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靜電放電防護工程技術 1 序言 靜電防電 ELECTROSTATICDISCHARGE ESD 已被認為是造成對靜電放電敏感電子零件的斷續 劣化 潛在和災變失效的主要凶手 而導致戰艦 飛機 發射和導引系統 電子和資訊設備的故障 使得如此昂貴的設備變得毫無可靠度可言 2 目錄一 何謂靜電放電二 靜電損害的消除與避免三 如何建立抗靜電的工作站四 生產現場靜電防護須知五 各種定義與靜電耐壓值 3 一 何謂靜電放電 4 1 何謂靜電放電 一累積的靜電荷從一高靜電荷集中區流向一相反電荷集中區或低電荷集中區 特別是地面 此為靜電放電 通常 放電是電荷迅速流動 火花 反之 便用消耗來減少電荷集中 在一靜電放電中 電荷的迅速流動會引起很大的瞬間電流 強烈的電場和電磁輻射 當放電通過或接近電子零件時 會損毀電子零件 5 2 靜電源 在工廠里 靜電源到處都有 特歸納如下 2 1環境2 1 1地板2 1 2工作面2 1 3主要設備2 1 4清潔室2 1 4 1牆壁2 1 4 2天花板2 1 4 3光源固定器2 1 4 4通風架 6 2 靜電源 2 2人2 2 1身體2 2 2衣服2 2 3程序2 3材料2 3 1原材料2 3 2生產輔助物2 2 3包裝材料 7 3 靜電意識 採購 行政管理 設計 銷售 技術服務 供應商 接收 顧客 檢驗 運輸 儲存 品管 生產 靜電的發生是全面的 因此從設計到技術服務等階段都要有靜電意識 8 二 靜電損害的消除與避免 9 1 消除靜電損害的簡易程序 A 減少搬運B 保持零件於原包裝容器C 避免人造的衣服D 不可有任何普通的塑膠在靜電工作室 10 2 消除靜電放電的原則如下 A 盡可能消除靜電電荷的形成 抗靜電的材料和傳導的材料做得到 一般的塑膠和絲織品便做不到 除非經過局部處理 B 要是有電荷的話 必需在無火花的情況下加以消散 好的導體 如金屬 碳膜 皮膚 會產生快速的火花放電 但粉線色抗靜電的材料不但不會產生火花 也不會傳送火花 11 3 如何避免靜電放電損害 A 包圍 所有基板裝配品 PCBA 在不使用的狀態下一定要用抗靜電袋包裝起來 基板要保持干凈 充電的手指不可接觸它 同時還要遠離普通的塑膠或絲織物 B 接地 所有在座位上的人員都要帶腕帶 要離開工作崗位時才可脫掉 桌面或工作表面不應該是傳導的 黑色碳膜或金屬 不可產生有損害水準的靜電荷 12 4 防止靜電放電損害總論 A 靜電是由分離非傳導性的表面而起B 靜電電荷是被導體拾取和傳輸理想上 我們一定要避免已有電荷的良導體接到零件 同時也不要接觸或靠近高度充電性的非導體 只要遵守上面兩大原則 靜電損害一定是很微小或根本就不會存在的 13 5 靜電放電預防規則 A 包圍 用抗靜電材料來包裝零件或裝配品 除非是在工作中B 禁止 所有的透明塑膠和絲織物 氣泡片 墊子等都要用抗靜電的材料或用局部抗靜電處理的包裝材料來取代C 接地 搬運人員的皮膚都要帶上具安全電阻系數的腕帶D 管理 工作人員和管理者隨時確認是否遵守上面的原則 如果遵守的話 便無靜電放電損害了 14 6 防護技術 防止靜電損害的基本要素是很簡單和易接受的 A 不動作的敏感零件必需用抗靜電的袋子 箱子或墊片包起來B 僅在無靜電的工作站上才可打開包裝此工作站一定要有一傳導或抗靜電的工作表面 與工作人員的皮膚使用同一接地點接地C 未用抗靜電袋或箱子包裝的零件 基板或裝配品就是 裸體的 裸露的零件絕對不可被未接地的人員接觸到 也不可接觸到一般的塑膠或絲織品 15 三 如何建立抗靜電的工作站 16 1 1 如何建立抗靜電的工作站 A 桌墊 一工作站的表面或桌面完全不需要是傳導的 只要它不產生傷害性的靜電電荷即可 而並不是把桌面接地就好了 一簡單 未處理的木材表面 象賣肉攤 是完全無靜電的 因此 任何材料在正常活動下不會產生足以感應附近的導體迅速放電的靜電電荷 17 1 2 如何建立抗靜電的工作站 B 接地 在此工作站的工作人員的傳導皮膚一定要接地 因此 是在零電位 腕帶是最安全 最方便 最易監督和最便宜的方法 而不是接到桌面而已 而是接到桌面 再由桌面接到大地 桌面的接地 是連在腕帶連接到大地接地的同一點 