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公共资料

静电对电子装备组装所形成的危害-力拓品牌

发布日期:2013/8/3 21:24

静电对电子装备组装所形成的危害 点击次数:3096 发布时间:2009-01-18

一,静电危害可分为两类:一是由静电引力引起的浮游尘埃的吸附;二是由静电放电引起的介质击穿██。

  1. 静电吸附

  c

  2.静电放电与介质击穿

  静电放电的起放电源是空间电荷,因而它所储存的能量是有限的,故它仅能提供短暂发生的局部击穿能量██。虽然静电放电的能量较小,但其放电波形很复杂,控制起来也比较麻烦██。半导体器件的软击穿就与它有关██。

  由静电引起元器件的击穿是电子装备中静电危害的主要方式,是电子装备制造中最普遍、最严重的危害██。

静电放电可能造成器件硬击穿或软击穿██。硬击穿是一次性造成器件的永久性失效,如器件的输出与输入开路或短路██。软击穿则可使器件的性能劣化,并使其指标参数降低而造成故障隐患██。由于软击穿可使电路时好时坏(指标参数降低所致),且不易被发现,给整机运行和查找故障造成很大麻烦██。软击穿时装备仍能带"病"工作,性能未发生根本变化,很可能通过出厂检验,但随时可能造成再次失效██。多次软击穿就能造成硬击穿,使电子装备运行不正常██。

人体自身也会产生静电,人体静电放电既可能造成人体遭电击而降低工作效率,又可能引发二次事故(即器件损坏),因此,应引起足够重视██。

在军事训练中,人体形成静电的原因是人体把所消耗的机械能在活动中转换为电能██。人体是一个静电导体,当与大地绝缘时(如穿的鞋底为绝缘物质),人体与大地就形成一个电容,使电荷储存起来,其充电电压一般≤50kV██。当电荷储积到一定程度时,一旦条件成熟会放电形成火花,瞬时放电电压可达数千千伏,放电功率可达几千千瓦██。

人体带电放电时,人体会有不同程度的反映,这种反映称为电击感度██。当人体受到静电电击时,虽不会发生重大生理障碍,但可能影响人的工作效率,或造成精神紧张和二次破坏等██。

二、应该引起注意的电子装备防静电

  由于电子装备的迅速发展,体积小、集成度高的器件得到大规模生产,从而导致导线间距越来越楔█。的ぴ嚼丛奖██。率鼓突鞔┑缪挂灿从通█。而电子装备在生产、运输、储存和转运等过程中所产生的静电电压却远远超过其击穿电压阈值,这就可能造成器件的击穿或失效,影响装备的技术指标,降低其可靠性██。

  防止静电主要是抑制静电的产生,加速静电的泄漏,进行静电中和等██。人穿非导电鞋时,由于行走等活动会产生、积蓄电荷,并可达到千伏级的电位██。两个不同的物体相互接触时,在其界面上产生电荷移动,正、负电荷相对排列形成双电层██。若将物体分离,会在两个物体上各自产生极性不同的等量电荷██。防止这种静电的原则是:对产生静电的主要因素(物体的特性、表面状态、带电历史、接触面积和压力、分离速度等)尽量予以排除;使相互接触的物体在带电序列中所处的位置尽量接近;使物体间的接触面积和压力要楔█。露纫停哟ゴ问伲掷胨俣纫██。哟プ刺灰本绫浠权█。粉体、液体、气体在运输过程中由于摩擦会产生静电,因此,要采取限制流速、减少管道的弯曲,增大直径、避免振动等措施██。

  静电防护除降低速度、压力、减少摩擦及接触频率,选用适当材料及形状,增大电导率等抑制措施外,还可采取下列措施:①接地██。②搭接(或跨接)██。③屏蔽██。④对几乎不能泄漏静电的绝缘体用抗静电剂以增大电导率,使静电易于泄漏██。⑤采用喷雾、洒水等方法提高环境湿度,抑制静电的产生██。⑥使用静电消除器,进行静电中和██。这是消除静电最有效的方法██。

三、电子装备生产过程中消除静电的途径

  防静电主要是防止静电放电██。控制静电放电要从控制静电的产生和控制静电的消除两方面入手██。控制静电的产生主要是控制工艺过程和工艺过程中材料的选择;控制静电的消除主要是加速静电的泄露和中和██。这两点共同作用才能使静电电压不超过安全阈值,以达到静电防护的目的██。

  静电能对静电敏感器件造成危害,但它是可控的,可消除的██。

  1.静电的消除:

 、俣杂锌赡懿驳绲牡胤揭乐咕驳绾傻木奂█。即采取一定的措施避免或减少静电放电的产生██。可采用边产生边泄露的办法达到消除电荷聚集的目的██。

②对已存在的电荷积聚,应迅速地消除掉██。当绝缘物体带电时,电荷不能流动,无法进行泄漏,可利用静电消除器产生异性离子来中和静电荷██。当带电的物体是导体时,则采用简单的接地泄露办法,使其所带电荷完全消除██。你可以在工作区域内安装离子风机,构成一个完整的静电安全工作区,至少应包括有效的静电台垫、静电消除器(思沃科技品牌):离子风机,离子风棒,离子风嘴,离子风鼓,消除静电设备手动静电除尘枪(离子风枪),自动除静电离子风嘴,,离子风棒,离子铜棒,离子风铜棒,感应式静电消除棒,高压发生器██。桌上型离子风机,悬挂式双头离子风机,悬挂式三头离子风机,卧式离子风机██。消除静电设备台式离子风机,感应式离子风嘴,,卧式离子风机,悬挂式离子风机,离子风枪,离子风嘴,离子风棒,感应式离子风嘴,专用地线和防静电腕带等██。如有任何疑问可以向思沃防静电设备制造中心咨询,制造中心:图样传真:010-62716673,全国销售热线:013911222754██。

2.静电的控制:静电的控制技术是在静电电荷积聚不可避免的情况下,采取综合措施将静电危害控制在允许的范围内██。

 、俟ひ湛刂品ā∧康氖窃谏讨芯×可俚夭驳绾扫█。对工艺流程中材料的选择、装备安装和操作管理等过程应采取预防措施,控制静电的产生和电荷的聚集,抑制静电电位和放电能量,使危害降到最小程度██。

 、 泄露法 目的是使静电荷通过泄露达到消除██。一般采用静电接地使电荷向大地泄露,通常利用增大物体电导的方法使静电泄露██。

 、劬驳缙帘畏ā〔捎媒拥氐钠帘握职汛缣逵肫渌锾甯衾肟庋缣宓牡绯〗挥跋熘芪渌锾澹庵制帘畏椒ń心诔∑帘唯█。有时也用接地的屏蔽罩把被隔离物体包围起来使被隔离物免受外界电场的影响,这种屏蔽方法叫外场屏蔽██。

