电装生产线防静电技术

1、电装生产线防静电技术与防静电产品简介概述 关于电装生产中的防静电技术，已讨论多年,市场上也有很多防静电产品, 但防静电问题并没有得到很有效的解决,原因很多。本文仅对此与近年来国际先进防静电技术的发展做一简介,希望能对改进国内的电装生产线的防静电技术有所帮助。静电的产生与危害静电产生的原理 从原理上讲，静电的产生主要有以下三种方式：摩擦起电、接触带电、感应带电。对于后二种方式比较容易预防与控制。在实际生产中最难控制的主要是第一种起电方式摩擦起电，而且主要由于人体的动作及设备的运动而产生。常见静电的数量级 首先先让我们了解一下日常生活中所接触到的静电放电情况： 当人能够听到放电声时，此时的静电电压

2、为2至3千伏；当人能够感到静电电击时电压已达3至4千伏；而当人能够看到静电放电火花时，电压则至少在5千伏以上！它对产品的危害性之大是可想而知的,这需要引起我们在电装工作的工人和技术以及管理人员的高度重视.不同条件下各种动作所产生的静电情况 现在再来看一下电装生产中几项常规动作所产生的静电电压范围（单位 伏）：相 对 湿 度动 作 人 在 塑 胶 地 板 上 行 走 人 在 工 作 台 面 的 动 作 从 塑 料 管 中 取 出 DIP 从 塑 料 盘 中 取 出 DIP 从 泡 沫 塑 料 中 取 出 DIP 从 塑 料 包 装 中 取 出 PWB 用 泡沫 塑 料 包 封 PWB 由此可见，

3、一个很常见，很普通的动作，都会引起相当高的静电电压，这也正是在电装生产中静电的产生防不胜防的主要原因。静电放电的危害 这里需要说明的是，通常我们所说的静电破坏，是指由于静电的放电而造成的破坏。从这个意义上讲，电装领域人们常说的”防静电”，并非是防止静电的产生，而是防止静电的放电,在谈到防静电问题时常使用的英文词ESD是指Electricity Static Discharge, 也是这个意思。通常，静电放电对元器件所造成的损坏主要有：1. PN结的软击穿，降低产品的可靠性。2. 击穿芯片单晶硅金属镀膜，造成废品。3. 击穿器件内引线，造成废品。以下列出的是部分元器件对静电的敏感度：元 器 件

4、类 型损 坏 电 压 RF-FETS (MICROWAVE)1-5VMR-HEADS5VPENTIUM5VV.MOS30VMOSFET100VEPROM 100VJ.FET 140VSAW 150VOP AMP 190V CMOS 250V 因此，按电子行业标准的要求，常规条件下的电装车间，其防静电等级为100V。而对于特殊产品（如磁头）的生产，则要求人体所带的静电电压值确保不能高于5伏。对于这一要求，常规的处理方式很难达到，必须采取特殊的方式加以保证。在后面的文章里会就此问题进行讨论。防止静电损坏的措施根据静电放电发生的原理与规律，我们在此提出防止静电放电破坏的基本三要素：1. 防防止静电荷

5、的积聚2. 泄建立安全的的泄放通路3. 控对所有防静电措施的有效性进行实时监控这里需要说明的是, 第三条要素是根据多年防静电技术的发展与总结的基础上提出的，是实现完全、彻底防止静电放电损坏的关键措施。因为，目前大多数厂家，有效性监控实际上没有，他们的防静电措施还只是单纯的泄放。我想强调的是如果没有有效性的监控，其它各项措施的成效就得不到保证。这也正是多年来防静电问题一直没有得到完全解决的主要原因。以下将就上述三项措施的原理与方法进行讨论。防止静电荷的积聚由前述可知，静电主要是因磨擦面引起，而不同的材料在经过磨擦后所产生的静电电压各不相同。其原因是不同材料的表面起电量不同。因此，可以在因起电量大

