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抗静电PP放电及防护基础知识

添加时间:2015-06-02 10:53  

静电放电及防护基础知识
一.  术语及定义
1. 静电: 物体表面过剩或不足的静止的电荷
2. 静电场:静电在其周围形成的电场
3.静电放电:两个具有不同静电电位的物体,由于直接接触或静电场感应引起两物体间的静电电荷的转移。静电电场的能量达到一定程度后,击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。
4.静电敏感度:元器件所能承受的静电放电电压
5.静电敏感器件:对静电放电敏感的器件
6.接地 :电气连接到能供给或接受大量电荷的物体,如大地,船等.
7.中和: 利用异性电荷使静电消失
8.防静电工作区:配备各种防静电设备和器材,能限制静电电位,具有明确的区域界限和专门标记的适于从事静电防护操作的工作场地
二、静电的产生:
1.摩擦:在日常生活中,任何两个不同材质的物体接触后再分离,即可产生静电,而产生静电的最普通方法,就是摩擦生电。材料的绝缘性越好,越容易是使用摩擦生电。另外,任何两种不同物质的物体接触后再分离,也能产生静电;。
2. 感应: 针对导电材料而言,因电子能在它的表面自由流动,如将其置于一电场中,由于同性相斥,异性相吸,正负电子就会转移。
3. 传导:针对导电材料而言,因电子能在它的表面自由流动,如与带电物体接触,将发生电荷转移。
三、静电对电子工业的影响
集成电路元器件的线路缩小,耐压降低,线路面积减小,使得器件耐静电冲击能力的减弱,静电电场(Static ElectricField)和静电电流(ESDcurrent)成为这些高密度元器件的致命杀手。同时大量的塑料制品等高绝缘材料的普遍应用,导致产生静电的机会大增。日常生活中如走动,空气流动,搬运等都能产生静电。人们一般认为只有CMOS类的晶片才对静电敏感,实际上,集成度高的元器件电路都很敏感。
A.静电对电子元件的影响
A) 静电吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响产品的功能与寿命。
B) 因电场或电流破坏元件的绝缘或导体,使元件不能工作(完全破坏)。
C) 因瞬间的电场或电流产生的热,元件受伤,仍能工作,寿命受损。
B、静电损伤的特点:
1.隐蔽性人体不能直接感知静电,除非发生静电放电,但发生静电放电,人体也不一定能有的感觉。这是因为人体感知的静电放电电压为2-3KV。
2.潜伏性有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降,但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患,而且增加了器件对静电的敏感性。已产生的问题并无任何方法可治愈。
3.随机性电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢?可以这么说,从一个元件生产后一直到它损坏以前所有的过程都受到静电的威胁,而这些静电的产生也具有随机性。由于静电的产生和放电都是瞬间发生的,及难预测和防护。
4.复杂性静电放电损伤分板工作,因电子产品的精细,微小的结构特点而费时、费事、费钱,要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器,即使如此有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别,使人误把静电损伤失效当作其它失效,这是对静电放电损害未充分认识之前,常常归咎于早期失效或情况不明的失效,从而不自觉的掩盖了失效的真正原因。
5.严重性ESD问题表面上看来只影响了制成品的用家,但实际上亦影响了各层次的制造商,如:保用费、维修及公司的声誉等等。
四、ESD三种型式
1.人体型式即指当人体活动时身体和衣服之间的摩擦产生摩擦电荷。当人们手持ESD敏感的装置而不先拽放电荷到地,摩擦电荷将会移向ESD敏感的装置而造成损坏。
2.微电子器件带电型式既指这些ESD敏感的装置,尤其对塑料件,当在自动化生产过程中,会产生摩擦电荷,而这些摩擦电荷通过低电阻的线路非常迅速地泻放到高度导电的牢固接地表面,因此造成损坏;或者通过感应使ESD敏感的装置的金属部分带电而造成损坏。
3.场感类型式即有强电场围绕,这可能来之于塑性材料或人的衣服,会发生电子转化跨过氧化层。若电位差超过氧化层的介电常数,侧会产生电弧以破坏氧化层,其结果为短路。
  4.其它还有:髂J健⒊≡銮磕P汀⑷颂褰鹗裟P汀⒌缛蓠詈夏P汀⑿∑骷P汀?br>五、静电防护             
1.  接地
接地就是直接将静电过一条线的连接泄放到大地,这是防静电措施中最直接最有效的,对于导体通常用接地的方法,如人工带防静电手腕带及工作台面接地等。
接地通过以下方法实施:
1) 人体通过手腕带接地。
2) 人体通过防静电鞋(或鞋带)和防静电地板接地。
3) 工作台面接地。
4) 测试仪器,工具夹,烙铁接地。
5) 防静电地板,地垫接地。
6) 防静电转运车,箱,架尽可能接地。
7) 防静电椅接地。
2. 静电屏蔽
   静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中,用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响,最通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护。另外防静电衣对人体的衣服具有一定的屏蔽作用。