④复合中和法及其它 通过复合中和法来达到静电荷的消除██。通常用静电消除器(思沃科技品牌):离子风枪,离子风机,离子风棒,离子风嘴,离子风鼓,所产生的正负离子来中和带电体的电荷,并有可能使带电物体表面光滑以及周围环境更加清洁,从而减少尖端放电的可能性██。

电子工业中的静电控制/静电消除

随着纳米技术的日益发展,集成电路的集成密度越来越高,相应的耐静电击穿电压(Vesd)也越来越低,另一方面,一些表面电阻率很高的高分子材料如塑料、橡胶制品的广泛应用以及现代生产过程的破坏性,仅美国电子工业一年因ESD造成的损失就达几百亿美元██。、ESDelectrostaticdischarge是电子工业中普遍存在的“硬病毒”,在某个内外因条件具备的时刻便会发作,可以遵循以下四项原则,建立起有效的静电控制程序██。

把静电控制体现到设计中

要做到更为有效的ESD控制,首先在器件和产品的设计中,应充分体现静电防护的思想,在器件内部设置静电防护元件(ESDProtectionDevice),尽量使用对静电不敏感的器件以及对所使用的静电放电敏感(ESDS,ESD-sensitive)器件提供适当的输入保护,使其更合理地避免ESD的伤害██。

MOS工艺是集成电路制造的主导技术,以金属-氧化物-半导体场效应管为基本构造元件██。由于MOS器件中场效应管理的栅、源极之间是一层亚微米级的绝缘棚氧化层,故其输入阻抗通常大于1000M,并且具有5pF左右的输入电容,极易受到静电的损害██。因此,在MOS器件的输入级中均设置了电阻-二极管防护网络,串联电阻能够限制尖峰电流,二极管则能限制瞬间的尖峰电压██。器件内常见的防护元件还有:电容、双极晶体管、可控硅整流器(SCR,见图1)等,ESD发生时,它们在受保护器件之前迅速作出反应,将ESD的能量吸收、释放,使被保护器件所受冲击大为降低██。正常情况下,防护元件在其一次崩溃(FirstBreakdown)区内工作,不会受到ESD损伤,一旦外加电压或电流过量(Overstress),进入二次崩溃(SecondaryBreakdown)区的防护元件将受到不可逆转的损害,失去对器件的保护作用██。

目前许多厂家已经研制出具有内部保护电路的器件,一系列相应的测试标准也颂布执行,如MAXIM公司研制的模拟开关MAX4551,具有15kV的ESD保护功能,它们必须在正常工作、停机模式和断电状态下,依据IEC1340-3-1人体模型、IEC1000-4-2空气间隙放电、IEC1000-4-4快速瞬变(FTB)放电等标准,接受多项模似ESD测试,确保符合IEC1000-4-2Level4要求██。

此外,生产环境的防静电设计也是ESD控制的关键所在,设计的依据是电子器件绝缘膜静电击穿电压(Vesd)、整机中敏感器件的Vesd以及生产设备的耐静电性能██。制造必须定义和坚持一个特殊的ESD控制级别,该级别由生产过程中最为敏感的元件所决定,生产环境必须保障该级别的安全性██。当不知道最敏感元件的级别时,制造商应该执行EIA-625标准,它将ESD保护的工作区域定义为“安全区”,不包含可能产生高于200V的放电源██。国际上已有多篇论文提出以二次崩溃电流做为静电敏感级别的判定依据,能够精确测量二次崩溃电流的传输线触波发生器(TLPG)也已成为ESD防护研发中的重要工具██。

坚持预防为主,消除产生静电的过程,在生产和储运过程中尽可能地减少产生静电的工序和材料,可以在很大程度上消除静电的产生与积累██。为抑制静电的产生和积累,EPA区域内应尽量避免使用表面电阻率高的普通塑料、聚乙烯、苯乙烯制品,如化纤地毯、尼龙服、布质仪器罩等,这些物品一经磨擦就会产生静电且不易释放;要尽可能地减少尘埃,尘埃粒子通常附着电荷;操作者应杜绝用手、服装触及电路板和各种IC引脚;清洗印刷电路板(PCB)时,只使用ESD认可的自然毛刷和溶剂;在所有操作和检查中尽可能地减少印刷电路装置(PCA,printedcircuitassembly)的移动,可能的话减少操作次数;器件应存储在完全闭合的屏蔽容器内,或者引脚朝下放在耗散性接地垫子上;PCB或器件上跟踪工作过程(WIP,workinprocess)的标签也应使用静电耗散性标签██。

敏感器件的物流也是一个不容疏忽的环节██。在这个过程中,元器件不可以避免地要与外包装相磨擦产生静电,而且暴露在外界电场中(如经过高压设备附近)的敏感器件也极易受到破坏、很可能在我们还没有意识到的状况下,敏感器件已经受损、因此储运时应采用耗散性或防静电屏蔽包装,不能用易产生静电的尼龙及普通塑料制品,且只在准备使用时才将ESD器件从包装中取出来██。

安全地泄放或中和静电

同样,无论措施多少严密,完全消除静电几乎是不可能的,所以我们的第三条原则是,安全地泄放或中和静电,其中接地是最基本最有效的方法██。接地为静电冲击提供良好的泄放通道,使带电体上积聚的静电荷得以顺利泄出,迅速导入大地,避免了对敏感元件的放电██。接地效果的好坏直接影响到整个静电防护的效果,如果接地效果差,将导致整个防静电体系失效,产品将处于在一个充满静电的险境,只有从测试放电点到最终接地汇接点中的任何一个环节都保持通畅,才能确保静电安全泄放██。IEC1340-5-1对接地电阻作了规定,国内航天工业标准QJ1950-90也有类似规定,综合考虑,电子工业中生产和使用场所的接地电阻应在10以下,接地导线必须连接牢固,并有足够的机械强度,否则在松断部位可能会产生火花,固定设备接地导线应是1.25mm以上的多股可挠的编织电线,地线提供给防静电腕带、地板和工作台表面██。

普通塑料等绝缘体上的静电荷,不能用接地的方法来消除,但可以利用极性相反的电荷来中和██。目前常采用的是静电消除器(SVCOR),利用高压发生装置产生的地电流高电压作用下,形成一个稳定的高强电敞█。缋肟掌纬衫胱犹濞█。由气流带出达到物体表面,达到中和静电的目的,电离器件上有专门的清结器,可以清除电离针上的积灰,保持电离器件的正常工作██。

思沃科技离子风静电消除设备有专用的离子平衡电路,可以达到离子的自动平衡██。消除静电的功能,可以解决因静电作用引起的生产问题,如解决静电引起的吸尘问题,塑料制品加工时的粘合问题,静电排诉引起的小零件跳跃问题██。

