pf,想在1秒內使UT達到100V,則要求R=1.28×109Ω。因此靜電防護系統中通常用1MΩ的限流電阻,將泄放電流限制在5mA以下。這是為操作安全設計的。如果操作人員在靜電防護系統中,不小心觸及到220V工業電壓,也不會帶來危險。

      (4)非導體帶靜電的消除:對于絕緣體上的靜電,由于電荷不能在絕緣體上流動,因此不能用接地的方法消除靜電。可采用以下措施:

      (a)使用離子風機—離子風機產生正、負離子,可以中和靜電源的靜電。可設置在空間和貼裝機貼片頭附近。

      (b)使用靜電消除劑—靜電消除劑屬于表面活性劑。可用靜電消除劑檫洗儀器和物體表面,能迅速消除物體表面的靜電。

      (c)控制環境濕度—增加濕度可提高非導體材料的表面電導率,使物體表面不易積聚靜電。例如北方干燥環境可采取加濕通風的措施。

      (d)采用靜電屏蔽—對易產生靜電的設備可采用屏蔽罩(籠),并將屏蔽罩(籠)有效接地。

      (5)工藝控制法:為了在電子產品制造中盡量少的產生靜電,控制靜電荷積聚,對已經存在的靜電積聚迅速消除掉,即時釋放,應從廠房設計、設備安裝、操作、管理制度等方面采取有效措施。

      6.靜電防護器材

      (1)人體防靜電系統包括防靜電腕帶、工作服、帽、手套、鞋、襪等

      (2)防靜電地面包括防靜電水磨石地面、防靜電橡膠地面、PVC防靜電塑料地板、防靜電地毯、防靜電活動地板等。

      (3)防靜電操作系列:包括防靜電:I:作臺墊、防靜電包裝袋、防靜電物流小車、防靜電烙鐵及工具等。

      7.靜電測量儀器.

      (1)靜電場測試儀:用于測量臺面、地面等表面電阻值。平面結構場合和非平面場合要選擇不同規格的測量儀。

      (2)腕帶測試儀:測量腕帶是否有效。

      (3)人體靜電測試儀:用于測量人體攜帶的靜電量,人體雙腳之間的阻抗,測量人體之間的靜電差,腕帶、接地插頭、工作服等是否阻護有效。還可以作為入門放電,把人體靜電隔在車間之外。

      (4)兆歐表:用于測量所有導電型、抗靜電型及靜電泄放型表面的阻抗或電阻。

      8.電子產品制造中防靜電技術指標要求

      (1)防靜電地極接地電阻<10Ω。

      (2)地面或地墊:表面電阻值105-1010Ω;摩擦電壓<100V。

      (3)墻壁:電阻值5×104-109Ω。

      (4)工作臺面或墊:表面電阻值106-109Ω;摩擦電壓<100V;對地系統電阻106-108Ω。

      (5)工作椅面對腳輪電阻106-108Ω。

      (6)工作服、帽、手套摩擦電壓<300V;鞋底摩擦電壓<100V。

      (7)腕帶連接電纜電阻1MΩ;佩帶腕帶時系統電阻1-1OMΩ。腳跟帶(鞋束)系統電阻0.5×105-108Ω。

      (8)物流車臺面對車輪系統電阻106-109Ω。

      (9)料盒、周轉箱、PCB架等物流傳遞器具一表面電阻值103-108Ω;摩擦電壓<100V。

      (10)包裝代、盒一摩擦電壓<100V。

      (11)人體綜合電阻106-108Ω。

      9電子產品制造中防靜電措施及靜電作業區(點)的一般要求

      SMT生產設備必須接地良好,貼裝機應采用三相無線制接地法并獨立接地。生產場所的地面、工作臺面墊、坐椅等均應符合防靜電要求。車間內保持恒溫、恒濕的環境。應配備防靜電料盒、周轉箱、PCB架、物流小車、防靜電包裝帶、防靜電腕帶、防靜電烙鐵及工具等設施。