6、而容易产生静电荷积聚在表面覆盖一层起电量小、甚至不起电的材料，即可减少、甚至不会产生静电荷。防止静电荷积聚的第二种方法是离子中和法。在进行离子中和法讨论之前，首先介绍一个概念表面电阻率：即材料表面的单位面积上电阻,它与常用体电阻不同，表面电阻率只代表材料表面的电阻，与内部电阻无关。由于静电荷的产生与积聚均在材料的表面，因此表面电阻率决定了材料本身防静电的技术特性。按国军标规定，按照材料的表面电阻率的不同范围，我们可以将材料划分为以下三种：1. 导电体：表面电阻率小于105欧姆/平方2. 静电耗散材料（放电体）：表面电阻率界于105欧姆/平方与1012欧姆/平方之间，也就是我们常说的防静电材料。

7、3. 绝缘体：表面电阻率大于1012欧姆/平方对于导电体与放电体静电荷可以通过泄放通路得到泄放而不会产生静电荷和积聚。而对于绝缘体而言，由于静电荷在其表面不能发生迁移运动，所产生的静电荷不能通过泄放的方式消除，唯一行之有效的方法是采用离子中和法。离子中和法的原理是：在绝缘体表面所产生的静电荷以正、负电荷对称产生，离子中和法是采用离子风机对静电荷积聚区吹送经电离的含有正、负离子的空气气流，气流中的正、负离子遵循同性相斥、异性相吸的原理与绝缘体表面所积聚的静电电荷进行中和，从而彻底将静电消除。离子中和法还可应用于佩戴腕带不方便的工位，如大型设备操作及总装调试工位等。在这些工位，可以将离子风机悬吊于

8、工位上方，离子风可以将人体及其它工具上产生的静电荷即时中和。目前世界上在电装行业所使用的离子风机主要分为直流与交流两类，其中直流风机又可分为稳态直流和脉冲直流两种，目前稳态直流由于其有着独特的优势而被众多企业广泛采用。稳态直流风机的主要优势在于：1. 正、负离子发射头分开设置，离子自中和可能性降低；2. 可在低气流量下正常发挥效用；3. 可近距离操作而不损坏敏感元器件；OK公司的离子风机除同样具有上述优势外，还具有以下特点：1. 适用于CLASS100级净化车间；2. 离子风的流态呈U形，而非普通的V形，从而使其覆盖积明显增大；3. 带平衡反馈系统，对不平衡状态作出声光报警；4. 离子平衡度可

9、达0V；5. 静电衰减时间极短；6. 具有网络接口，可以实现全面网络化实时监控与管理。建立安全的泄放通路由上节可知，材料可以分为导电体、放电体和绝缘体三大类，其中绝缘体表面的静电荷主要靠离子中和法消除，以防止积聚，产生静电放电。而对于导电体与放电体而言，由于静电荷能够在其上迁移，从而可以通过接地的方式将生产中所产生的静电荷泄放。这里需要强调的是泄放的安全性，为了满足这一要求，静电的泄放”必须”通过放电体进行。所谓的安全是指无论是对元器件，还是对操作者人身都必须保证绝对的安全。防静电的安全性有二个指标：一是静电电压必须在10秒钟内降至100V；二是放电电流不能高于50mA。也就是说，静电荷的泄放

10、既要快，又不能过快，过快的泄放即是静电放电。因此，在静电的泄放路径中需有一定的阻值。这也就是为什么在导电体与绝缘体之间分出了一个放电体范围的原因之所在。特别应注意的是，许多厂家在进行设备与人的防静电技改中只是简单地在设备与操作台的底铺放了一张铁板！这是很危险的:因为如果设备发生漏电就相当于直接给人体加上一个数百伏电压,所以,静电的对地泄放必须要以有足够的安全性。另一个需要强调的问题是接地问题。在正规的防静电车间内通常有多个”地”，且几个各不相同。防静电的”地”必须与其它的”地”严格区分开，而且该”地”对埋设方法、埋设位置、埋设深度等均有着严格的规定。绝对不可以将静电地连接在暖气管或电源地线上。

