電子器件在工廠車間生產(chǎn)過程中的防靜電問題分析與研究　

摘要：文章主要介紹了靜電在制造業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的原因，造成的危害，以及防治的方法。

前言

　　靜電是電子產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中的第一號(hào)殺手，靜電是相對(duì)于導(dǎo)體中流動(dòng)的電荷而言的，是一般情況下不流動(dòng)的電荷。多由絕緣物體間互相摩擦或干燥空氣與絕緣物摩擦產(chǎn)生。當(dāng)它的能量積累到一定程度，妨礙它中和的絕緣體阻擋不住時(shí)，發(fā)生劇烈放電，即靜電放電。這時(shí)的最高電壓可達(dá)幾千乃至幾萬伏，勢(shì)必對(duì)靜電敏感組件造成損害。為了降低靜電敏感器件及半成品控制器在整個(gè)生產(chǎn)、周轉(zhuǎn)過程中的損壞，需要對(duì)各靜電敏感器件裝配、生產(chǎn)工序做基本的防靜電措施要求。

1 靜電防護(hù)的基本用具

　　靜電防護(hù)過程中需要的硬件有離子風(fēng)扇、靜電膠墊、放電電阻、接地線、防靜電手套等材料。

1.1 離子風(fēng)扇

　　離子風(fēng)扇工作中可以釋放大量的正負(fù)離子，從而使積累的電荷得以中和，離子風(fēng)扇中的電離器件(即發(fā)射架)在高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生的低電流高電壓作用下，形成一個(gè)穩(wěn)定的高壓電場(chǎng)，電離空氣形成正負(fù)離子體，由氣體帶出，到達(dá)物體表面。當(dāng)物體表面為負(fù)電荷時(shí)，它會(huì)吸收氣流中的正電荷，當(dāng)物體表面為正電荷時(shí)，它會(huì)吸收氣流中的負(fù)電荷，從而達(dá)到消除靜電的目的。

　　但離子風(fēng)機(jī)的使用同樣有其致命的缺點(diǎn)，就是離子風(fēng)機(jī)會(huì)釋放出大量的正負(fù)離子，這些離子在空氣中自由移動(dòng)，同樣會(huì)積累在其他物體上，進(jìn)而產(chǎn)生放電現(xiàn)象。故使用離子風(fēng)機(jī)的地方濕度一定要達(dá)標(biāo)，最好控制在40以上，以保證環(huán)境耗散離子的能力。

1.1.1 靜電膠墊

　　靜電膠墊具有絕緣高阻抗性質(zhì)，同時(shí)又能泄放靜電，電阻率保持在7.5×105Ω～1.0×109Ω之間，用于釋放積累電荷，防止電荷過于集中。是生產(chǎn)過程中操作區(qū)域靜電防護(hù)的不二選擇，靜電膠墊的使用意義在于，它可以大面積地保護(hù)易產(chǎn)生靜電的物體，如金屬臺(tái)、操作臺(tái)等，防止靜電的產(chǎn)生。

1.1.2 放電電阻

　　靜電放電是一瞬間的放電，故若要對(duì)已存在的電荷放電，需要增加放電電阻，一般選用1MΩ電阻，這樣高的電阻，會(huì)緩慢地泄放靜電荷，達(dá)到消除靜電的目的。有人認(rèn)為，消除靜電選用導(dǎo)電性能好的材料就可以，金屬最好。這種想法是錯(cuò)誤的，靜電損傷是由一定量的電荷在瞬間放電產(chǎn)生的，所以導(dǎo)體具備了一瞬間放電的功能，故不能用于防靜電，1MΩ電阻的使用意義就是達(dá)到緩慢泄放電荷且不損傷元件的目的。

1.1.3 地線(鏈)

　　防止靜電最根本的方法是找到等電位，找到等電位的最根本的方法就是接地。所以接地需要一個(gè)安全可靠的接地線，接地點(diǎn)必須連接可靠，工廠接地點(diǎn)需是焊接或者圓頭接片壓接在鋼板上，以保證接地的穩(wěn)定性。防靜電系統(tǒng)的接地線不得接在電源零線上，容易造成人員觸電，同樣也容易損傷電子元器件，也不得與防雷地線共用，與零線同樣道理，容易產(chǎn)生人員的安全隱患和半導(dǎo)體的損傷，必須有獨(dú)立可靠的接地裝置;不得與設(shè)備、線體的裸露部分接觸，以防止帶電體與靜電地短接。使用三相五線制供電電源，其地線可以作為防靜電地線。限流電阻和連接端子應(yīng)連接可靠，并具有一定載流能力，限流電阻阻值的選擇應(yīng)保證泄露電流不超過5mA，下限阻值取1MΩ。如果泄露電流過大，或者電阻過小，就不能達(dá)到緩慢泄放靜電的目的。