3. 离子中和
   绝缘体往往是易产生静电,对绝缘体静电的消除,用接地方法是无效的,通常采用的方法是离子中和(部分采用屏蔽),即在工作环境中用离子风机等,提供一等电位的工作区域。
   因此在防静电材料和防静电设施中,均是按这三种方式派生出来的产品,可分为防静电仪表,接地系统类防静电产品,屏蔽类防静电包装,运输及储存防静电材料,中和类静电消除设备,以及其它防静电用品。
 A.防静电仪表
1.手腕带/脚带/防静电鞋综合检测仪-用途:用于检测手腕带,脚带,防静电鞋是否符合要求。
2.测试脚带 及防静电鞋时,需增加一块金属板及仪表连接的导线。
3.除静电离子风机检测仪-用途:定期对离子风机平衡度和衰减时间进行检测及校验以确保离子风机工作在安全的指标范围。
4.静电场探测仪-用途:测量静电场以反映静电的存在,以电压形式读数,用来测试环境的静电强度。一般受环境影响和静电瞬间特性,很难真实反映实际情况。
5.静电屏蔽袋测试仪-用途:用于检测静电屏蔽袋的屏蔽效果。
6.表面电阻测量仪-用途:用于测量材料表面电阻,体积电阻。
B.接地类防静电产品
1.防静电手腕带:广泛用于各种操作工位,手腕带种类很多,建议一般采用配有1兆欧姆电阻的手腕带,线长应留有一定余量。
2.防静电手表:需要其它防静电措施的补救(如:增设离子风机,戴防静电脚跟带等)才能取得较好的防静电效果。建议不要大量采用佩带防静电手表的方式。
  3.防静电脚带/防静电鞋:厂房使用防静电地面后,应配戴防静电鞋带或穿防静电鞋,建议车间以穿防静电鞋为主,可降低灰尘的引入。操作人员工再结合配带防静电手腕带效果将会更佳。
4.防静电台垫:用于各工作台表面的铺设,各台垫串上1兆欧电阻后与防静电地可靠连接。
   5. 防静电地板:
防静电地板分为:PVC地板、聚胺脂地板、活动地板。
防静电蜡和防静电油漆:防静电蜡可用于各种地板表面增加防静电功能及使地板更加明亮干净
防静电油漆可用于各种地板表面,也可涂于各种货架,周转箱等容器上。
C.屏蔽类防静电包装运输及储存材料
1.防静电周转箱、防静电元件盒:用于车间单板和部件的周转,运输及储存。
2.防静电屏蔽袋:用于单板和部件的包装、运输和储存,具有一定的防潮效果。
3.防静电胶带:用于各种包装箱等
4.防静电IC料条及IC托盘:用于生产车间IC元器件的储存、搬运。禁止在使用前,露天存放IC;或拆开包装运输。
5.防静电货架、手推车及工作台:防静电货架、手推车广泛用于电子装配车间的单板、部件的周转,搬运等。防静电货架及工作台要有防静地连接,手推车上的防静电垫应有金属链与防静电地接触
6.防静电工作服工作鞋:在具有静电敏感元器件,具有一定洁净度要求的加工车间,一般应严格要求员工穿戴防静电工作服工作鞋
7.防静电手指套:如操作工位员工需经常手拿工件或静电敏感元器件时,有必要戴防静电手指套。
D.中和类设备
离子风机、风枪
六、 防静电的一般工艺规程要求
A、防静电的常规工艺规程要求:
1、 操作者必须戴有线防静电手腕
2、 涉及到操作静电敏感器件的桌台面须采用防静电台垫
3、 ESD敏感型器件必须用静电屏蔽与防静电器具转运。
4、 准备开封、测试静电敏感器件时必须在防静电工作台上进行,有条件的可配用离子空气发生器清除空气中的电荷
5、 组装所用的焊接设备及成形工装设备都必须接地,焊接工具使用内热式烙铁,接地要良好,接地电阻要小
6、 电源供电系统要改装用变压器进行隔离,地线要可靠,防止悬浮地线,接地电阻小于10欧姆
7、 产品测试时,在电源接通的情况下,不能随意插拔器件,必须在关掉电源的情况下插拔。
8、 凡ESD敏感型器件不应过早地拿出原封装,要正确按操作,尽量不能摸ESD敏感型器件管腿。
9、 用波峰焊接时,焊料和传递系统必须接地。
B、在防静电要求严格的场合,下列防静电工艺要求也是常常需要的。
1、凡ESD敏感型整机进行高低温试验或老化试验时,必须先对工作场地及高低温箱进行静电位测试,其电位不能超过安全值,否则,要进行静电消除处理。
 2、焊接好的印制电路板要作三防处理时,也要采用防静电措施。不要用一般的刷光,超声波清洗或
喷洗。
 3、调试、测量、检验时所用的低阻仪器、设备(如讯号、电桥等)应在ESD敏感型器件接上电源后,
方可接到ESD敏感型器件的输入端。
4、在ESD敏感型 测试仪器生产线上,应严格使用静电电位测试监视静电电位的变化情况,以便及
时采取静电消除措施。
如何选用防静电器材(-)
防静电器材种类繁多,要合理选用才能既节省费用又能起到好的防静电效果?
一、人体静电的控制
1.什么是最常见的静电源?
2.要控制人体静电,最有效的措施是什么?
3.人穿防静电鞋并有防静电地垫、防静电复合胶板或防静电活动地板时就一定能起到好的防静电效果?
4.人穿防静电鞋外为什么还要穿防静电工作服?
5.人穿防上静电工作服就能起到防静电作用吗?
6. 为了更好控制人体静电,应采取什么措施?
7.人戴上无线手环(也叫无线腕带)能起到防静电作用吗?
1。什么是最常见的静电源?
  人在活动如行走,站起等活动中都会产生静电,人体是最为常见的静电源,因此人体的静电防护是最为重要的。
2。要控制人体静电,最有效的措施是什么?
要控制人体静电,最有效的措施是让人体与大地相“连接”即“接地”。因此,人要穿上防静电鞋。要保持人体与大地相连,这就要求地面也是防静电的才可以将人体的静电导入大地,所以地面可以用防静电地垫,防静电复合胶板,并用防静电接地线接好地,如经费充足,可选用防静电活动地板,特别是在规划设计机房厂房时可以考虑选用防静电活动地板,如果机房厂房已定且设备也已安装好,又不想因装防静电器材时对这些设备造成停产等到影响时还时选用既价格低廉施工简单的防静电地垫,防静电复合胶板等。
 