      (1)根據防靜電要求設置防靜電區域,并有明顯的防靜電警示標志。按作業區所使用器件的靜電敏感程度分成1、2、3級,根據不同級別制訂不同的防護措施。

      1級靜電敏感程度范圍:0-1999V

      2級靜電敏感程度范圍:2000-3999V

      3級靜電敏感程度范圍:4000-15999V

      16000V以上是非靜電敏感程產品。

      (2)靜電安全區(點)的室溫為23±3℃,相對濕度為45-70%RH。禁止在低于30%的環境內操作SSD(靜電敏感元器件)。

      (3)定期測量地面、桌面、周轉箱等表面電阻值。

      (4)靜電安全區(點)的工作臺上禁止放置非生產物品,如餐具、茶具、提包、毛織物、報紙、橡膠手套等。

      (5)工作人員進入防靜電區域,需放電。操作人員進行操作時,必須穿工作服和防靜電鞋、襪。每次上崗操作前必須作靜電防護安全性檢查,合格后才能生產。

      (6)操作時要戴防靜電腕帶,每天測量腕帶是否有效。

      (7)測試SSD時應從包裝盒、管、盤中取一塊,測一塊,放一塊,不要堆在桌子上。經測試不合格器件應退庫。


      (8)加電測試時必須遵循加電和去電順序:低電壓→高電壓→信號電壓的順序進行。去電順序與此相反。同時注意電源極性不可顛倒,電源電壓不得超過額定值。

      (9)檢驗人員應熟悉SSD的型號、品種、測試知識,了解靜電保護的基本知識。

      10.靜電敏感元器件(SSD)運輸、存儲、使用要求

      (1)SSD運輸過程中不得掉落在地,不得任意脫離包裝。

      (2)存放SSD的庫房相對濕度:30-40%RH。

      (3)SSD存放過程中保持原包裝,若須更換包裝時,要使用具有防靜電性能的容器。

      (4)庫房里,在放置SSD器件的位置上應貼有防靜電專用標簽。

      (5)發放SSD器件時應用目測的方法,在SSD器件的原包裝內清點數量。

      (6)對EPROM進行寫、擦及信息保護操作時,應將寫入器/擦除器充分接地,要帶防靜電手鐲。

      (7)裝配、焊接、修板、調試等操作人員都必須嚴格按照靜電防護要求進行操作。

      (8)測試、檢驗合格的印制電路板在封裝前應用離子噴槍噴射一次,以消除可能積聚的靜電荷。

      11.防靜電工作區的管理與維護

      (1)制訂防靜電管理制度,并有專人負責。

      (2)備用防靜電工作服、鞋、手鐲等個人用品以備外來人員使用。

      (3)定期維護、檢查防靜電設施的有效性。

      (4)腕帶每周(或天)檢查一次。

      (5)桌墊、地墊的接地性、靜電消除器的性能每月檢查一次。

      (6)防靜電元器件架、印制板架、周轉箱;運輸車、桌墊、地墊的防靜電性能每六個月檢查次。

      電子產品的靜電防護(上)

      一、 概述

      在人們的日常生活和工作中, 經常會遇到靜電現象。那么, 靜電到底是什么, 它的產生機理以及它有哪些危害,如何預防和消除這些危害,這是我們必須考慮和解決的問題。

      1. 什么是靜電?

      靜電是一種電能,它存在于物體表面,是正負電荷在局部失衡時產生的一種現象。靜電現象是指電荷在產生與消失過程中所表現出的現象的總稱,如摩擦起電就是一種靜電現象。

      2. 為什么要防靜電?

      由于電子行業的迅速發展,體積小、集成度高的器件得到大規模生產,從而導致導線間距越來越小,絕緣膜越來越薄,致使耐擊穿電壓也愈來愈低。而電子產品在生產、運輸、儲存和轉運等過程中所產生的靜電電壓卻遠遠超過其擊穿電壓閾值,這就可能造成器件的擊穿或失效,影響產品的技術指標,降低其可靠性。由此可見,靜電是電子行業發展中的一大障礙。所以預防靜電必須提到議事日程上來,以確保產品的質量。

      為使電子器件及產品在購買、入庫、發料、檢驗、儲存、調測和安裝等過程中免受靜電危害,了解靜電產生的機理和一些防止靜電產生危害的相關知識是非常必要和重要的。

      二、電子行業中靜電障害的形成

      電子行業中靜電障害可分為兩類:一是由靜電引力引起的浮游塵埃的吸附;二是由靜電放電引起的介質擊穿;

      1. 靜電吸附

      在半導體元器件的生產制造過程中,由于大量使用了石英及高分子物質制成的器具和材料,其絕緣度很高,在使用過程中一些不可避免的摩擦可造成其表面電荷不斷積聚,且電位愈來愈高。表1列出了半導體元器件及其使用環境中部分物品表面的靜電電位。

      電子設備制造防靜電技術要求

      2.5.4重要工位上應配備腕帶監視器,以隨時監視腕帶是否處于正常狀態。

      2.5.5在裝配未采用防靜電包裝的零部件時,應消除靜電后再進入防靜電工作區。

      2.5.6手拿SSD時,應避免接觸其引線和接線片。

      2.5.7服裝、圖紙資料等物品不得接觸SSD。

      2.5.8清洗SSD及其部件時,不得使用塑料刷。

      2.5.9不具備防靜電功能的必備工具、用具,應放在防靜電桌墊上,并置于離子風靜電消除器的作用范圍內。

      2.5.10操作時應盡量減少對SSD及其部件的接觸次數。

      2.5.11裝聯電子設備時,應使用有接地線的低壓直流電動起子。

      2.5.12在手工焊接時,應采用防靜電低壓恒溫烙鐵。

      2.5.13在任何場合均不允許未采取防靜電措施的人員接觸SSD及其零部件。

      2.5.14生產過程中使用的設備(成型機、插件機、波峰焊機、貼片機、切腳機、清洗機等),必須采取降靜電措施。

      3、關聯部門的責任

      3.1采購、檢驗

      采購、檢驗人員應具備SSD一般保護常識,遵守靜電防護操作規程

      3.2貯存

      3.2.1元器件庫房管理人員應掌握SSD的一般保護常識

      3.2.2庫房必須是靜電安全工作區,防靜電基本設施見表2。

      3.2.3 SSD入庫、出庫都必須裝在防靜電包裝內,并遵守基本操作規程

      3.3運輸

      運輸SSD及其組件時,應將其放入防靜電包裝內進行,必要時,應使用離子空氣來消除運輸過程中產生的靜電。

      3.4調試

      調試部件、整件、整機技術指標時,操作人員應遵守本標準中的有關規定。

      3.5維修

      3.5.1外出維修時應使用防靜電維修箱(包)。

      3.5.2維修時應遵守本標準有關操作規程。

      貯存、運輸SSD及其部件時,應妥善進行防靜電包裝。

      4.5.2  拒絕接收未包裝在靜電防護容器里的SSD。

      4.5,3  當需要把SSD及其部件從靜電防護容器中取出時,必須在靜電安全工作臺上進行,并遵守以下事項,

      a.  操作人員必須穿防靜電工作服,

      b.  戴上防靜電腕帶,腕帶必須與皮膚有良好的接觸并將腕帶接入可靠的防靜電接地系統中。

      4.5.4  重要工位上應配備腕帶監視器,以隨時監視腕帶是否處于正常狀態.