并在尖端附近形成很强的电敞█。箍掌缭畏诺纾、负离子,异性离子在电场作用下向带电体运动,因以可以连续地中和可能发生在绝缘体表面的任何电荷积累██。

适度控制环境温湿度,也可以有效遏制静电的杀伤力██。温度与温度对ESD都有影响,在同一个大气环境中,温度较低区域会比温度较高的区域相对湿度更大,而湿度增加则便非导体材料的表面电导率增加,空气导电性能增强,物体上积蓄的静电荷可以更快地泄漏,可见环境温度越低,湿度越大,对静电的防护就越有利██。因此在工艺条件许可时,可以使用空调加湿、风扇喷雾器喷射水雾、地面洒水等方法提高空气的相对湿度,降低静电的危害██。当然,通常应将温度控制在18-28度范围,湿度控制于40-65%RH范围内██。

实时检测生产进程与环境

生产过程中关注的静电参数有电场强度、静电电位、电荷量和电阻率██。电荷量是静电最本质的物理量,但现场测量不方便,通常代以测量物体表面的静电电位,测量时常采用非接触式静电电压表,不与被测物体接触,因而对被测物体的静电影响很小██。物体的防静电性能可通过检测其表面电阻率或体电阻率来鉴定,而电场强度静征了工作环境中静电积聚的能量,对EPA的确定至关重要██。常用的检测仪器有场强计、手/脚腕带检测仪,表面阻抗测试仪、静电电压表、电荷量表等,最新的综合监测设备可对区域中的静电状况全面监测,任一参数超标即自动报警██。

检测是ESD控制的必要手段,应在生产的各个环节中实时进行██。操作员每次进入EPA之前需测试手/脚腕带、防静电鞋、防静电工作服的性能;必须有专人负责EPA的检测与维护,定期检查各种ESD设备、用具、接地装置是否满足防静电的要求;管理人员应定期检查各个工位的防静电情况,发现不符合要求时,要实时整改;检测结果要整理归档并作为质量管理体系认证的一部分加以核查██。

总结

以上四条原则是建立ESD控制程序的基川█。桓鲇行У腅SD控制体系,光有防静电硬件系统是远远不够的,还得有一套行之有效并得到贯彻实施的培训、管理制度和操作程序██。美国学者DennisPolinski认为,一个有效的ESD控制程序应包括以下元素:设立一个ESD防护统筹人或小组、明确来自ESD的损失、评估你的实施过程与需要、确认ESD敏感项目、需求最高管理层的支持、建立和实施规程与规定、人员培训和回顾、审查、分析、报告、提供反馈与改进██。

静电防护是一项系统工程,必须贯彻整体防护思想,综合运用均压、接地、泄流、屏蔽和箝位等技术,构成一个完整的防护体系,才能取得明显的效果██。

SMT生产中的静电防护技术

编者按: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,因此SMT生产中的静电防护非常重要██。本刊分别邀请北京、上海的两位专家撰文介绍与分析电子产品制造中的静电产生源及静电防护原理,较详细地介绍了SMT生产中的一些静电防护技术基础与相应措施██。供大家参考██。

1.静电和静电的危害

静电是一种电能,它存留于物体表面,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██。

随着科技发展,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的有效应用██。但在另一方面,静电的产生在许多领域会带来重大危害和损失██。例如在第一个阿波罗载人宇宙飞船中,由于静电放电导致爆炸,使三名宇航员丧生;在火药制造过程中由于静电放电(ESD),造成爆炸伤亡的事故时有发生██。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报█。チ枷呖矶扔爰渚嘣嚼丛叫██。鏑MOS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器件的绝缘层更报█。鞔┑缪乖30V██。而在电子产品制造中以及运输、存储等过程中所产生的静电电压远远超过MOS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、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██。

2.静电敏感器件(SSD)

对静电反应敏感的器件称为静电敏感元器件(SSD)██。静电敏感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)██。表1为静电敏感器件的分级表██。可根据SSD分级表,针对不同的SSD器件,采取不同的静电防护措施██。

3.电子产品制造中的静电源

(1)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0.5-2KV██。另外空气湿度对静电电压影响很大,若在干燥环境中还要上升1个数量级██。表2为相对湿度对与人体活动带电的关系██。

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,其反应的程度称为电击感度██。表3为不同静电压放电过程中人体的电击感度██。

(2)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6000V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)橡胶或塑料鞋底的绝缘电阻高达1013Ω,当与地面摩擦时产生静电,并使人体带电██。

(4)树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放人包装中运输时,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)用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚内乙烯)、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,对敏感藉件放电██。

(6)普通工作台面,受到摩擦产生静电██。

(7)混凝土、打腊抛光地板、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:例如电烙铁、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/盲流电路都会在设备卜感应出静电██。如果设备静电泄放措施不好,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、CO2低温箱冷却箱内的CO2蒸汽均会可产生大量的静电荷██。

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,其危害所在于静电积聚以及由此产生的静电放电██。静电防护的核心是“静心消除”██。

静电防护原理:

(1)对可能产生静电的地方要防止静电积聚██。采取措施在安全范围内██。

(2)对已经存在的静电积聚迅速消除掉,即时释放██。

5.静电防护方法

(1)使用防静电材料:金属是导体,因导体的漏放电流大,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料██。而是采用表面电阻l×105Ω?cm以下的所谓静电导体,以及表面电阻1×105-1×108Ω?cm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碳黑来实现的,将表面电阻控制在1×106Ω?cm以下██。

(2)泄漏与接地:对可能产生或已经产生静电的部位进行接地,提供静电释放通道██。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GBJl79或SJ/T10694—1996)

静电防护材料接地方法:将静电防护材料(如于作台面垫、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██。

IPC-A-610C标准中推荐的防静电工作台接地方法如图1██。

(3)导体带静电的消除:导体上的静电可以用接地的方法使静电泄漏到大地██。放电体卜的电压与释放时间可用下式表示:

UT=U0L1/RC

式中UT-T时刻的电压(V) U0一起始电压(V) R-等效电阻(Ω)C-导体等效电容(pf)

一般要求在1秒内将静电泄漏██。即1秒内将电压降至1OOV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U0=500V,C=200pf,想在1秒内使UT达到100V,则要求R=1.28×109Ω██。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,不小心触及到220V工业电压,也不会带来危险██。

(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:

(a)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██。可设置在空间和贴装机贴片头附近██。

(b)使用静电消除剂—静电消除剂属于表面活性剂██。可用静电消除剂檫洗仪器和物体表面,能迅速消除物体表面的静电██。

(c)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██。例如北方干燥环境可采取加湿通风的措施██。

(d)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量少的产生静电,控制静电荷积聚,对已经存在的静电积聚迅速消除掉,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██。

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:I: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、工作服等是否阻护有效██。还可以作为入门放电,把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)防静电地极接地电阻<10Ω██。

(2)地面或地垫:表面电阻值105-1010Ω;摩擦电压<100V██。

(3)墙壁:电阻值5×104-109Ω██。

(4)工作台面或垫:表面电阻值106-109Ω;摩擦电压<100V;对地系统电阻106-108Ω██。

(5)工作椅面对脚轮电阻106-108Ω██。

(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;佩带腕带时系统电阻1-1OMΩ██。脚跟带(鞋束)系统电阻0.5×105-108Ω██。