3。人穿防静电鞋并有防静电地垫、防静电复合胶板或防静电活动地板时就一定能起到好的防静电效果?
 
 人穿防静电鞋并有防静电地垫、防静电复合胶板或防静电活动地板时还不一定能起到好的防静电效果。通常人们还要穿袜子和垫鞋垫,年青人脚易出汗,这些袜子和垫鞋垫也能导静电,但在中老年人在干燥的季节时因鞋内干燥,这袜子和垫鞋垫就不能导静电,而且很多厂家只要求工作人员穿防静电服和防静电鞋,忽视了袜子和鞋垫的不利影响,使得这此防静电鞋和防静电地面不能发挥防静电作用。因此在机房或厂房的入口处放置“人体综合电阻检测仪”,它能迅速准确检测那些穿用不合格的防静电鞋、袜子和垫鞋垫的人。
 
4。人穿防静电鞋外为什么还要穿防静电工作服?
 
 人除穿防静电鞋外还要穿防静电工作服才能较好地控制人体静电。因为服装也能带上很高的静电,特别是现在的大部分服装都是化纤,能产生几千上万伏的静电。
 
5。人穿防上静电工作服就能起到防静电作用吗?
 
  不能。有实验表明,人仅穿上防静电工作服如不穿防静电鞋和没有很好的防静电地面,防静电效果极差。
 
6。为了更好控制人体静电,应采取什么措施?
 
  要有完善的人体防静电设施和检测这些设施是否有效的静电测量仪器。
 
7.人戴上无线腕带能起到防静电作用吗?
 
 不能。无绳腕带理论是利用电晕放电的原理来耗散一部分静电,电晕放电也叫尖端放电,是指导体自身带电后,通常需要电压超过1500V,它的尖端部分会对空气放电,以此来耗散静电,但无绳腕带的耗散静电时所需静电电压太高,并不适合电子行业,因为有多少电子元器件可以承受1500V以上的高压呢。所以我们不推荐、不销售、不生产、不使用无线腕带。
 