      4.5.5  在裝配未采用防靜電包裝的零部件時?應消除靜電后再進入防靜電工作區。

      4.5.6  手拿SSD日才,應避免接觸其引線和接線片;

      4.5.7  服裝、圖紙資料等物品不得接觸SSD。

      4.5.8  清洗SSD及其部件時,不得使用塑料刷.

      4.5.9  不具備防靜電功能的必備工具、用具,應放在防靜電桌墊上

      的作用范圍內。

      4.5,10  操作時應盡量減少對SSD及其部件的接觸次數。

      4.5.11  裝聯電子設備時,應使用有接地線的低壓直流電動起子。

      并置于離子風靜電消除器

      4.5.12 在手工焊接時,應采用防靜電低壓恒溫烙鐵。對GJBl649規定的I類SSD的焊接還應在拔掉烙鐵電源插頭后進行。

      4.5.13  禁止重復使用器件包裝管包裝SSD。

      4.5.14  在任何場合均不允許未采取防靜電措施的人員接觸SSD及其零部件。

      4.5.15  生產過程中使用的設備(成型機、插件機、波峰焊機、貼片機、切腳機、清洗機等),必須采取降靜電措施。

      4.6  安全警告

      在接通電源的電子設備上工作時,必須遵守有關安全操作規程。

      4.7包裝及標志

      電子設備的防靜電包裝及標志應符合GJB 1649規定。

      5  關聯部門的責任

      5.1  采購、檢驗

      采購、檢驗人員應具備SSD一般保護常識,遵守靜電防護操作規程。

      5.2  貯存

      5.2.1  元器件庫房管理人員應掌握SSD的一般保護常識.

      5.2.2  庫房必須是靜電安全工作區,防靜電基本設施見表2。

      5.2.3  SSD入庫、出庫都必須裝在防靜電包裝內,并遵守基本操作規程。

      5.3  運輸

      運輸SSD及其組件時,應將其放入防靜電包裝內進行。必要時,應使用離子空氣來消除運輸過程中產生的靜電。

      調試

      調試部件、整件、整機技術指標時,操作人員應遵守本標準中的有關規定。

      5.5設計研制

      5.5.1  應把防靜電意識貫穿于新產品設計研制全過程中.

      5.5.2 設計電路時,應盡量選擇不易受到ESD損害的元器件,并盡可能采用靜電抑制技術(例如開關接地,涂導電涂料等).

      5.5.3  委托研制SSD時,應向承制方提出防靜電要求

      5.6  維修

      5.6.1  外出維修時應使用防靜電維修箱(包) ..

      5.6.2  維修時應遵守本標準有關操作規程

      電子元器件的靜電解決辦法1.靜電放電

       

         靜電放電(ESD)是大家熟知的電磁兼容問題,它可引起電子設備失靈或使其損壞。當半導體器件單獨放置或裝入電路模塊時,即使沒有加電,也可能造成這些器件的永久性損壞。對靜電放電敏感的元件被稱為靜電放電敏感元件(ESDS)。

        如果一個元件的兩個針腳或更多針腳之間的電壓超過元件介質的擊穿強度,就會對元件造成損壞。這是MOS器件出現故障最主要的原因。氧化層越薄,則元件對靜電放電的敏感性也越大。故障通常表現為元件本身對電源有一定阻值的短路現象。對于雙極性元件,損壞一般發生在薄氧化層隔開的已進行金屬噴鍍的有源半導體區域,因此會產生泄漏嚴重的路徑。

        另一種故障是由于節點的溫度超過半導體硅的熔點(1415℃)時所引起的。靜電放電脈沖的能量可以產生局部地方發熱,因此出現這種機理的故障。即使電壓低于介質的擊穿電壓,也會發生這種故障。一個典型的例子是,NPN型三極管發射極與基極間的擊穿會使電流增益急劇降低。

        器件受到靜電放電的影響后,也可能不立即出現功能性的損壞。這些受到潛在損壞的元件通常被稱為“跛腳”,一旦加以使用,將會對以后發生的靜電放電或傳導性瞬態表現出更大的敏感性。

        要密切注意元件在不易察覺的放電電壓下發生的損壞,這一點非常重要。人體有感覺的靜電放電電壓在3000—5000V之間,然而,元件發生損壞時的電壓僅幾百伏。

        靜電放電的危害效應是在二十世紀七十年代開始認識到的,這是由于新技術的發展導致元件對靜電放電的損壞越來越敏感。靜電放電造成的損失每年可達到幾百萬美元以上。因此,許多大型的元件和設備制造廠引進專業技術以減小生產環境中的靜電積累,從而使產品合格率和可靠性提高了許多。用戶根據自己的經驗也懂得了防治靜電放電損害的重要性。

      2.如何對付靜電放電?