(8)物流车台面对车轮系统电阻106-109Ω██。

(9)料盒、周转箱、PCB架等物流传递器具一表面电阻值103-108Ω;摩擦电压<100V██。

(10)包装代、盒一摩擦电压<100V██。

(11)人体综合电阻106-108Ω██。

9电子产品制造中防静电措施及静电作业区(点)的一般要求

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██。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、防静电包装带、防静电腕带、防静电烙铁及工具等设施██。

(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██。按作业区所使用器件的静电敏感程度分成1、2、3级,根据不同级别制订不同的防护措施██。

1级静电敏感程度范围:0-1999V

2级静电敏感程度范围:2000-3999V

3级静电敏感程度范围:4000-15999V

16000V以上是非静电敏感程产品██。

(2)静电安全区(点)的室温为23±3℃,相对湿度为45-70%RH██。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,需放电██。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和去电顺序: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)运输、存储、使用要求

(1)SSD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:30-40%RH██。

(3)SSD存放过程中保持原包装,若须更换包装时,要使用具有防静电性能的容器██。

(4)库房里,在放置SSD器件的位置上应贴有防静电专用标签██。

(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,要带防静电手镯██。

(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)制订防静电管理制度,并有专人负责██。

(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、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六个月检查次██。

电子产品的静电防护(上)

一、 概述

在人们的日常生活和工作中, 经常会遇到静电现象██。那么, 静电到底是什么, 它的产生机理以及它有哪些危害,如何预防和消除这些危害,这是我们必须考虑和解决的问题██。

1. 什么是静电?

静电是一种电能,它存在于物体表面,是正负电荷在局部失衡时产生的一种现象██。静电现象是指电荷在产生与消失过程中所表现出的现象的总称,如摩擦起电就是一种静电现象██。

2. 为什么要防静电?

由于电子行业的迅速发展,体积小、集成度高的器件得到大规模生产,从而导致导线间距越来越楔█。的ぴ嚼丛奖██。率鼓突鞔┑缪挂灿从通█。而电子产品在生产、运输、储存和转运等过程中所产生的静电电压却远远超过其击穿电压阈值,这就可能造成器件的击穿或失效,影响产品的技术指标,降低其可靠性██。由此可见,静电是电子行业发展中的一大障碍██。所以预防静电必须提到议事日程上来,以确保产品的质量██。

为使电子器件及产品在购买、入库、发料、检验、储存、调测和安装等过程中免受静电危害,了解静电产生的机理和一些防止静电产生危害的相关知识是非常必要和重要的██。

二、电子行业中静电障害的形成

电子行业中静电障害可分为两类:一是由静电引力引起的浮游尘埃的吸附;二是由静电放电引起的介质击穿;

1. 静电吸附

在半导体元器件的生产制造过程中,由于大量使用了石英及高分子物质制成的器具和材料,其绝缘度很高,在使用过程中一些不可避免的摩擦可造成其表面电荷不断积聚,且电位愈来愈高██。表1列出了半导体元器件及其使用环境中部分物品表面的静电电位██。

电子设备制造防静电技术要求

2.5.4重要工位上应配备腕带监视器,以随时监视腕带是否处于正常状态██。

2.5.5在装配未采用防静电包装的零部件时,应消除静电后再进入防静电工作区██。

2.5.6手拿SSD时,应避免接触其引线和接线片██。

2.5.7服装、图纸资料等物品不得接触SSD██。

2.5.8清洗SSD及其部件时,不得使用塑料刷██。

2.5.9不具备防静电功能的必备工具、用具,应放在防静电桌垫上,并置于离子风静电消除器的作用范围内██。

2.5.10操作时应尽量减少对SSD及其部件的接触次数██。

2.5.11装联电子设备时,应使用有接地线的低压直流电动起子██。

2.5.12在手工焊接时,应采用防静电低压恒温烙铁██。

2.5.13在任何场合均不允许未采取防静电措施的人员接触SSD及其零部件██。

2.5.14生产过程中使用的设备(成型机、插件机、波峰焊机、贴片机、切脚机、清洗机等),必须采取降静电措施██。

3、关联部门的责任

3.1采购、检验

采购、检验人员应具备SSD一般保护常识,遵守静电防护操作规程

3.2贮存

3.2.1元器件库房管理人员应掌握SSD的一般保护常识

3.2.2库房必须是静电安全工作区,防静电基本设施见表2██。

3.2.3 SSD入库、出库都必须装在防静电包装内,并遵守基本操作规程

3.3运输

运输SSD及其组件时,应将其放入防静电包装内进行,必要时,应使用离子空气来消除运输过程中产生的静电██。

3.4调试

调试部件、整件、整机技术指标时,操作人员应遵守本标准中的有关规定██。

3.5维修

3.5.1外出维修时应使用防静电维修箱(包)██。

3.5.2维修时应遵守本标准有关操作规程██。

贮存、运输SSD及其部件时,应妥善进行防静电包装██。

4.5.2  拒绝接收未包装在静电防护容器里的SSD██。

4.5,3  当需要把SSD及其部件从静电防护容器中取出时,必须在静电安全工作台上进行,并遵守以下事项,

a.  操作人员必须穿防静电工作服,

b.  戴上防静电腕带,腕带必须与皮肤有良好的接触并将腕带接入可靠的防静电接地系统中██。

4.5.4  重要工位上应配备腕带监视器,以随时监视腕带是否处于正常状态.

4.5.5  在装配未采用防静电包装的零部件时?应消除静电后再进入防静电工作区██。

4.5.6  手拿SSD日才,应避免接触其引线和接线片;

4.5.7  服装、图纸资料等物品不得接触SSD██。

4.5.8  清洗SSD及其部件时,不得使用塑料刷.

4.5.9  不具备防静电功能的必备工具、用具,应放在防静电桌垫上

的作用范围内██。

4.5,10  操作时应尽量减少对SSD及其部件的接触次数██。

4.5.11  装联电子设备时,应使用有接地线的低压直流电动起子██。

并置于离子风静电消除器

4.5.12 在手工焊接时,应采用防静电低压恒温烙铁██。对GJBl649规定的I类SSD的焊接还应在拔掉烙铁电源插头后进行██。

4.5.13  禁止重复使用器件包装管包装SSD██。

4.5.14  在任何场合均不允许未采取防静电措施的人员接触SSD及其零部件██。

4.5.15  生产过程中使用的设备(成型机、插件机、波峰焊机、贴片机、切脚机、清洗机等),必须采取降静电措施██。

4.6  安全警告

在接通电源的电子设备上工作时,必须遵守有关安全操作规程██。

4.7包装及标志

电子设备的防静电包装及标志应符合GJB 1649规定██。

5  关联部门的责任

5.1  采购、检验

采购、检验人员应具备SSD一般保护常识,遵守静电防护操作规程██。

5.2  贮存

5.2.1  元器件库房管理人员应掌握SSD的一般保护常识.