腕帶一定要有最少250K 的電阻才能排除電擊的可能 電阻器裝在腕帶里以避免如此危險或不舒服的電流流過人體 18 1 3 如何建立抗靜電的工作站 3 腕帶 A 珠鏈式腕帶附件 它有一轉軸承以防止糾結 並裝有香蕉插頭 帶子裝一250K 或1M 的電阻器 經特別小心製造 不易故障 B VELCRO手鐲式腕帶 本身是非傳導的 但有碳膜片或 扣 在內部 導線是最主要的長度 且仍然使用絕緣體而不是碳膜化塑膠或布 C FRED腕帶 最新的發明 是FREDMYKKANEN設計的 是有一像手表帶的松緊腕帶 可分離的按扣連接 19 2 抗靜電包裝材料 A 注入碳膜的POLYOLEFIN薄片 黑色 不透明 具有相當高比例的碳膜 使料狀物與粒狀物間彼此接觸以產生高電傳導系數B 透明 粉紅色抗靜電聚乙烯 在聚乙烯樹脂中注入一有機的抗靜電液體 它會流到所有的表面 而形成一看不到且無腐蝕性 鄰接的濕層以傳導靜電的電流C 較少使用的不透明物 此薄片是由 TYUEK的外層 真空金屬化的外部表面 中間是一層鋁箔和一內部表面是涂碳膜的黑色塑膠所組成D 3M最近推出的靜電隔離薄膜 它是由一灰藍色的鎳金屬化於一薄聚脂片上 再壘合於一注入抗靜電液的聚乙烯內層所組成 20 四 生產現場靜電防護須知 21 1 1 生產場地防靜電規定 a 禁止直接使用木質地板或鋪設毛 麻 化縴地毯 b 可選用防靜電活動地板或在普通地面上鋪設防靜電地墊 並有效地接地 c 允許使用經特殊處理的水磨石地面 d 防靜電系統必須有獨立可靠的接地裝置 接地電阻一般小于10 e 防靜電地線不得接在電源零線上 不得與防雷地線共用 f 使用三相五線制供電 其大地線可以作為防靜電地線 22 1 2 生產場地防靜電規定 g 接地主干線截面積應不小於100mm2 支干線截面積不小于6mm2 設備與工作台的接地線應采用截面積不小于1 25mm2的多股塑料導線 h 接地主干線的連接方式應采用縴焊 i 設備的防靜電連接端應保証接觸可靠 易裝拆 允許使用各種夾式連接器 j 天花板材料應選用抗靜電型材料制品 一般可使用石膏板制品 禁止使用塑料制品 23 1 3 生產場地防靜電規定 k 生產場所的牆面可使用抗靜電牆紙 一般右使用石灰涂料牆面 禁止使用普通牆紙和塑料牆紙 l 生產場所的環境相對濕度以不低于50 為宜 m 在不對產品造成有害情況下 允許使用增濕設備 以增加溫度 n 防靜電工作區的進口處 應設明顯標記 警示標記要符合國家標准 進口處應配置離子化空氣風浴裝置 24 2 1 生產場地防靜電設施 a 靜電安全工作台 由工作台 防靜電桌墊 腕帶接頭和接大地線等組成 b 防靜電桌墊上應有兩個以上的腕帶接頭 c 靜電安全工作台上不允許堆放塑料盒等易產生靜電的雜物 圖紙資料應放入防靜電文件袋內 d 防靜電腕帶 直接接觸靜電敏感器件的人員均須帶防靜電腕帶 腕帶與人體皮膚有良好接觸 腕帶系統對電阻值應在106 108 范圍內 25 2 2 生產場地防靜電設施 e 防靜電容器 生產場所的元件承料袋 周轉箱 PCB料架等應具備靜電防護作用 不允許使用金屬和普通容器 周轉箱等必須接地 f 防靜電工作服 進入靜電工作區的人員和接觸SMD的人員均應穿防靜電工作服 工作服面料應符合國家標准 g 在相對濕度大于50 環境中 防靜電工作服允許范圍選用純棉制品 26 2 3 生產場地防靜電設施 h 進入工作區的人員必段穿防靜電工作鞋 防靜電工作鞋應符合國家標准 穿普通鞋者應使用導電鞋束或腳跟帶 i 生產線上用的傳送帶和傳動軸 應裝有防靜電接地的電刷和支杆 j 對傳送帶表面可使用離子風靜電消除器 k 生產場所使用的組裝夾具 檢測夾具 焊接工具 儀器等都應設制良好的接地線 27 3 1 生產現場防靜電操作規程 a 所有元件的操作都必須在靜電安全工作台上進行 凡進入防靜電工作區的元件都須按防靜電要求來對待 b 未采用防靜電包裝的SMD不得進入生產現場 c 從靜電防護容器中取出部件時 就該在靜電安全工作台上進行 作為操作人員要遵守以下二點 1 必須穿好防靜電工作服 2 戴上防靜電腕帶 腕帶與皮膚有良好的接觸並可靠地接地 28 3 2 生產現場防靜電操作規程 d 在重要的操作工位要配備監視器 以隨時監視腕帶是否處於正常狀態 e 