        控制靜電積累的第一步是要弄清楚靜電荷的產生機理。

        靜電電壓是由不同種類的物質相互接觸與分離而產生。盡管摩擦能夠使電荷積累得更多,但是摩擦并不是必要的。這種效應即是大家熟知的摩擦起電,所產生的電壓取決于相互摩擦的材料本身的特性。磨擦起電序列表列出了各類物質的帶電難易程度。對于相互接觸的兩種物質,電子會從序列表較上的物質轉向較下的物質,這樣就會使兩種物質分別帶正負電荷。序列表中的物質離得越遠,各自所帶的電荷數量也越大。常見物質的磨擦起電序列如下表所示:

      表1摩擦起電序列

      ● 人體 +

      ● 玻璃

      ● 云母

      ● 聚酰胺

      ● 毛織品

      ● 毛皮

      ● 絲綢

      ● 鋁

      ● 紙

      ● 棉花

      ● 鋼鐵

      ● 木頭

      ● 硬橡膠

      ● 聚脂薄膜

      ● 聚乙烯

      ● 聚氯乙烯

      ● 聚四氟乙烯(PVC)大多數是負極性的

      電荷也可通過感應產生,這是帶電體使其附近的另一物體上的電荷發生分離的結果

      3.實際問題解決

        問題的解決包括:如果靜電放電敏感元件(ESDS)在生產和維護期間暴露在外面,那么在這些元件附近,應防止電荷的積累,并且在運輸和保管過程中,將這些元件按防靜電放電的方法包裝。

        防止靜電放電,有許多方法可以采用。最好的辦法是滿足要求且成本最低的方法,這樣的方法對于不同的產品和不同的場合都是不同的。

      4.靜電放電保護區域(EPA)

        靜電放電保護區域(EPA),有時指安全操作區,是任意一種靜電放電控制措施的核心所在。在此區域中,靜電放電敏感元件(ESDS)或電路板,或包含這些的組件,都可以很安全地工作,因為電荷的數量得到控制,而不會產生破壞性電壓。這種區域中通常包含工作臺或工作臺組、工作站、自動插件機一類的處理設備或者一塊生產區。EPA的范圍必須清楚的標明,最好設置一圍欄以防止未經允許的無關人員入內。EPA區域內應使用靜電荷積累最小的材料,并且可使電荷以受控制的方式泄入到大地中。


      表2 靜電放電保護區

       A1接地輪

      A2接地滑片

      A3接地面

      B1腕套測試器

      B2腳跟接地測試器

      B3腳跟接地底板

      C1腕套和腕套繩

      C2接地線

      C3靜電放電接地設施

      C4地

      C5接地搭接點

      C6大地接地點

      C7手套

      C8腳趾和腳跟帶箍

      D1電離劑

      E1工作面

      F1腿和座套已接地的轉椅

      G1人體接地地板

      H1工作服

      H2工作帽

      I1具有接地面的擱板

      I2接地機架

      J1靜電放電保護區標志

       

        典型的靜電放電保護區如圖1所示,此圖摘自EN100015-1,其中許多是新近的。該圖給出了各種可能的措施,但并沒有必要全部使用這些措施,這主要由特定的環境決定。所采用的其本原理就是等電位搭接,即將所有表面連接在一起,防止不同物體之間產生電位差。

        工作面[E1]是靜電損耗性的,通過靜電放電的接地設施[C3]連接到地[C4]。工作站的操作人員通過導電腕[C1]上的導線和地電位點相連,然而,對于活動頻繁的人員,最好是通過腳跟和腳趾帶箍[C8]與靜電損耗地板[G1]相通(即接地)。腕套的接地導線在接地點[C5]處進行端接。

        操作人員所穿的破舊工作服[H1、H2]也應是靜電損耗性的,并在靠近靜電放電敏感元件附近遮住工作人員自己的衣服,所有破舊的手套也應是導電材料的。

        轉椅[F1]不應視為操作人員接地的基本方法,但值得注意的是,轉椅上必須鋪一層抗靜電的材料,使座套、靠背和扶手均有與地相通的路徑。

        元件應存放在帶有接地面的擱板[I1]上,或者是接地的機架[I2]上。這些東西與工作臺都應通過接地導線[C2]與靜電放電的地面相接。

        當用手推車裝運元件或子配件時,其表面導電性能應與工作面和導電機架的導電性能相似。如果接地輪[A1]導電性良好,且與手推車車架電氣連接,那么不再需要使用接地滑片了。如果EPA的地板沒有接地,那么當手推車停下來裝卸東西時,則應將其接地點[C6]與大地接地點[C5]相連。

        在操作人員的正常工作期間,對所采用的這些措施的效果應該用靜電伏特計測量其靜電勢和靜電場來評估。

        在保護區內和進出口處,應使用標志[J1]來提醒他們注意。

        應對腕套及其接地導線用導通測試儀定期進行檢測。導電輪和腳趾帶箍也應作類似的檢測[B2,B3]。

      5.安全性

        EPA內一般有加電的工具和設備。在這種環境中,將單個物件或設備直接連接到地是很危險的。正是由于此原因,腕套接地導線、轉輪及腳趾帶箍的連接處均要串入一只不低于1M的電阻。有些腕套接地導線的每端均有一只這樣的電阻,因此,即使腕套接地導線接在加電維修的產品的帶電接線端,也不會有危險。