1.1.4 電手套

　　防靜電手套常見的有兩種(如圖2和圖3)，其中優(yōu)先選用防靜電PU涂層手套。在工廠操作中，為了保障人身安全，對(duì)于有割手隱患的崗位，如電器盒為鈑金件材料的，推薦選用防靜電PU涂層手套。

2 靜電的防護(hù)

　　靜電防護(hù)分兩步，第一步是消除或減少容易產(chǎn)生靜電的物質(zhì)，第二步是消除已經(jīng)產(chǎn)生的靜電。

2.1 消除靜電源

　　工廠生產(chǎn)過程中不可避免地需要接觸到靜電危害性較大的物質(zhì)，如塑料、海綿、保護(hù)膜、金屬等。這些物質(zhì)在生產(chǎn)裝配過程中與半導(dǎo)體器件組成的控制器接觸時(shí)就很容易產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象。對(duì)于這種問題，首先在生產(chǎn)過程中要盡可能地消除將要產(chǎn)生或者已經(jīng)產(chǎn)生的電荷，在半導(dǎo)體存在的區(qū)域隔離易產(chǎn)生靜電的物質(zhì)。

　　首先，對(duì)接觸到半導(dǎo)體器件的人、機(jī)進(jìn)行靜電防護(hù)工作：人需要帶靜電環(huán)、穿靜電服、戴靜電手套、靜電頭套、口罩等。

　　機(jī)器方面：控制器裝配區(qū)域流水線、防靜電桌墊、地板墊均應(yīng)通過限流電阻接到地線。各接地點(diǎn)之間的電阻值保證在7.5×105Ω～1.0×109Ω之間。這樣可以系統(tǒng)地保證各方面產(chǎn)生的靜電得以快速釋放。

　　對(duì)于防靜電接地線，有可能因外力和腐蝕導(dǎo)致斷裂或氧化，從而導(dǎo)致接地線表面不導(dǎo)通(如有繩靜電環(huán)接地線)，所以保持使用過程中導(dǎo)通測(cè)試。

　　工作臺(tái)的防靜電桌墊不可相互串聯(lián)接地，防靜電桌墊地線連接點(diǎn)不能使用螺釘固定，推薦使用鉚接、焊死等措施保證連接牢固，不松脫?？墒褂梅漓o電連線<內(nèi)含1MΩ電阻>連接，防靜電桌墊按照面積每平方米一個(gè)接地連接點(diǎn)的方式連接。

　　人員靜電防護(hù)問題方面：有機(jī)會(huì)接觸到PCB板或靜電敏感器件的員工，必須佩戴防靜電腕帶，要與人體皮膚接觸良好，確保及時(shí)、迅速泄放人體身上的靜電。

2.2 消除已產(chǎn)生的靜電

　　對(duì)于已產(chǎn)生靜電的材料，如塑料、薄膜等，在拿取與空氣接觸或者本身在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都可產(chǎn)生大量積累電荷物料時(shí)，需要消除電荷對(duì)物料的影響，即對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生的靜電荷，進(jìn)行消除。

　　消除靜電較為有效的方法是安裝離子風(fēng)機(jī)，直接和PCB板配合安裝且易產(chǎn)生靜電的工件(如注塑件、海綿、薄膜等)，應(yīng)提前消除靜電，需安裝離子風(fēng)機(jī)，應(yīng)保證工件在有效靜電處理區(qū)域內(nèi)持續(xù)6秒以上時(shí)間(有效區(qū)域指工件距離出風(fēng)口30～80cm的范圍)。長(zhǎng)期使用的崗位，應(yīng)對(duì)離子風(fēng)機(jī)工作的有效性進(jìn)行定期檢驗(yàn)，以確保離子風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　半導(dǎo)體及其半成品控制器運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)放置在防靜電膠袋(摩擦靜電壓<100V)、防靜電成品箱或周轉(zhuǎn)箱內(nèi)(應(yīng)有防靜電標(biāo)識(shí))，預(yù)裝前嚴(yán)禁先將控制器的防靜電包裝袋去掉而將控制器放入一般周轉(zhuǎn)箱內(nèi)，正確的操作是一邊生產(chǎn)一邊將控制器從防靜電袋或防靜電周轉(zhuǎn)箱內(nèi)取出，不可堆疊。如果有專用防靜電主板工裝架，可提前將主板取出，放置于專用工裝架上，防止堆疊時(shí)靜電的產(chǎn)生。