對沒有防靜電包裝的元器件 應該在消除靜電后再進入靜電工作現場 f 手拿敏感器件時 應避免接觸其引線和接線片 g 服裝 圖紙資料等不得拉觸元器件 h 某些元器件要清洗時 不可使用塑料刷子 i 操作現場所必須使用不具防靜電功能的工具 29 3 3 生產現場防靜電操作規程 j 應使用接地線的低壓直流電動起子等裝聯設備 k 在手工焊接時 要采用防靜電低壓恆溫烙鐵 l 禁止重復使用器件包裝管包裝元器件 m 外來人員進處現場 未采取防靜電措施 不可接觸元器件 n 生產現場的各種設備 必須采取防靜電措施 30 4 管理與檢查 a 操作人員在工作區正常操作時 用靜電壓表檢測各處及各種情況下靜電電壓值一般應小於100V 特殊情況應小于5V b 腕帶接地線 工作台接地線 桌墊 地墊接地線要做好日常檢查 c 腕帶 各類墊子每周檢查一次 離子靜電消除器每月檢查一次 生產現場使用的各種用具每六個月檢查一次 d 做好生產工人 管理人員等的防靜電安全教育 31 5 安全 A 接地危險 從不良設備和工作站而來的電氣危險 一定要讓所有人員銘記在心 為了達到人員和產品的保護水準 對製程的管制一定要堅持 B 安全責任 它是生產和產品保証主管 安全和醫護人員的共同責任 32 6 易犯的錯誤 A 使用白色苯乙烯泡沫板裝基板B 箱子無蓋C 使用傳導的地板 忽略腕帶D 特殊場合才帶腕帶E 使用白色鐵氟龍尖頭F 用溶劑清洗工作面G 粉紅色就是抗靜電H 不用靜電表I 任何過路人皆可輕易拿東西 33 五 各種定義與靜電耐壓值 34 1 1 各種定義 a 靜電放電 ESD 由不同靜電電位的物體因直接接觸或因靜電場的感應而導致物體間電荷的移動 靜電放電的快速電荷移動會產生很大的瞬間電流 強的電場和電磁輻射等 它們如通過或接近電子零件時 便會加以破壞b 靜電放電敏感項目 ESDS 對15 000伏特以下的靜電放電敏感的電氣和電子零件及裝配品和設備 CMOS NMOS JFET和其他低功率或緊公差的零件對靜電入電最敏感 35 1 2 各種定義 c 靜電防電保護區 ESDPROTECTEDAREA 具有限制靜電放電電壓低於靜電放電敏感零件的敏感水準的靜電放電保護材料和設備的區域d 局部處理 TOPICALINTESTATE 加在一絕緣材料的表面以降低其摩擦生電的能力的一種化學劑e 游離器 IONIZER 在一局部的表面上利用對空氣分子充電形成正 負離子來消耗靜電電荷的設備 36 1 3 各種定義 f 主動零件 ACTIVECOMPONENT 能夠控制電路中的電流或電壓 以產生增益或開關作用的電子零件g 被動零件 PASSIVECOMPONENT 一系統的某些損耗的無功率零件h 電場隔離 FIELDSHIELDING 利用傳導容器當做靜電和電磁線的障礙物 使被包裝的東西不會感覺到容器表面的電荷i 抗靜壓 ANTISTATIC 表面電阻系數在109 1014 SQ 37 1 4 各種定義 j 消耗 DISSIPATIVE 表面電阻系數在105 109 SQk 傳導 CONDUCTIVE 表面電阻系數在0 105 SQl 硬接地 HARDGROUND 將一金屬棒或金屬板埋入地下 使其接地電阻在1 0 以內的任保點m 軟接地 SOFTGROUND 藉一電阻 一般為1M 來限制從可評估的電壓源而來的電流在5mA以下 來隔離一硬接地的任何點 38 1 5 各種定義 n 人造的材料和衣服 SYNTHETICMATERIALANDAPPAREL 任何聚脂 人造織維 耐龍和其他聚脂和布所製造的東西都會產生靜電o 摩擦電荷 TEIBOELECTRICCHARGE 當兩個或兩個以上的表面在緊密接觸下加以分離時 因相互的移動和摩擦而產生靜電荷 當相反的表面有電子時 電子會從另一表面脫離p 脫離 SLOUGHING 當一材料被彎曲或磨擦而導致顆粒物的脫落 39 1 6 各種定義 q 等位結合 分路 EQUIPOTENTIALBONDING SHUNTING 一零件或裝配品的零件腳和端子連接在一起后 通過一低阻抗 或大大地降低靜電放電的損害r 高傳導材料 BULKCONDUCTIVEMATERIAL 在熱塑性樹脂或其它一般性的絕緣材料內加入一傳導物質或金屬 一般是碳膜 以降低電阻系數在傳導范圍內s 抗