        腕套接地導線測試儀是一種檢測電阻的阻值是否合適(如果太高,不可能實現等電勢搭接;如果太低,會出現安全危害)的儀器。

        腕套接地導線要配以可快速拔下的與其它電氣插座不兼容的插頭,這樣可以保證它不會誤插到其它電氣插座上,并且,在緊急情況下容易拔下。

      6.靜電放電保護區內的實際工作

        在靜電放電保護區內,如果不遵守明確的工作規范,電荷和電勢就不能保持在允許的范圍內。一些會導致問題的例子包括:將裝在不抗靜電的塑料封面內的文件、塑料容器、杯子等帶進靜電放電保護區內,使用會破壞地板或工作表面靜電特性的清潔劑。

        有關人員應接受足夠的訓練,不僅學習需要遵守的規程,還要了解必須遵守這些規程的理由。了解可能損壞的元件的有關參數也是有用處的。

      應指定專人負責靜電放電保護區的保養與維護,同時還要對規程的執行情況進行檢查。這些檢查也應作為質量管理體系認證的一部分加以核查。

      7.運輸與存放

        運輸帶引腳的元件時,通常使用導電泡沫材料。這可以防止元件引腳間出現較高的電勢差,對于雙列直插式封裝的元件,在散裝運輸過程中常采用靜電損耗性管。

        對于線路板組件,當位于靜電放電保護區外時,應將其置于靜電屏蔽袋或導電搬運箱內進行運輸。有的包裝袋使用導電材料制成,它可確保所有元件在穩定條件下處于同一電勢,同時將偶然跑到袋上的靜電荷耗散掉。這種方法不能用于帶電池的電路板,對于這種情況,應采用襯里是靜電損耗性材料的,而外層是導電材料的包裝袋。這種袋子的價格更高,但可對加電和未加電的組件提供極好的保護作用。同樣,內部裝有固定電路板的導軌的導電箱不能與邊緣上有裸露連接器的加電電路板一起使用。

      8.現場維修

        現場需要維修的產品上要設置一個靜電連接點,這樣,維修技術人員在打開設備的蓋子之前,可以將腕套的接地導線連上。備件應放在靜電屏蔽袋或箱子中進行運輸,除非備件中不包含靜電放電敏感元件。如果模塊工作在暴露狀態下,應將靜電損耗性地板墊連接到產品的靜電搭接點上,作為工作面使用。

      9.有關標準

        1987年,英國進行了將實踐規程編制成文件的第一次嘗試,其成果是BS5783。與其說這是一個關于應該進行哪些檢測的標準,更不如稱其為一個實踐規范條款。這項工作的第二階段是將這個標準轉換歐洲組織中的一個規范,其編號是CECC000151,其標題為:“基本規范:靜電敏感元件的保護第一部分:總體要求”。該標準1991年出版,1992年重新編號為EN1000151。其它部分在1993年(第二部分:低濕度條件要求)和1994年(第三部分:清潔區要求,第四部分:高壓環境要求)出版。這些部分的內容超出本文討論范圍。

        標準不僅包括安裝、維護和檢驗本文所述的措施方面的要求,而且也詳細闡述了包括測試方法在內的靜電保護器件自身的詳細要求。

        技術和工藝的不斷發展和執行標準中積累的經驗,以及自動化機械設備的普遍使用,使這些標準得到不斷完善,包括使其結構更加合理化,同時將用戶指南從標準化版本中分離出來。修訂工作已納入國際電工委員會所組織的國際論壇中,新制定的標準將在IEC1340系列中發布,毫無疑問,這與歐洲標準是相輔相成的。有關標準部分如表2示:

      表2 國際電工委員會1340方案結構

      IEC 1340-1

      概要

      IEC 1340-1-1

      靜電原理指南

      IEC 1340-1-2

      定義與術語

      IEC 1340-2

      靜電測量方法

      IEC 1340-2-1

      靜電荷的消耗

      IEC 1340-2-2

      可充電性

      IEC 1340-2-3

      電阻及電阻系數

      IEC 1340-3

      靜電效應模擬方法

      IEC 1340-3-1

      人體模型

      IEC 1340-3-2

      機器模型

      IEC 1340-3-3 充電元件模型

      IEC 1340-3-4

      場效應模型

      IEC 1340-4

      特殊場合下的標準測試方法

      IEC 1340-4-1

      地板墊子的估測

      IEC 1340-4-2

      包裝

      IEC 1340-4-3

      鞋類

      IEC 1340-5

      靜電敏感元件的防護細則

      IEC 1340-5-1

      總體需求

      IEC 1340-5-2

      用戶指南

      IEC 1340-6

      靜電控制技術及評測其效應的方法

      IEC 1340-6-1

      電離劑

      電子行業防靜電措施

      生活,生產中靜電可謂無處不在,無時不在,從舉手投足間服裝的磨擦,到干燥空氣的流動,都是靜電產生的青萍之末.如果條件適宜,發端乎幾伏,登峰造極于幾百上千伏,瞬間亦可實現.這些都對CMOS等靜電敏感電路造成極大威脅,更不待說設備漏電造成的危害了,故電子行業無不將靜電當成大敵,盡一切努力將之柜之門外.

      靜電是相對于“動電”,即導體中的流動電荷而言,是一般情況下不流動的電荷.多由絕緣體物體間互相磨擦或干燥空氣與絕緣物磨擦產生.當它能量積累到一定程度,防礙它中和的絕緣體再也阻擋不住時,即發生劇烈放電,即靜電放電(ESD),這時的最高電壓可達幾千乃至幾萬伏.勢必對靜電敏感組件造成損害(見表1﹑表2)

      表1  生產現場易產生的靜電電壓.