工厂防静电基本要求
一、静电防护的基本原则
a、抑制静电荷的积聚;b、迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷。
二、防静电工作区场地
1、地面材料a、禁止直接使用木质地板或铺设毛、麻、化纤地毯及普通地板革。b、应该选用由静电导体材料构成的地面,如防静电活动地板或在普通地面上铺设防静电地垫,并有效接地。c、允许使用经特殊处理过的水磨石地面,如事先敷设地线网、渗碳或在地面喷涂抗静电剂等。
2、接地a、防静电系统必须有独立可靠的接地装置,接地电阻一般应小于10Ω,埋设与检测方法应符合GBJ97的要求。b、防静电地线不得接在电源零线上,不得与防雷地线共用。c、使用三相五线制供电,其大地线可以作为防静电地线(但零线、地线不得混接)。d、接地主干线截面积应不小于100mm2;支干线截面积应不小于6mm2;设备和工作台的接地线应采用截面积不小于1.25mm2的多股敷塑导线,接地线颜色以黄绿色线为宜。e、接地主干线的连接方式应采用钎焊。f、防静电设备连接端子应确保接触可靠,易装拆,允许使用各种夹式连接器,如锷鱼夹、插头座等。
3、天花板材料天花板材料应选用抗静电型材料制品,一般情况下允许使用石膏板制品,禁止使用普通塑料制品。
4、墙壁面料  墙壁面料应使用抗静电型墙纸,一般情况下允许使用石膏涂料或石灰涂料墙面,禁止使用普通
墙纸及塑料墙纸。
5、湿度控制a、防静电工作区的环境相对湿度以不低于50%为宜。b、在不对产品造成有害影响前提下,允许使用增湿设备喷洒制剂或水,以增加环境湿度。c、计算机房的湿度应符合GB2887中的有关规定,类似的机房也应符合此规定。
6、区域界限 防静电工作区应标明区域界限,并在明显处悬挂警示标志,警示标志应符合GJB1649规定,工作区入口处应配置离子化空气风浴设备。
7、防静电工作区内禁止使用及接触易产生静电荷的电荷源(如下表)。
油漆或浸漆表面,普通塑料贴面,普通乙烯及树脂表面地板
塑料及普通地板革,抛光打蜡木地板。普通乙烯树脂工作服,帽,鞋
普通涤纶,合成纤维及尼龙面料,塑料及普通胶底鞋操作工具及设备
普通塑料盒,架,瓶,盘用品及纸制品,普通泡沫及一般移动工具,压缩机,喷射设备,蒸发设备等
三、电子产品防静电设施
1、静电安全工作台a、静电安全工作台是防静电工作区的基本组成部分,它由工作台、防静电桌垫、腕带接头和接大地线等组成。b、防静电桌垫上应不少于两个腕带接头,一个供操作人员使用,另一个供技术人员,检验人员或其它人员使用。c、必要时,静电安全工作台上应配备离子风静电消除器。d、静电安全工作台上不允许堆放塑料盒(片)、橡皮、纸板、玻璃等易产生静电的杂物,图纸资料等应装入防静电文件袋内。
2、防静电腕带直接接触静电敏感器件的人员均应戴防静电腕带,腕带应与人体皮肤有良好接触,腕带必须对人体无刺激、无过敏影响,腕带系统对地电阻值应在106~108Ω范围内。
3、防静电容器在电子设备研制生产过程中,一切贮存、周转SSD的容器(元器件袋、转运箱、印制板架、元器件存放盒等)应具备静电防护性能。不允许使用金属和普通塑料容器。必要时,存放部件用的周转箱应接地。
4、离子风静电消除器消除绝缘材料表面的静电荷应使用离子风静电消除器。
5、防静电工作服a、进入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作服,防静电工作服面料应符合GB12014规定。b、在相对湿度大于50%的环境中,防静电工作服允许选用纯棉制品。
6、防静电工作鞋进入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作鞋,防静电工作鞋应符合GB4385的有关规定。一般情况下允许穿普通鞋,但应同时使用导电鞋束或脚跟带。
7、防静电运输车转运SSD或含有SSD的整、部件时,应采用有防静电性能的运输车。
 
 
静电防护操作规范
1 目的
 
明确各部门对设备、文件、材料等的防静电操作规范。
 
2 适用范围
 
本操作规范适用于各个部门。
 
3 具体操作要求:
 
3.1 设计部门
 
3.1.1 产品设计师在研制产品时,应制定一份静电放电控制大纲计划,确保研制产品得到静电放电保护。
 
3.1.2在研究设计方案时,应对可能产生的静电放电失效或性能降低的问题进行分析,因此有必要提醒设计人员在电路上采取保护措施,并必需在设计图纸上标注静电敏感器件符号ф,实施重点的防静电控制。
 