　　半導(dǎo)體及其半成品從防靜電袋或防靜電周轉(zhuǎn)箱內(nèi)取出時(shí)，應(yīng)保持力量適中，保證平穩(wěn)，因?yàn)榭焖僖苿?dòng)的物體與空氣摩擦同樣容易產(chǎn)生靜電而導(dǎo)致控制器的靜電損傷;拿取控制器時(shí)，手應(yīng)持其無貼裝元器件的邊緣部位，避免接觸其引線或接線片，不能裸手接觸針座、器件;要求一次拿取一塊，不可一次拿取多塊;在取放PCB組件時(shí)應(yīng)輕拿輕放，如果動(dòng)作幅度過大，會(huì)造成電子元件互相接觸而產(chǎn)生或釋放靜電。

　　完成預(yù)裝半導(dǎo)體配件在周轉(zhuǎn)或輸向時(shí)，不能接觸泡沫、海綿、纖維布料、普通塑料等容易產(chǎn)生較大靜電量的物質(zhì)，更不能使用相關(guān)材料作為包裝或防塵用，防止相互摩擦產(chǎn)生靜電損壞芯片等半導(dǎo)體。

3 防靜電環(huán)境的防護(hù)

　　控制器裝配相關(guān)的車間應(yīng)避免放置容易產(chǎn)生靜電材料的物質(zhì)(如：泡沫、海綿、塑料等)。

　　如果裝配過程中要求使用這些材料，則應(yīng)在裝配好控制器之前隔離這些材料，裝配好控制器后，再裝配這些容易產(chǎn)生靜電的材料，且應(yīng)放置在離子風(fēng)扇下操作。因?yàn)楹＞d等物體極易產(chǎn)生靜電，若與控制器放在同一空間內(nèi)操作，在海面操作的過程中與空氣和人體接觸，積累的電荷就會(huì)散布在控制器存儲(chǔ)的空間，電荷一旦積累到一定程度就會(huì)發(fā)生放電，造成靜電損傷，故半導(dǎo)體裝配和存儲(chǔ)環(huán)境必須要與容易產(chǎn)生靜電的材料分開。

　　環(huán)境中除了需要控制容易產(chǎn)生靜電的物質(zhì)外，還需要對(duì)空氣中的溫濕度進(jìn)行控制，尤其是濕度尤為重要，濕度較高時(shí)靜電荷容易被空氣中的濕度迅速耗散，從而不容易產(chǎn)生靜電損傷;相反，濕度過低，空氣中的電荷容易積累，不耗散，集中到一定程度就會(huì)造成放電。

4 靜電放電距離

　　靜電放電距離一般較短，一般以厘米計(jì)，故真正產(chǎn)生靜電損傷的過程是需要被損傷的半導(dǎo)體與電荷載體或者是泄放體距離非常近的狀況下才會(huì)產(chǎn)生。

　　以工廠生產(chǎn)為例，主板在流水線體上流動(dòng)，流水線體的寬度設(shè)計(jì)一般是主板的3倍以上。即如果人員靜電防護(hù)到位，主板在流水線中間移動(dòng)是不會(huì)受到靜電損傷的，但是如果管控不力，主板在流水線上放置的不規(guī)范，歪在一邊，就有可能接觸到流水線旁邊的金屬或者其他帶電物料等，從而造成放電。所以規(guī)范的控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，也是減少靜電損傷不可缺少的一部分。

5 總結(jié)

　　靜電是無處不在的，而且靜電的放電方向也是多方面的，我們目前的認(rèn)知可以有效防止靜電損傷的產(chǎn)生，在工廠靜電防護(hù)的長(zhǎng)期工作中，善于使用正確的靜電防護(hù)方法，合理地利用靜電防護(hù)資源，可以大幅度提高靜電對(duì)工廠作業(yè)生產(chǎn)造成的影響。

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本文來源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第8期第32頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。