      生產場合

      靜電電壓

      濕度10~20%

      濕度65~90%

      在地毯上走動時

      35000V

      1500V

      在乙烯樹脂地板上走動時

      12000V

      250V

      手拿乙烯塑料袋裝入器件時

      7000V

      600V

      在流水線工位接觸聚酯塑袋時

      20000V

      1200V

      在操作工位與聚胺酯類接觸時

      18000V

      1500V

      表2  靜電對部分電子器件的擊穿電壓.

      器件類型

      EOS/ESD的最小敏感度

      (以靜電電壓V表示)

      VMOS

      MOSFET

      砷化鎵FET

      EPROM

      JFET

      SAW(聲表面波濾波器)

      運算放大器

      CMOS

      肖特基二極管

      SMD薄膜電阻器

      雙極型晶體管

      射極耦合邏輯電路

      可控硅

      肖特基TTL

      30~1800

      100~200

      100~300

      100以上

      140~7000

      150~500

      190~2500

      250~3000

      300~2500

      300~3000

      380~7800

      500~1500

      680~1000

      100~2500

        雷電是氣流與云層中水滴磨擦產生的高壓靜電放電而形成,高壓帶電云層經過建筑物附近時,可由避雷針的"尖端放電"效應中和掉一部分電荷;當云層中電荷量太大,或云層移動太快而來不及全部中和時,將通過避雷針劇烈放電形成雷擊.這兩種情況下,尤其是雷擊時,整個建筑物及附近地面都是帶電的,雷擊的危害主要是直擊雷和雷電感應.由于人在建筑物中處于"等電位"狀態,象鳥兒落在高壓線上一樣,所以一般不會受到雷擊.但雷電感應(超高壓靜電感應和強電磁感應)會對靜電敏感器件造成損害.

        設備漏電,尤其是不會對人造成觸電傷害的徽小漏電并不屬于靜電.雖然大多數情況下人們幾乎感覺不到,但由于其普遍性(任何電器設備多少總有些漏電)和高內阻的特點,產生最高近似于電源電壓(100~400V),時間很短的尖峰電脈沖,仍足以對靜電敏感器件造成電氣過載(EOS)損害.所以也是靜電防護體系中極為重要的一個方面.

        靜電放電(ESD)及電氣過載(EOS)對電子元器件造成損害的主要機理有:熱二次擊穿;金屬鍍層熔融;介質擊穿;氣弧放電;表面擊穿;體擊穿等等。見附表3

      元器件類別

      元器件組成部分

      失效機理

      失效標志

      MOS結構

      MOSFET(分立)

      MOS集成

      數字集成

      線性集成

      混合電路

       電壓引起的介質擊穿和接著發生的大電流現象

      短路漏電大

      半導體結

      二極管(PN.PIN肖特基)

      雙極晶體管

      結型場效應管

      可控硅

      雙極型集成電路,MOSFET和MOS集成電路

       電過剩能量和過熱引起的微等離子體二次擊穿和微擴散

      由Si和AL的擴散引起電流束增大(電熱遷移)

      失效

      薄膜電阻器

      混合集成電路(厚膜、薄膜)電阻單片集成電路薄膜電阻器

      密封薄膜電阻器

       介質擊穿,與電壓有關的電流通路與焦爾熱量有關的微電流通路的破壞

      電阻漂移

      金屬化條

      混合IC

      單片IC

      梳狀覆蓋式晶體管

       與焦爾熱能量有關的金屬燒毀

      開路

      場效應結構和非導電性蓋板

      存貯器

      EPROM等

       由于ESD使正離子與表面積壘.引起表面反型或柵閥值電壓漂移

      性能退化、失效

      壓晶體管

      晶振聲表面波

      電壓過高產生的機械力使晶體破裂

      性能退化、失效

      電極閥的間距較小部位

      聲表面波器件

      IC內各種微電路

      電孤放電使電極材料熔融

      性能退化、失效

        防靜電應以防止和抑制靜電荷的產生,積聚,并迅速安全﹑有效地消除已產生的靜電荷為基本原則.但防靜電諸多措施實為一套系統工程,一個環節的疏漏可能就有千里之堤潰于蟻穴之臾,不可不慎.

      1. 防靜電地線的埋設:

        (1).廠房建筑物的避雷針一般與建筑物鋼筋混凝土焊接在一起妥善接地,當雷擊發生時,接地點乃至整個大樓的地面都將成為高壓大電流的泄放點,一般認為在泄放接地點20M范圍內都會有"跨步電壓"產生,即在此范圍內不再是理想零電位.另外,三相供電的零線由于不可能絕對平衡而也會有不平衡電流產生并流入零線的接地點,故防靜電地線的埋設點應距建筑物和設備地20米以外.(見圖一)

        (2).埋設方法:為保證接地的可靠,致少應有三點以上接地,即每隔5m挖深1.5m以上坑,將2m以上鐵管或角鐵打入坑內(即角鐵插入地下2m以上),再用3mm厚銅排將這三處焊接在一起,用16m㎡絕緣銅芯線焊上引入室內為干線.

        (3).坑內施以適量木炭粉和工業鹽,以增加土壤導電性,填埋后用接地電阻測試儀測量,接地電阻應<4ω.(見圖2)且每年至少測試一次。<>

      2. 防靜電地線的鋪設和測試:

        (1).防靜電地線全部使用6m㎡多股銅芯絕緣線,每樓層或適當區段用銅排或40A以上開關,閘刀與主干線相連,以利檢查維修.