11、有效性的实时监控提起防静电一词，但凡点经验的人均会想到接地。确实，接地是电装生产中防静电技术的主要内容之一。多年来，许多电子企业均在此方面投入大量的资金，但是收效如何？恐怕很少有人能够实现100地消除。例如，在对许多电子产品进行故障分析时，人们常常会马上想到”会不会是静电问题？”。原因很简单，由于大部分企业在进行防静电改造时，只注重了地面与桌面等的接地设施的改造，而没有安装或者不知道需要安装实时监控系统，从而对于桌面、人体、温度、湿度以及其它静电控制装置是否有效？是否所有的接地系统工作正常？谁也没有绝对的把握。防静电是一个系统工程，当前国际先进企业的管理方法是将电装车间划分出非ESD控制区与E

12、SD控制区（以下简称ESD区），在ESD区内不但需要采取相应的防静电措施如铺设防静电地面、选用防静电工作台与工作椅、设立正确的接地系统、操作人员的接地腕带等之外，通常还安装有设施有效性实时监控系统。随着网络技术的发展，目前还能够将所有孤立的监控设备组成一个监控局域网，不仅可以提高监控的有效性，而且能够将监控结果存入计算机中，作为生产档案备查。电子元器件静电放电损伤技术电子元器件抗ESD损伤的基础知识1、静电和静电放电的定义和特点2、对静电认识的发展历史3、静电的产生4、静电的来源5、静电放电失效制造过程的防静电损伤技术6、静电防护的作用和意义7、静电对电子产品的损害8、静电防护的目的和原则9、

13、静电防护材料静电防护器材电子分厂的防静电措施和要求10、电子分厂静电防护的具体措施11、日常稽查中关于静电防护的内容第一章电子元器件抗ESD损伤的基础知识随着电子元器件技术的发展，静电对元器件应用造成的危害越来越明显。一方面，电子元器件不断向轻、薄、短、小、高密度、多功能等方向发展，因而元器件的尺寸越来越小，尤其是微电子器件，CMOS IC中亚微米珊已经进入实用化，栅条宽度达到0.18um，栅氧厚度为几个nm，栅氧的击穿电压小于20V。尺寸的减小，就使电子器件对静电变得更加敏感。另一方面，在电子元器件制造和应用环境中，作为静电主要来源的各种高分子材料被广泛的采用，使得静电的产生更加容易和广泛。

14、因此，必须应用各种抗经典放电损伤的技术，使静电对电子元器件的危害减小到最低的程度。静电和静电放电的定义和特点通俗的来说，静电就是静止不动的电荷。他一般存在与物体的表面，是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果。静电是通过电子或或离子转移而形成的。静电可由物质的接触和分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）,处于不同经典电位的两个物体间的静电电荷的转移就是静电放电。这种转移的方式有多种，如接触放电、空气放电。对静电认识的发展历史人类对静电放电危害的认识经历了一段漫长的历史，电子行业认识到ESD的危害只是最近几十年的事

15、情。1千百年前，静电对人类来说曾经是非常神秘的。2中国发明了火药之后，静电对火药制造行业不再神秘了3美国独立战争期间，火药是在有潮湿的泥墙和泥地顶房子中制造的4现在，在静电火花可能引起爆炸的行业如面粉厂和医院的手术室都采取了特殊的防静电措施。5在其它行业，静电仍然是神秘的6在40和50年代，在塑料和胶片制造行业，发现了静电问题7在50和60年代，在电子行业，出现静电问题。常常发生奇怪的失效，在光学显微镜下看不到失效原因。失效分析的结论是原因不明。8MOS晶体管的普及和IC的发展使静电问题加剧970年代后，IC的几何尺寸缩小使问题变得更加糟糕10真正的突破是半导体领域扫描电镜的应用，第一次即使最