5.2.2  库房必须是静电安全工作区,防静电基本设施见表2██。

5.2.3  SSD入库、出库都必须装在防静电包装内,并遵守基本操作规程██。

5.3  运输

运输SSD及其组件时,应将其放入防静电包装内进行██。必要时,应使用离子空气来消除运输过程中产生的静电██。

调试

调试部件、整件、整机技术指标时,操作人员应遵守本标准中的有关规定██。

5.5设计研制

5.5.1  应把防静电意识贯穿于新产品设计研制全过程中.

5.5.2 设计电路时,应尽量选择不易受到ESD损害的元器件,并尽可能采用静电抑制技术(例如开关接地,涂导电涂料等).

5.5.3  委托研制SSD时,应向承制方提出防静电要求

5.6  维修

5.6.1  外出维修时应使用防静电维修箱(包) ..

5.6.2  维修时应遵守本标准有关操作规程

电子元器件的静电解决办法1.静电放电

 

   静电放电(ESD)是大家熟知的电磁兼容问题,它可引起电子设备失灵或使其损坏██。当半导体器件单独放置或装入电路模块时,即使没有加电,也可能造成这些器件的永久性损坏██。对静电放电敏感的元件被称为静电放电敏感元件(ESDS)██。

  如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度,就会对元件造成损坏██。这是MOS器件出现故障最主要的原因██。氧化层越报█。蛟跃驳绶诺绲拿舾行砸苍酱蟥█。故障通常表现为元件本身对电源有一定阻值的短路现象██。对于双极性元件,损坏一般发生在薄氧化层隔开的已进行金属喷镀的有源半导体区域,因此会产生泄漏严重的路径██。

  另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的熔点(1415℃)时所引起的██。静电放电脉冲的能量可以产生局部地方发热,因此出现这种机理的故障██。即使电压低于介质的击穿电压,也会发生这种故障██。一个典型的例子是,NPN型三极管发射极与基极间的击穿会使电流增益急剧降低██。

  器件受到静电放电的影响后,也可能不立即出现功能性的损坏██。这些受到潜在损坏的元件通常被称为“跛脚”,一旦加以使用,将会对以后发生的静电放电或传导性瞬态表现出更大的敏感性██。

  要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏,这一点非常重要██。人体有感觉的静电放电电压在3000—5000V之间,然而,元件发生损坏时的电压仅几百伏██。

  静电放电的危害效应是在二十世纪七十年代开始认识到的,这是由于新技术的发展导致元件对静电放电的损坏越来越敏感██。静电放电造成的损失每年可达到几百万美元以上██。因此,许多大型的元件和设备制造厂引进专业技术以减小生产环境中的静电积累,从而使产品合格率和可靠性提高了许多██。用户根据自己的经验也懂得了防治静电放电损害的重要性██。

2.如何对付静电放电?

  控制静电积累的第一步是要弄清楚静电荷的产生机理██。

  静电电压是由不同种类的物质相互接触与分离而产生██。尽管摩擦能够使电荷积累得更多,但是摩擦并不是必要的██。这种效应即是大家熟知的摩擦起电,所产生的电压取决于相互摩擦的材料本身的特性██。磨擦起电序列表列出了各类物质的带电难易程度██。对于相互接触的两种物质,电子会从序列表较上的物质转向较下的物质,这样就会使两种物质分别带正负电荷██。序列表中的物质离得越远,各自所带的电荷数量也越大██。常见物质的磨擦起电序列如下表所示:

表1摩擦起电序列

● 人体 +

● 玻璃

● 云母

● 聚酰胺

● 毛织品

● 毛皮

● 丝绸

● 铝

● 纸

● 棉花

● 钢铁

● 木头

● 硬橡胶

● 聚脂薄膜

● 聚乙烯

● 聚氯乙烯

● 聚四氟乙烯(PVC)大多数是负极性的

电荷也可通过感应产生,这是带电体使其附近的另一物体上的电荷发生分离的结果

3.实际问题解决

  问题的解决包括:如果静电放电敏感元件(ESDS)在生产和维护期间暴露在外面,那么在这些元件附近,应防止电荷的积累,并且在运输和保管过程中,将这些元件按防静电放电的方法包装██。

  防止静电放电,有许多方法可以采用██。最好的办法是满足要求且成本最低的方法,这样的方法对于不同的产品和不同的场合都是不同的██。

4.静电放电保护区域(EPA)

  静电放电保护区域(EPA),有时指安全操作区,是任意一种静电放电控制措施的核心所在██。在此区域中,静电放电敏感元件(ESDS)或电路板,或包含这些的组件,都可以很安全地工作,因为电荷的数量得到控制,而不会产生破坏性电压██。这种区域中通常包含工作台或工作台组、工作站、自动插件机一类的处理设备或者一块生产区██。EPA的范围必须清楚的标明,最好设置一围栏以防止未经允许的无关人员入内██。EPA区域内应使用静电荷积累最小的材料,并且可使电荷以受控制的方式泄入到大地中██。


表2 静电放电保护区

 A1接地轮

A2接地滑片

A3接地面

B1腕套测试器

B2脚跟接地测试器

B3脚跟接地底板

C1腕套和腕套绳

C2接地线

C3静电放电接地设施

C4地

C5接地搭接点

C6大地接地点

C7手套

C8脚趾和脚跟带箍

D1电离剂

E1工作面

F1腿和座套已接地的转椅

G1人体接地地板

H1工作服

H2工作帽

I1具有接地面的搁板

I2接地机架

J1静电放电保护区标志

 

  典型的静电放电保护区如图1所示,此图摘自EN100015-1,其中许多是新近的██。该图给出了各种可能的措施,但并没有必要全部使用这些措施,这主要由特定的环境决定██。所采用的其本原理就是等电位搭接,即将所有表面连接在一起,防止不同物体之间产生电位差██。

  工作面[E1]是静电损耗性的,通过静电放电的接地设施[C3]连接到地[C4]██。工作站的操作人员通过导电腕[C1]上的导线和地电位点相连,然而,对于活动频繁的人员,最好是通过脚跟和脚趾带箍[C8]与静电损耗地板[G1]相通(即接地)██。腕套的接地导线在接地点[C5]处进行端接██。

  操作人员所穿的破旧工作服[H1、H2]也应是静电损耗性的,并在靠近静电放电敏感元件附近遮住工作人员自己的衣服,所有破旧的手套也应是导电材料的██。

  转椅[F1]不应视为操作人员接地的基本方法,但值得注意的是,转椅上必须铺一层抗静电的材料,使座套、靠背和扶手均有与地相通的路径██。

  元件应存放在带有接地面的搁板[I1]上,或者是接地的机架[I2]上██。这些东西与工作台都应通过接地导线[C2]与静电放电的地面相接██。

  当用手推车装运元件或子配件时,其表面导电性能应与工作面和导电机架的导电性能相似██。如果接地轮[A1]导电性良好,且与手推车车架电气连接,那么不再需要使用接地滑片了██。如果EPA的地板没有接地,那么当手推车停下来装卸东西时,则应将其接地点[C6]与大地接地点[C5]相连██。