        (2).防靜電地線纜應與設備外殼,工作臺鐵架,工作燈架等良好絕緣,防止短路,搭連或破皮連接.

        (3).于分段銅排或開關的"干線端",另鋪一條檢查線.(1.5~2m㎡即可),每車間設2~3檢查點,固定好,標識清楚.

         (4).測量:使用指針式萬用表,電阻檔.

        a).各防靜電測試點與防靜電地線間電阻5~15Ω,理想應為0Ω.但實際測得為2m㎡導線從測試點到總結點電阻+6m㎡,導線從總結點到被測點電阻之和,這一值約5-15Ω且基本不變,如測量結果趨于無窮大,是為防靜電地線或測量線有一條斷線,應及時修好.

        b).防靜電地與設備地間電阻,這一阻值為防靜電地線本身線阻+設備地線本身線阻+兩地線間地電阻組成.但兩接地線間由于地面干濕程度,地電流影響等十分復雜,尤其地電流,每時每刻大小方向頻率等都在變,且主要決定測量結果,故只能用指針表測量,且其值從十幾歐到幾百K都算正常,僅說明兩地間未短路也未開路即可.

      3.防靜電地板(見圖4):

        最規范的防靜電地板是類似防靜電橡膠的復合結構,下層為導電層與防靜電地連在一起,上層為絕緣防靜電產生層,不會因行走的磨擦產生靜電.鋪設時導電層應用絕緣墊與建筑物地面和墻壁隔開,防止雷擊時地板帶靜電,并將導電層通過1MΩ20W電阻與防靜電地接好.起到靜電屏蔽和電磁屏蔽作用.這種地板造價太高,但可以有效防止雷電的各種危害和靜電產生.

        一般電子廠多用簡易防靜電地板(僅有絕緣防靜電產生層多為涂料或地板膠),直接鋪在建筑物地面上,大大降低造價,且也可起到防行走產生的靜電作用.但對雷擊產生的超高壓靜電感應和強電磁感應防護作用較差.

      4.防靜電工作臺面:如圖4

      防靜電橡膠綠色面為防靜電產生層,電阻較大,表面電阻108~1010Ω.

        防靜電橡膠的黑色面電阻較小,表面電阻104~106,與綠色面良好連接,可保妥善接地.起靜電屏蔽和泄放作用.可通過扣式連接,由專用靜電手環導線(內含1M電阻)接地.或在絕緣臺面上放0.2mm厚鐵板或銅箔,焊好導線通過1MΩ電阻連接到靜電地線,然后鋪平防靜電橡膠(黑面向下,貼緊導電片).該1MΩ電阻同樣起提供靜電泄放通路,防止過速放電打火和隔離的作用.

        甚至坐椅(凳)也應引起重視,多數生產線上使用普通塑料凳,極易與衣物摩擦產生靜電,有條件應采用防靜電椅,并通過1MΩ電阻接靜電地,至少要將塑料凳用防靜電布料套上.

      5.電烙鐵,小錫爐,測試儀器等用電設備的接地與測試:

        電烙鐵,小錫爐測試儀器等必須用三端插頭妥善接設備地,做到并不難,但由于經常發生如:插座接地端松脫,斷線,烙鐵頭因氧化而與外殼(接設備地)斷開等現象,故應每班次檢測,可用自制簡易通斷指示燈測試,發現問題立即更換.

      6.防靜電服(衣,鞋,手套等):

        所謂防靜電服,是用特殊合成纖維織成布料,一般情況下揉搓磨擦不會產生靜電.但它不是靜電屏蔽服,它不能消除身上其它衣料產生的靜電.故正確穿著應是里面只著一件襯衣或內衣,外著防靜電服.冬季內穿多件化纖類,毛類衣物穿著防靜電服也無大用.所以做好控制環境溫度,濕度,戴好靜電手環比著靜電服重要.防靜電手套則起防止靜電產生;隔離手與產品(絕緣);防止汗漬污染產品等多重作用,是必用的.

      7.防靜電手環:

        防靜電手環是由緊貼手腕的不銹鋼外殼通過線內1MΩ電阻由導線,鐵夾接地.目的是既要隨時泄放掉人體上的靜電,又要防止快速放電產生的火花,對靜電敏感器件造成損害,并起隔離作用.而斷線或接觸不良會使靜電手環形同虛設.所謂無線手環實際起不到泄放人體攜帶的靜電荷作用。

         (1).規范靜電手環佩戴,夾持方法:

         a. 靜電手環不銹鋼殼應戴在左手腕內側,此處接觸電阻最小.

         b. 要與皮膚緊密接觸,不得松馳,不得隔以衣物.

         c. 鱷魚夾應用根部夾持靜電地線裸露部份,而不應使用前端齒部夾持.

        d.下班或行走時,操作員可摘下手環,流動人員(干部,品管)應取下夾子,將聯機繞在手腕上,以便流動使用.

        (2).靜電環應每班上午,下午各測一次并記錄,松緊以通過測試為準,不合格的應立即調整或更換.

         (3).不準佩戴無線手環.