16、小的ESD损伤也能看到111979年，EOS/ESD研讨会成立，主要研究ESD问题，寻求解决方法1280年代除，多数主要的电子制造商建立了他们的ESD组织，负责ESD问题13EOS/ESD也许是当今电子制造行业最主要的失效机理静电的产生通常物体保持电中性状态，这是由于它它所具有的正负电荷量相等的缘故。如果两种不同材料的物体因直接接触或静电感应而导致相互之间电荷的转移，使之存在过剩电荷，这样就产生了静电。带有静电电荷的物体之间或者它们之间有一点的电势差，称之为静电势。经典产生的方式有很多种，如接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等，但主要是两种形式，即摩擦产生静电和感应产生静电。图1.是两种

17、物体直接接触后形成的，通常发生于绝缘体与绝缘体之间或者绝缘体与导体之间；图2.是带电物体与导体之间，两种物体不需要直接接触。图1图23.1摩擦产生静电实际上，只要两种不同的物体接触再分离就会有静电产生。但由于摩擦产生的热能为电子转移提供了足够的能量，因此静电产生作用大大增强。表1常见物体带电顺序表序号材料序号材料序号材料正电荷方向8羊毛16硬橡皮1空气9丝绸17镊、铜2人的手10铝18黄铜、银3兔毛11纸19聚酯人造纤维4玻璃12棉布20聚乙烯5云母13钢21聚丙烯6头发14木材22聚氯乙烯（PVC）7尼龙15琥珀负电荷方向表中任何两种物体摩擦时，可以接此来判断它们带电的极性，还可以大致估计所

18、带电荷的多寡程度。排在前面的材料与排在后面的材料相互摩擦时，前者带正电，后者带负电。同种材料与不同材料相互摩擦时所点电荷的极性可能不同，如棉布与玻璃棒摩擦带负电，但与硅片摩擦带负电。棉布与玻璃棒摩擦后所带的电量大于它与尼龙摩擦所带电量。3.2感应产生静电静电产生的另一个重要来源是感应生电。当一个导体靠近带电体时，会受到该带电体形成的静电场的作用，在靠近带电体的导体表面感应出异种电荷。尽管这时导体所带静电荷量仍为零，但出现了局部带电区域。显然，非导体不能通过感应产生静电。3.3影响静电产生和大小的因素静电的产生及其大小与环境湿度和空气中的离子浓度有密切的关系，在高湿度环境中由于物体表面吸附有一定

19、数量杂质离子的水分子，形成弱导电的湿气薄层，提高了绝缘体的表面电导率，可将静电荷散逸到整个材料的表面，从而是静电电势降低。所以在相对湿度高的场合，如海洋性气候地区或潮湿的梅雨季节，静电势低。在相对湿度低的场合，如大陆性气候地区或干燥的冬季，静点势就高。与普通场合相比，在空气纯净的场所（如无尘车间）内，因空气中的离子浓度低，所以静电更加容易产生。表2是电子生产中产生的静电势的典型值。从中可以看到，同样的动作在不同的湿度下，产生的静电电压可以相差一个数量级以上。表2 电子生产中产生的静电势的典型值（单位：V）事件相对湿度10%40%50%走过乙烯地毯1200050003000在工作椅子上操作人员的

20、移动6000800400将DIP封装的器件从塑料管中取出2000700400将印刷电路板装进泡沫包装盒中21000110005500静电的来源在电子制造业中，静电的来源是多方面的，如人体、塑料制品、有关的一起设备以及电子元器件本身。4.1人体静电人体是最重要的静电源，这主要有三个方面的原因。其一，人体接触面广，活动范围大，很容易与带有静电荷的物体接触或摩擦而带电，同时也有许多机会将人体自身所带的电荷转移到期间上或者通过器件放电。其二，人体与大地之间的电容低，约为50250pf，典型值为150pf，所以少量的人体静电荷即可导致很高的静点势。其三，人体的电阻比较低，相当于人体处于静电场中也容易感应