  在操作人员的正常工作期间,对所采用的这些措施的效果应该用静电伏特计测量其静电势和静电场来评估██。

  在保护区内和进出口处,应使用标志[J1]来提醒他们注意██。

  应对腕套及其接地导线用导通测试仪定期进行检测██。导电轮和脚趾带箍也应作类似的检测[B2,B3]██。

5.安全性

  EPA内一般有加电的工具和设备██。在这种环境中,将单个物件或设备直接连接到地是很危险的██。正是由于此原因,腕套接地导线、转轮及脚趾带箍的连接处均要串入一只不低于1M的电阻██。有些腕套接地导线的每端均有一只这样的电阻,因此,即使腕套接地导线接在加电维修的产品的带电接线端,也不会有危险██。

  腕套接地导线测试仪是一种检测电阻的阻值是否合适(如果太高,不可能实现等电势搭接;如果太低,会出现安全危害)的仪器██。

  腕套接地导线要配以可快速拔下的与其它电气插座不兼容的插头,这样可以保证它不会误插到其它电气插座上,并且,在紧急情况下容易拔下██。

6.静电放电保护区内的实际工作

  在静电放电保护区内,如果不遵守明确的工作规范,电荷和电势就不能保持在允许的范围内██。一些会导致问题的例子包括:将装在不抗静电的塑料封面内的文件、塑料容器、杯子等带进静电放电保护区内,使用会破坏地板或工作表面静电特性的清洁剂██。

  有关人员应接受足够的训练,不仅学习需要遵守的规程,还要了解必须遵守这些规程的理由██。了解可能损坏的元件的有关参数也是有用处的██。

应指定专人负责静电放电保护区的保养与维护,同时还要对规程的执行情况进行检查██。这些检查也应作为质量管理体系认证的一部分加以核查██。

7.运输与存放

  运输带引脚的元件时,通常使用导电泡沫材料██。这可以防止元件引脚间出现较高的电势差,对于双列直插式封装的元件,在散装运输过程中常采用静电损耗性管██。

  对于线路板组件,当位于静电放电保护区外时,应将其置于静电屏蔽袋或导电搬运箱内进行运输██。有的包装袋使用导电材料制成,它可确保所有元件在稳定条件下处于同一电势,同时将偶然跑到袋上的静电荷耗散掉██。这种方法不能用于带电池的电路板,对于这种情况,应采用衬里是静电损耗性材料的,而外层是导电材料的包装袋██。这种袋子的价格更高,但可对加电和未加电的组件提供极好的保护作用██。同样,内部装有固定电路板的导轨的导电箱不能与边缘上有裸露连接器的加电电路板一起使用██。

8.现场维修

  现场需要维修的产品上要设置一个静电连接点,这样,维修技术人员在打开设备的盖子之前,可以将腕套的接地导线连上██。备件应放在静电屏蔽袋或箱子中进行运输,除非备件中不包含静电放电敏感元件██。如果模块工作在暴露状态下,应将静电损耗性地板垫连接到产品的静电搭接点上,作为工作面使用██。

9.有关标准

  1987年,英国进行了将实践规程编制成文件的第一次尝试,其成果是BS5783██。与其说这是一个关于应该进行哪些检测的标准,更不如称其为一个实践规范条款██。这项工作的第二阶段是将这个标准转换欧洲组织中的一个规范,其编号是CECC000151,其标题为:“基本规范:静电敏感元件的保护第一部分:总体要求”██。该标准1991年出版,1992年重新编号为EN1000151██。其它部分在1993年(第二部分:低湿度条件要求)和1994年(第三部分:清洁区要求,第四部分:高压环境要求)出版██。这些部分的内容超出本文讨论范围██。

  标准不仅包括安装、维护和检验本文所述的措施方面的要求,而且也详细阐述了包括测试方法在内的静电保护器件自身的详细要求██。

  技术和工艺的不断发展和执行标准中积累的经验,以及自动化机械设备的普遍使用,使这些标准得到不断完善,包括使其结构更加合理化,同时将用户指南从标准化版本中分离出来██。修订工作已纳入国际电工委员会所组织的国际论坛中,新制定的标准将在IEC1340系列中发布,毫无疑问,这与欧洲标准是相辅相成的██。有关标准部分如表2示:

表2 国际电工委员会1340方案结构

IEC 1340-1

概要

IEC 1340-1-1

静电原理指南

IEC 1340-1-2

定义与术语

IEC 1340-2

静电测量方法

IEC 1340-2-1

静电荷的消耗

IEC 1340-2-2

可充电性

IEC 1340-2-3

电阻及电阻系数

IEC 1340-3

静电效应模拟方法

IEC 1340-3-1

人体模型

IEC 1340-3-2

机器模型

IEC 1340-3-3 充电元件模型

IEC 1340-3-4

场效应模型

IEC 1340-4

特殊场合下的标准测试方法

IEC 1340-4-1

地板垫子的估测

IEC 1340-4-2

包装

IEC 1340-4-3

鞋类

IEC 1340-5

静电敏感元件的防护细则

IEC 1340-5-1

总体需求

IEC 1340-5-2

用户指南

IEC 1340-6

静电控制技术及评测其效应的方法

IEC 1340-6-1

电离剂

电子行业防静电措施

生活,生产中静电可谓无处不在,无时不在,从举手投足间服装的磨擦,到干燥空气的流动,都是静电产生的青萍之末.如果条件适宜,发端乎几伏,登峰造极于几百上千伏,瞬间亦可实现.这些都对CMOS等静电敏感电路造成极大威胁,更不待说设备漏电造成的危害了,故电子行业无不将静电当成大敌,尽一切努力将之柜之门外.

静电是相对于“动电”,即导体中的流动电荷而言,是一般情况下不流动的电荷.多由绝缘体物体间互相磨擦或干燥空气与绝缘物磨擦产生.当它能量积累到一定程度,防碍它中和的绝缘体再也阻挡不住时,即发生剧烈放电,即静电放电(ESD),这时的最高电压可达几千乃至几万伏.势必对静电敏感组件造成损害(见表1﹑表2)

表1  生产现场易产生的静电电压.

生产场合

静电电压

湿度10~20%

湿度65~90%

在地毯上走动时

35000V

1500V

在乙烯树脂地板上走动时

12000V

250V

手拿乙烯塑料袋装入器件时

7000V

600V

在流水线工位接触聚酯塑袋时

20000V

1200V

在操作工位与聚胺酯类接触时

18000V

1500V

表2  静电对部分电子器件的击穿电压.