      8.加裝離子風扇:

        波峰爐預熱部份溫度為80~120℃,在這樣高溫干燥熱風吹佛下極易產生靜電.離子風扇是由高壓將空氣電離成正負離子,由風扇將含大量正負離子的空氣吹入爐內,以中和PCB及組件上因高溫熱風產生的靜電.故波峰爐入口應加裝離子風扇.防靜電工作區入口處,傳送帶起點或上方也可根據實際需要加裝離子風扇.

      9.傳送帶加裝防靜電清潔輥:

        自制簡易裝置:將長度略小于傳送帶寬度的硬塑管纏上毛巾布(應較平整),沾濕后中間穿以鐵棍(做軸)固定于傳送帶兩端,并用可樂瓶灌水后彷醫院吊瓶方法不斷加濕,傳送帶開動時輥在自重下隨傳送帶轉動,起清潔,加濕防靜電作用.這種簡易自制裝置可在一定場合下起到傳送帶離子風扇的作用.

      10.PCB在流水線上(主要指DIP后補焊,測試,裝配等工序)即應下墊防靜電海棉墊,防止產生靜電和板面刮傷.工序間轉運應用防靜電板卡儲運車或卡箱.(其表面電阻106Ω以下),通過1MΩ電阻妥善接靜電地.

        分清靜電屏蔽材料(袋)和防靜電材料(袋)很重要,防靜電材料(袋、墊)多為粉紅色,僅用來作為靜電敏感器件的廉價墊襯和中介包裝物,它只是自身不易產生靜電而已,如果有靜電放電發生,則能穿過這些防靜電材料造成危害.靜電屏蔽包裝多為銀色、黑色、灰色,有鋁箔形不透明和黑色、灰色半透明材料,現在還有柵格狀全透明材料等,其基本原理是在防靜電材料外再真空鍍一層鋁作為導電的靜電屏蔽層,有靜電勢產生時,屏蔽層將感應靜電勢均勻分布于整個包裝表面,降低表面電勢差,防止局部點高靜電勢差放電,同時對高頻強電磁場也有良好屏蔽作用.隨著防護等級不同靜電屏蔽包裝材料的導電層也分為:外層電阻層─絕緣膜─鍍鋁箔層─絕緣膜;絕緣膜─鍍鋁箔層─絕緣膜;真空鍍膜層─絕緣膜;印刷導電柵格層─絕緣膜等多種檔次.稍加注意可發現IC出廠時除外包裝為2~3層靜電屏蔽材料外,內部的支撐材料(如推盤和供料帶)都是黑色高阻導電材料,約106MΩ,也只起屏蔽和中和各引腳靜電勢,提供靜電泄放通路作用。靜電敏感組件(如IC)和制品出貨時,必須用靜電屏蔽材料包裝,而不有使用防靜電袋。

      11. 溫度和相對濕度的調控:

        電子作業,尤其是SMT對溫度和濕度都有較高要求,一般溫度控制在18~28℃,過高或過低都將影響設備的正常運作和精度;相對濕度應在50%~85%,過低則容易產生靜電(見表1).過高設備易結露,錫膏含水增加,所以應加強監測和調控,對防靜電來說,秋冬相對濕度偏低時,可用加濕器或濕布拖地方法解決.

      12.其它

         (1) 電烙鐵應盡可能采用防靜電低壓恒溫烙鐵,并良好接地.

         (2) 使用接地線的低壓直流電動起子(電批).

         (3) PCB小批量清洗作業應使用防靜電刷,不可使用普通塑料刷.

        (4)某些場合,天花板,墻壁都應使用防靜電材料,一般說即使普通石膏板和石灰涂料墻面也可,但禁止使用塑料制品天花板和普通墻紙,塑料墻紙.

      13.靜電測試儀:

        如條件具備,可考慮添置"手持式非接觸靜電測試儀",這樣才能實時監測靜電的產生,大小,追蹤靜電造成的不良,了解改善效果.因其價格過于昂貴,多數企業不敢問津.

      14.監測和記錄:

        防靜電措施要有專人負責落實,并形成制度,才能真正貫徹實施.否則一切硬件投入可能起不到實際作用。

         (1).人員:應由兩人兼職管理,測試,記錄.多數情況下需兩人配合,并防止人員流動斷檔.

         (2).測試和記錄:綜上所述,每天應完成下列測試和記錄.

         a.靜電測試點--------靜電地    指針式萬用表

            靜電地-----------設備地     電阻值測量

         b. 電烙鐵頭接地/烙鐵尖溫度測量.

         c. 小錫爐接地/錫爐溫度測量.

         d. 測試儀器接地測量.

        e.靜電手環接地測試.         靜電手環測試儀

        f.室內溫度/相對濕度的測量與調控.       溫/濕度計.

         (3).檢查防靜電工作區內工作人員著裝和防靜電各項規定執行情況.

         (4).有條件應在工作現場和流水線上用靜電測試儀測各種情況下的靜電電壓.

             靜電電壓一般應小于100V,特殊情況應小于25V.

      15.培訓和素養:應將防靜電知識/措施作為全員培訓的重要內容讓每一員工都弄懂弄通,形成良好的職業習慣.如:

         服裝,圖紙資料等不得接觸元器件,圖紙資料應放入防靜電文件袋內,懸掛;

      塑料盒,像皮,紙板,玻璃等易產生靜電的雜物不允許堆放在靜電安全工作臺上;

      必需載好靜電環和手套后才可接觸元器件,手拿PCB或敏感器件時盡量持邊緣,避免接觸其引線和接線片;

         自覺遵守和執行防靜電的制度和規定等.


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