21、起电，而且人体某一部分带电即可造成全身带电。人体静电与人体所接触的环境及活动方式有关：如走路、抬脚、坐下等动作在手上产生的静电分别可以达到800V、3200V、3800V。人体静电与环境湿度有关，湿度越低则静电势越高，从表2中可以清楚的看到这一点人体静电与所穿衣服和鞋帽的材料有关，化纤和塑料制品较之棉制品更容易产生静电。工作服和内衣摩擦时产生的静电是人体静电的主要原因之一，表3中列出了质地不同的工作服和内衣摩擦时人体所带的静电势。表3 质地不同的工作服和内衣摩擦时人体的静电势（KV）内衣工作服棉纱毛丙烯聚酯尼龙维尼棉纯棉（100%）1.20.911.714.71.51.8维尼龙/棉（55%/4

22、5%）0.64.512.312.34.80.8聚酯/人造纤维（65%/35%）4.28.419.217.14.81.2聚酯/棉（65%/35%）14.115.312.37.514.713.8人体静电与个人体质有关，主要表现在人体等效电容与等效电阻上，人体电容越小，则因摩擦越容易带电，带电电压越高，人体电阻越小，则因感应带电越容易。由于人体电容的60%是脚底对地电容，而电容量正比于人体与地之间的接触面积，所以单脚站立的人体静电势远大于双脚站立的人体静电势。（c=q/u,q为人体所带的电荷数量，电容越小，电压u越高）人体静电与人的操作速度有关，操作速度越快，人体静电势越高。人体各部位所带的静电电荷

23、是不均匀的，一般认为手腕侧的静电势最高。4.2仪器和设备的静电仪器和设备也会由于摩擦或静电感应而带上静电，如传输带在传动过程中由于与转轴的接触和分离产生静电，或是接地不良的仪器金属外壳在电场中感应产生静电，仪器设备带电后，与元器件接触也会产生静电放电，并造成静电损伤。4.3器件本身的静电电子元器件的外壳（主要指陶瓷、玻璃和塑料封装管）与绝缘材料互相摩擦，也会产生静电，器件外壳带电后，会通过某一接地的管脚或外接引线释放静电，也会对器件造成静电损伤。4.4其它静电来源除上述三种静电来源外，在电子器件的制造、安装、传递、运输、试验、存储、测量和调试等过程中，会遇到各种各样的由绝缘材料制成的物品，如表

24、4所列，这些物品相互摩擦或与人体摩擦都会产生很高的静电势。表4 电子元器件操作环境的其它静电源物体材料工作桌、椅油漆或打腊的表面、有机玻璃纤维材料地板水泥地板、油漆或打腊的木地板、熟料地砖或地板革工作服化纤工作服、非导电工作鞋、清洁棉质工作服包装容器熟料包装袋、盒、箱、瓶、盘、泡沫塑料衬垫器皿、工具喷雾清洗器、热吹风、熟料或橡胶传导轨、熟料吸锡器、毛刷、未接地的烙铁静电放电失效元器件由静电放电引发的失效可以分为突发性失效和潜在性失效两种模式。突发性失效指元器件受到静电放电损伤后，突然完全丧失其规定的功能，主要表现为开路、短路或参数严重漂移；潜在性失效是指静电放电能量比较低，仅在元器件内部造成轻

25、微损伤，放电后器件电参数仍然合格或略有变化，但器件的抗过电能力已经明显削弱，或者使用寿命已明显缩短，再受到工作应力或经过一段时间工作后将进一步退化，直至造成彻底失效。在使用环境中出现的静电失效大多数是潜在性失效，椐统计，在由静电放电造成的使用失效中，潜在性失效约占90%，而突发性失效只占10%。潜在性失效比突发性失效具有更大的危险性，一方面是由于潜在失效难以检测、器件在制造和装配过程中受到潜在性静电损伤后会影响整机的使用寿命；另一方面，静电损伤具有积累性，即使一次静电放电未能使器件失效，多次静电损伤累积起来最终必然使之完全失效。静电放电的失效模式可分为过电压失效和过电流失效，过电压失效多发生于