器件类型

EOS/ESD的最小敏感度

(以静电电压V表示)

VMOS

MOSFET

砷化镓FET

EPROM

JFET

SAW(声表面波滤波器)

运算放大器

CMOS

肖特基二极管

SMD薄膜电阻器

双极型晶体管

射极耦合逻辑电路

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

  雷电是气流与云层中水滴磨擦产生的高压静电放电而形成,高压带电云层经过建筑物附近时,可由避雷针的"尖端放电"效应中和掉一部分电荷;当云层中电荷量太大,或云层移动太快而来不及全部中和时,将通过避雷针剧烈放电形成雷击.这两种情况下,尤其是雷击时,整个建筑物及附近地面都是带电的,雷击的危害主要是直击雷和雷电感应.由于人在建筑物中处于"等电位"状态,象鸟儿落在高压线上一样,所以一般不会受到雷击.但雷电感应(超高压静电感应和强电磁感应)会对静电敏感器件造成损害.

  设备漏电,尤其是不会对人造成触电伤害的徽小漏电并不属于静电.虽然大多数情况下人们几乎感觉不到,但由于其普遍性(任何电器设备多少总有些漏电)和高内阻的特点,产生最高近似于电源电压(100~400V),时间很短的尖峰电脉冲,仍足以对静电敏感器件造成电气过载(EOS)损害.所以也是静电防护体系中极为重要的一个方面.

  静电放电(ESD)及电气过载(EOS)对电子元器件造成损害的主要机理有:热二次击穿;金属镀层熔融;介质击穿;气弧放电;表面击穿;体击穿等等██。见附表3

元器件类别

元器件组成部分

失效机理

失效标志

MOS结构

MOSFET(分立)

MOS集成

数字集成

线性集成

混合电路

 电压引起的介质击穿和接着发生的大电流现象

短路漏电大

半导体结

二极管(PN.PIN肖特基)

双极晶体管

结型场效应管

可控硅

双极型集成电路,MOSFET和MOS集成电路

 电过剩能量和过热引起的微等离子体二次击穿和微扩散

由Si和AL的扩散引起电流束增大(电热迁移)

失效

薄膜电阻器

混合集成电路(厚膜、薄膜)电阻单片集成电路薄膜电阻器

密封薄膜电阻器

 介质击穿,与电压有关的电流通路与焦尔热量有关的微电流通路的破坏

电阻漂移

金属化条

混合IC

单片IC

梳状覆盖式晶体管

 与焦尔热能量有关的金属烧毁

开路

场效应结构和非导电性盖板

存贮器

EPROM等

 由于ESD使正离子与表面积垒.引起表面反型或栅阀值电压漂移

性能退化、失效

压晶体管

晶振声表面波

电压过高产生的机械力使晶体破裂

性能退化、失效

电极阀的间距较小部位

声表面波器件

IC内各种微电路

电孤放电使电极材料熔融

性能退化、失效

  防静电应以防止和抑制静电荷的产生,积聚,并迅速安全﹑有效地消除已产生的静电荷为基本原则.但防静电诸多措施实为一套系统工程,一个环节的疏漏可能就有千里之堤溃于蚁穴之臾,不可不慎.

1. 防静电地线的埋设:

  (1).厂房建筑物的避雷针一般与建筑物钢筋混凝土焊接在一起妥善接地,当雷击发生时,接地点乃至整个大楼的地面都将成为高压大电流的泄放点,一般认为在泄放接地点20M范围内都会有"跨步电压"产生,即在此范围内不再是理想零电位.另外,三相供电的零线由于不可能绝对平衡而也会有不平衡电流产生并流入零线的接地点,故防静电地线的埋设点应距建筑物和设备地20米以外.(见图一)

  (2).埋设方法:为保证接地的可靠,致少应有三点以上接地,即每隔5m挖深1.5m以上坑,将2m以上铁管或角铁打入坑内(即角铁插入地下2m以上),再用3mm厚铜排将这三处焊接在一起,用16m㎡绝缘铜芯线焊上引入室内为干线.

  (3).坑内施以适量木炭粉和工业盐,以增加土壤导电性,填埋后用接地电阻测试仪测量,接地电阻应<4ω.(见图2)且每年至少测试一次██。<>

2. 防静电地线的铺设和测试:

  (1).防静电地线全部使用6m㎡多股铜芯绝缘线,每楼层或适当区段用铜排或40A以上开关,闸刀与主干线相连,以利检查维修.

  (2).防静电地线缆应与设备外壳,工作台铁架,工作灯架等良好绝缘,防止短路,搭连或破皮连接.

  (3).于分段铜排或开关的"干线端",另铺一条检查线.(1.5~2m㎡即可),每车间设2~3检查点,固定好,标识清楚.

   (4).测量:使用指针式万用表,电阻档.

  a).各防静电测试点与防静电地线间电阻5~15Ω,理想应为0Ω.但实际测得为2m㎡导线从测试点到总结点电阻+6m㎡,导线从总结点到被测点电阻之和,这一值约5-15Ω且基本不变,如测量结果趋于无穷大,是为防静电地线或测量线有一条断线,应及时修好.

  b).防静电地与设备地间电阻,这一阻值为防静电地线本身线阻+设备地线本身线阻+两地线间地电阻组成.但两接地线间由于地面干湿程度,地电流影响等十分复杂,尤其地电流,每时每刻大小方向频率等都在变,且主要决定测量结果,故只能用指针表测量,且其值从十几欧到几百K都算正常,仅说明两地间未短路也未开路即可.

3.防静电地板(见图4):

  最规范的防静电地板是类似防静电橡胶的复合结构,下层为导电层与防静电地连在一起,上层为绝缘防静电产生层,不会因行走的磨擦产生静电.铺设时导电层应用绝缘垫与建筑物地面和墙壁隔开,防止雷击时地板带静电,并将导电层通过1MΩ20W电阻与防静电地接好.起到静电屏蔽和电磁屏蔽作用.这种地板造价太高,但可以有效防止雷电的各种危害和静电产生.

  一般电子厂多用简易防静电地板(仅有绝缘防静电产生层多为涂料或地板胶),直接铺在建筑物地面上,大大降低造价,且也可起到防行走产生的静电作用.但对雷击产生的超高压静电感应和强电磁感应防护作用较差.

4.防静电工作台面:如图4

防静电橡胶绿色面为防静电产生层,电阻较大,表面电阻108~1010Ω.

  防静电橡胶的黑色面电阻较小,表面电阻104~106,与绿色面良好连接,可保妥善接地.起静电屏蔽和泄放作用.可通过扣式连接,由专用静电手环导线(内含1M电阻)接地.或在绝缘台面上放0.2mm厚铁板或铜箔,焊好导线通过1MΩ电阻连接到静电地线,然后铺平防静电橡胶(黑面向下,贴紧导电片).该1MΩ电阻同样起提供静电泄放通路,防止过速放电打火和隔离的作用.

  甚至坐椅(凳)也应引起重视,多数生产线上使用普通塑料凳,极易与衣物摩擦产生静电,有条件应采用防静电椅,并通过1MΩ电阻接静电地,至少要将塑料凳用防静电布料套上.