3.2 采购部门
 
3.2.1 对外购的静电敏感器件要求供应商按静电放电控制要求提供抗静电的保护和静电放电敏感器件的标签。
 
3.3 品管部
 
3.3.1外检组根据订货清单对交付的静电敏感器件进行检查时,看是否有保护性包装和产品标志,对不符合要求的产品应不予验收。
 
3.3.2 对静电敏感器件的检验,应在有静电放电保护情况下进行操作(要求同《 元器件防静电操作规程 》)。
 
3.3.3QE负责防静电点检的监督,并对检测不合格的工序报各部门主管及时解决,若解决不当所造成的损失由各部门负责并给予惩罚;并负责防静电黑板报资料的制作出版。
 
3.3.4应制定防静电的培训计划,由质管部处提出要求,会同教育部门和工艺部门共同组织实施,以确保所有操作静电敏感器件产品的人员得到必要有培训,并达到熟练的程度。
 
3.4 人事部
 
3.4.1 组织员工进行防静电知识的培训并进行考核。
 
3.5 生管部
 
3.5.1 负责防静电方面资料的提供、培训。
 
3.6 设备部
 
3.6.1 接地线每周检查一次,以确保每个接口端不能有氧化,接地良好;并做好点检记录。
 
3.6.2 流水线、波峰焊、老化线等基础生产用设备每周检查一次,确保设备不能有漏电,接地良好;并做好点检记录。
 
3.7 车间
 
3.7.1所有静电敏感元器件的操作必需在静电安全工作台上进行,未采用防静电包装的静电敏感元器件不得进入生产现场。对没有防静电包装的元器件,应该在消除静电后再进入静电工作现场。
 
3.7.2操作现场所有必须使用的不具备防静电功能的工具、夹具、设备仪器,都应放在防静电桌(台)垫上。
 
3.7.3外来人员进入现场,未采取防静电措施,不得接触元器件。
 
3.7.4生产现场的各种设备,必须采取防静电措施。
 
3.7.5在手工焊接时,要采用防静电低压烙铁。
 
3.7.6敏感器件焊接后要清洗时,不能使用塑料刷子,必须用防静电刷子清洗。
 
3.7.7员工戴上防静电腕带后,腕带与皮肤要有良好的接触;腕带系统、防静电桌垫、防静电地垫对地电阻值应在1MΩ±10%。每天上班使用时,由本车间技术人员或线长用使用合格的万用表测量,并做好点检记录。
 
3.7.8所有用到的带电工具、仪器、仪表等机壳必需良好接地。每星期一上班时,由本车间技术人员或线长用使用合格的万用表测量,并做好点检记录。
 
3.7.9没有进行过防静电培训的电装工不得进行含有静电放电敏感器件的装配工作;对于穿合成化纤衣服员工,不要将衣服与静电敏感器件接触。
 
3.7.10 不允许静电放电敏感器件堆放在一起,器件互相不能接触。已装上敏感器件的线路板不能重叠应分别放入防静电容器内。
 
3.7.11进行测试、维修时,在没有配带静电手环的情况下时,应用手接触金属地线(板),以泄放身上的静电,严禁不采取防静电措施的人接触静电敏感器件或电路板。
 
3.8 仓库
 
3.8.1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。
 
 
生产现场的防静电设施管理
 
    1、静电安全工作台:由工作台、防静电桌垫、腕带接头和接地线等组成。
 
    2、防静电桌垫上应有两个以上的腕带接头,一个供操作人员用,一个供技术人员,检验人员用。
 
    3、静电安全工作台上不允许堆放塑料盒、橡皮、纸板、玻璃等易产生静电的杂物、图纸资料应放入防静电文件袋内。
 
    4、防静电腕带:直接接触静电敏感器件的人员必须带防静电腕带,
 
     腕带与人体皮肤应有良好接触,腕带系统对地电阻值应1MΩ。
 
   5、防静电容器:生产场所的元件盛料袋、周转箱、PCB上下料架等应具备静电防护作用,不允许使用金属和普通容器,所有容器都必须接地。
 
   6、防静电工作服:进入静电工作区的人员和接触SMD元器件的人员必须穿防静电工作服,特别是在相对湿度小于50%的干燥环境中(如冬季).工作服面料应符合国家有关标准。
 
    7、进入工作区的人员必须穿防静电工作鞋。穿普通鞋的人员应使用导电鞋束、防静电鞋套或脚跟带。  
 
    9、生产线上用的传送带和传动轴,应装有防静电接地的电刷和支杆。
 
    10、对传送带表面可使用离子风静电消除器。
 
    11、生产场所使用的组装夹具、检测夹具、焊接工具、各种仪器等,都应设良好的接地线。
 
    12、生产场所入口处应安装防静电测试台,每一个进入生产现场的人员均应进行防静电测试,合格后方能进入现场。


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