26、MOS器件，包括MOS电容或钽电容的双极型电路和混合电路，过电流热失效则多发生与双极器件，包括输入用pn结二极管保护的MOS电路、肖特基二极管以及含有双极器件的混合电路。实际元器件发生哪种失效，取决于经典放电回路的绝缘程度，如果放电回路阻抗低，绝缘性差，元器件往往会因放电产生强电流脉冲导致高温损伤，这属于过电流损伤；如果放电回路阻抗较高，绝缘性好，则元器件会因接受了高电荷而产生高电压，导致强电场损伤，这属于过电压损伤。第二章制造过程的防静电损伤技术静电现象是客观存在的，防止静电对元器件损伤的途径只有两种：一方面，从元器件的设计和制造上进行抗静电设计和工艺优化；另一方面，就是采取经典防护措施，使

27、器件在制造、运输和使用过程中尽量避免静电带来的损伤。我们作为元件的使用方，只能采取后一种办法来防止或减少静电对元器件的损害。护的作用和意义为什么要在制造过程中采取防静电措施？1.1 多数的电子元器件是静电敏感器件多数未采取保护措施的元器件静电放电敏感度都很低，很多在几百伏以内，而且大部分单管不能增加保护电路，如二极管。一些电路采取了保护电路，但也只能达到20004000伏，而在实际使用环境中产生的静电电压可能达到上万伏。所以我们说，绝大多数元器件是静电敏感器件，需要在制造、运输和使用过程中采取防静电保护措施。1.2静电对电子行业造成的损失很大电子行业如微电子、光电子的制造和使用厂商因为静电造成

28、的损失和危害是相当严重的。根据美国的报道，他们的电子行业中，由于ES的影响，每年的损失达50亿美元；据日本统计，他们不合格的电子器件中有45%是由于静电而引起的；我国每年因静电危害造成的损失至少也有几千万。美国半导体可靠性新闻对1993年从制造商、测试方和使用现场得到的3400例失效案例进行的统计，从中可以看出，EOS/ESD造成的失效达到20%。1.3静电会对电子元器件造成潜在损伤潜在的损伤严重威胁器件的寿命和可靠性，并且不能通过检验等手段挑选出来，危害巨大。静电对电子产品的损害静电对电子产品的损害有多种形式，并具有自身的特点。2.1静电损害的形式静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电

29、位差，会产生放电电流。这三种特性能对电子元器件的三种影响：a.静电吸附灰尘、降低元器件的绝缘电阻（缩短寿命）；b.静电放电（ESD）破坏，造成电子元器件损伤；c.静电放电产生的电磁场幅度很大（达到几百伏/米），频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子产品造成干扰甚至损坏（电磁干扰）。这三种形式对元器件造成的损伤，既可能是永久性的，也可能是暂时性的；既可能是突发失效，也可能是潜在失效。其中ESD事件是造成元器件损伤最常见和最主要的原因。2.2静电损害的特点隐蔽性：人体不能直接感知静电除非发生静电放电，但是发生静电放电人体也不一能有电击的感觉，这是因为人体感知的静电放电电压为23KV，所以静电具有隐蔽

30、性；潜在性和累积性：有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降，但多次累积放电会给器件造成内伤而形成隐患，所以静电对器件的损伤具有潜在性；随机性：电子元件什么情况下会遭受静电破坏呢，从一个元件被生产出来后，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，其损坏也具有随机性的特点复杂性：静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。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分，使人误把静电损伤造成的失效当作其它失效。这在对静电放电损害未有充分认识之前，常常归因与早期失效或情况不明的失效，