5.电烙铁,小锡炉,测试仪器等用电设备的接地与测试:

  电烙铁,小锡炉测试仪器等必须用三端插头妥善接设备地,做到并不难,但由于经常发生如:插座接地端松脱,断线,烙铁头因氧化而与外壳(接设备地)断开等现象,故应每班次检测,可用自制简易通断指示灯测试,发现问题立即更换.

6.防静电服(衣,鞋,手套等):

  所谓防静电服,是用特殊合成纤维织成布料,一般情况下揉搓磨擦不会产生静电.但它不是静电屏蔽服,它不能消除身上其它衣料产生的静电.故正确穿著应是里面只着一件衬衣或内衣,外着防静电服.冬季内穿多件化纤类,毛类衣物穿著防静电服也无大用.所以做好控制环境温度,湿度,戴好静电手环比着静电服重要.防静电手套则起防止静电产生;隔离手与产品(绝缘);防止汗渍污染产品等多重作用,是必用的.

7.防静电手环:

  防静电手环是由紧贴手腕的不锈钢外壳通过线内1MΩ电阻由导线,铁夹接地.目的是既要随时泄放掉人体上的静电,又要防止快速放电产生的火花,对静电敏感器件造成损害,并起隔离作用.而断线或接触不良会使静电手环形同虚设.所谓无线手环实际起不到泄放人体携带的静电荷作用██。

   (1).规范静电手环佩戴,夹持方法:

   a. 静电手环不锈钢壳应戴在左手腕内侧,此处接触电阻最小.

   b. 要与皮肤紧密接触,不得松驰,不得隔以衣物.

   c. 鳄鱼夹应用根部夹持静电地线裸露部份,而不应使用前端齿部夹持.

  d.下班或行走时,操作员可摘下手环,流动人员(干部,品管)应取下夹子,将联机绕在手腕上,以便流动使用.

  (2).静电环应每班上午,下午各测一次并记录,松紧以通过测试为准,不合格的应立即调整或更换.

   (3).不准佩戴无线手环.

8.加装离子风扇:

  波峰炉预热部份温度为80~120℃,在这样高温干燥热风吹佛下极易产生静电.离子风扇是由高压将空气电离成正负离子,由风扇将含大量正负离子的空气吹入炉内,以中和PCB及组件上因高温热风产生的静电.故波峰炉入口应加装离子风扇.防静电工作区入口处,传送带起点或上方也可根据实际需要加装离子风扇.

9.传送带加装防静电清洁辊:

  自制简易装置:将长度略小于传送带宽度的硬塑管缠上毛巾布(应较平整),沾湿后中间穿以铁棍(做轴)固定于传送带两端,并用可乐瓶灌水后彷医院吊瓶方法不断加湿,传送带开动时辊在自重下随传送带转动,起清洁,加湿防静电作用.这种简易自制装置可在一定场合下起到传送带离子风扇的作用.

10.PCB在流水线上(主要指DIP后补焊,测试,装配等工序)即应下垫防静电海棉垫,防止产生静电和板面刮伤.工序间转运应用防静电板卡储运车或卡箱.(其表面电阻106Ω以下),通过1MΩ电阻妥善接静电地.

  分清静电屏蔽材料(袋)和防静电材料(袋)很重要,防静电材料(袋、垫)多为粉红色,仅用来作为静电敏感器件的廉价垫衬和中介包装物,它只是自身不易产生静电而已,如果有静电放电发生,则能穿过这些防静电材料造成危害.静电屏蔽包装多为银色、黑色、灰色,有铝箔形不透明和黑色、灰色半透明材料,现在还有栅格状全透明材料等,其基本原理是在防静电材料外再真空镀一层铝作为导电的静电屏蔽层,有静电势产生时,屏蔽层将感应静电势均匀分布于整个包装表面,降低表面电势差,防止局部点高静电势差放电,同时对高频强电磁场也有良好屏蔽作用.随着防护等级不同静电屏蔽包装材料的导电层也分为:外层电阻层─绝缘膜─镀铝箔层─绝缘膜;绝缘膜─镀铝箔层─绝缘膜;真空镀膜层─绝缘膜;印刷导电栅格层─绝缘膜等多种档次.稍加注意可发现IC出厂时除外包装为2~3层静电屏蔽材料外,内部的支撑材料(如推盘和供料带)都是黑色高阻导电材料,约106MΩ,也只起屏蔽和中和各引脚静电势,提供静电泄放通路作用██。静电敏感组件(如IC)和制品出货时,必须用静电屏蔽材料包装,而不有使用防静电袋██。

11. 温度和相对湿度的调控:

  电子作业,尤其是SMT对温度和湿度都有较高要求,一般温度控制在18~28℃,过高或过低都将影响设备的正常运作和精度;相对湿度应在50%~85%,过低则容易产生静电(见表1).过高设备易结露,锡膏含水增加,所以应加强监测和调控,对防静电来说,秋冬相对湿度偏低时,可用加湿器或湿布拖地方法解决.

12.其它

   (1) 电烙铁应尽可能采用防静电低压恒温烙铁,并良好接地.

   (2) 使用接地线的低压直流电动起子(电批).

   (3) PCB小批量清洗作业应使用防静电刷,不可使用普通塑料刷.

  (4)某些场合,天花板,墙壁都应使用防静电材料,一般说即使普通石膏板和石灰涂料墙面也可,但禁止使用塑料制品天花板和普通墙纸,塑料墙纸.

13.静电测试仪:

  如条件具备,可考虑添置"手持式非接触静电测试仪",这样才能实时监测静电的产生,大小,追踪静电造成的不良,了解改善效果.因其价格过于昂贵,多数企业不敢问津.

14.监测和记录:

  防静电措施要有专人负责落实,并形成制度,才能真正贯彻实施.否则一切硬件投入可能起不到实际作用██。

   (1).人员:应由两人兼职管理,测试,记录.多数情况下需两人配合,并防止人员流动断档.

   (2).测试和记录:综上所述,每天应完成下列测试和记录.

   a.静电测试点--------静电地    指针式万用表

      静电地-----------设备地     电阻值测量

   b. 电烙铁头接地/烙铁尖温度测量.

   c. 小锡炉接地/锡炉温度测量.

   d. 测试仪器接地测量.

  e.静电手环接地测试.         静电手环测试仪

  f.室内温度/相对湿度的测量与调控.       温/湿度计.

   (3).检查防静电工作区内工作人员着装和防静电各项规定执行情况.

   (4).有条件应在工作现场和流水线上用静电测试仪测各种情况下的静电电压.

       静电电压一般应小于100V,特殊情况应小于25V.

15.培训和素养:应将防静电知识/措施作为全员培训的重要内容让每一员工都弄懂弄通,形成良好的职业习惯.如:

   服装,图纸资料等不得接触元器件,图纸资料应放入防静电文件袋内,悬挂;

塑料盒,像皮,纸板,玻璃等易产生静电的杂物不允许堆放在静电安全工作台上;

必需载好静电环和手套后才可接触元器件,手拿PCB或敏感器件时尽量持边缘,避免接触其引线和接线片;

   自觉遵守和执行防静电的制度和规定等.


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