王 勇

(西安鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司，西安 710048)

近年來，隨著元器件向集成化、模塊化方向發(fā)展，器件尺寸不斷的變小及內(nèi)部氧化膜變薄，很小的電壓就足以使器件被擊穿。目前電子產(chǎn)品制造過程涉及采購(gòu)、焊接、組裝、調(diào)試、包裝等多個(gè)環(huán)節(jié)，任何環(huán)節(jié)都可能發(fā)生靜電放電而造成對(duì)器件的損害，使產(chǎn)品在使用中可靠性降低。在產(chǎn)品質(zhì)量安全越來越被重視的今天，電子產(chǎn)品制造中的靜電防護(hù)工作質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量安全有著重要影響，并已成為電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中一項(xiàng)重要工作。

1 靜電及靜電損傷

1.1 靜電的產(chǎn)生

靜電是一種電能，它存留于物體表面，是正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果，它是通過電子或離子轉(zhuǎn)換而形成。靜電的產(chǎn)生主要有3個(gè)來源。

1）摩擦：任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電，而產(chǎn)生靜電的最普通方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易通過摩擦產(chǎn)生靜電。

2）感應(yīng)：針對(duì)導(dǎo)電材料而言，因電子能在它的表面自由流動(dòng)，如將其置于一電場(chǎng)中，導(dǎo)體在靜電場(chǎng)的作用下，自由電子進(jìn)行重新分布，由于同性相斥，異性相吸，電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生靜電。

3）傳導(dǎo)：針對(duì)導(dǎo)電材料而言，因電子能在它的表面自由流動(dòng)，如與帶電物體接觸，將發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生靜電。

1.2 靜電放電

靜電電荷在摩擦、感應(yīng)、傳導(dǎo)情況下不斷產(chǎn)生、累積起來，直到產(chǎn)生電荷的作用被停止、泄放或達(dá)到足夠的強(qiáng)度可以擊穿周圍物質(zhì)為止。當(dāng)電介質(zhì)被擊穿后，靜電電荷會(huì)很快達(dá)到平衡，這種電荷的快速中和就稱為靜電放電。由于在很小電阻上快速泄放電壓，泄放電流會(huì)很大，這么大的電流將對(duì)設(shè)計(jì)為僅導(dǎo)通微安或毫安級(jí)電流的電路造成嚴(yán)重?fù)p害。

1.3 元器件靜電損傷的兩種表現(xiàn)形式

根據(jù)元器件對(duì)靜電的敏感度不一樣，主要分為3個(gè)級(jí)別，靜電敏感電壓介于0～1 999 V為1級(jí)；靜電敏感電壓介于2 000～3 999 V為2級(jí)；靜電敏感電壓介于4 000～15 999 V為3級(jí)，敏感電壓在16 000 V以上屬于非敏感元器件。靜電敏感元器件被靜電損傷后主要表現(xiàn)為兩種形式，硬擊穿和軟擊穿，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有90%為軟擊穿，10%左右被完全破壞。靜電敏感元器件發(fā)生硬擊穿后，往往會(huì)產(chǎn)生某種故障，在生產(chǎn)過程中可以馬上檢驗(yàn)出來，不留隱患。而被軟擊穿的元器件，通常在事故發(fā)生后數(shù)月，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間后工作性能發(fā)生變化，這種變化可以導(dǎo)致間接性故障，通常引發(fā)參數(shù)暫時(shí)性的漂移、不穩(wěn)定或是帶負(fù)載能力變差，在產(chǎn)品使用中存在安全隱患。

2 電子制造過程中的靜電源

電子產(chǎn)品制造中的靜電源包括：人體與工作服摩擦產(chǎn)生的靜電；工作鞋與地面摩擦產(chǎn)生的靜電；元器件的樹脂、漆膜、塑料膜封裝材料表面與包裝材料的摩擦靜電；用聚丙烯PP、聚氯乙烯PE、聚胺脂PVR等高分子材料制造的各種包裝、料盒、周轉(zhuǎn)箱和PCB板架等因摩擦或沖擊產(chǎn)生的靜電；普通工作臺(tái)面及工作椅面摩擦靜電；電子生產(chǎn)設(shè)備和工具等設(shè)備內(nèi)的高壓變壓器及交直流電路在設(shè)備上感應(yīng)靜電；烘箱內(nèi)熱空氣循環(huán)流動(dòng)與箱體的摩擦靜電。

3 靜電防護(hù)工作的重要性

1)多數(shù)電子元器件是靜電敏感性器件，通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)并不能完全對(duì)器件進(jìn)行靜電防護(hù)；2)電子產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)多，靜電產(chǎn)生隨機(jī)性強(qiáng)；3)因靜電原因造成的損失巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子行業(yè)每年因靜電損傷造成的損失達(dá)百億美元；4)客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量安全要求越來越高。

4 電子產(chǎn)品制造中靜電防護(hù)工作要點(diǎn)

靜電防護(hù)工作的基本原則：減少靜電積累；將產(chǎn)生的靜電及時(shí)泄放；確認(rèn)并有效監(jiān)測(cè)防靜電措施[1]。具體來說靜電防護(hù)工作應(yīng)從技術(shù)措施和日常管理兩個(gè)方面考慮，并圍繞以下幾個(gè)方面開展工作，通過實(shí)踐，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，逐步提升工作效果。

4.1 防靜電工作區(qū)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量要達(dá)標(biāo)

防靜電工作區(qū)（EPA）是指配備各種防靜電設(shè)備和器材，能限制靜電電位，具有明確的區(qū)域界限和專門標(biāo)記的適于從事靜電防護(hù)操作的工作場(chǎng)地，以廠房為例，EPA設(shè)計(jì)內(nèi)容包括地面、墻面、吊頂、門窗防靜電方案設(shè)計(jì)，EPA接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，EPA溫濕度控制方案設(shè)計(jì)，靜電防護(hù)用品的配備與選擇，設(shè)計(jì)方案內(nèi)容應(yīng)符合國(guó)家、行業(yè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求[2]，并且經(jīng)過專家評(píng)審；同時(shí)，EPA施工質(zhì)量直接影響使用中的有效性，應(yīng)從施工、監(jiān)理單位的選擇，施工材料及施工工藝的確認(rèn)，施工過程中的質(zhì)量監(jiān)控，到最終驗(yàn)收，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，保證EPA的施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2 工作區(qū)環(huán)境濕度控制要合適

降低靜電的一個(gè)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)有效措施是把環(huán)境濕度控制在40%或更高，當(dāng)空氣中濕度相對(duì)高時(shí)，大多數(shù)塑料表面因吸附著一層薄的導(dǎo)電水層，使表面電導(dǎo)率有所增加，這不僅有助于防止靜電產(chǎn)生，還有助于耗散靜電荷。而環(huán)境濕度較低時(shí)更易產(chǎn)生靜電，有資料表明，在相對(duì)濕度低于30%以下，一些原可以作為靜電防護(hù)的材料，如純棉制品同樣可以產(chǎn)生靜電，降低了靜電防護(hù)的有效性。環(huán)境濕度控制不宜過高，應(yīng)兼顧濕敏元器件的管理要求和人體的感受，環(huán)境相對(duì)濕度保持40%～70%比較合適。

4.3 在工藝方案設(shè)計(jì)中同時(shí)考慮靜電防護(hù)方案

在進(jìn)行產(chǎn)品工藝方案設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)考慮靜電防護(hù)方案的設(shè)計(jì)并納入工藝方案評(píng)審。靜電防護(hù)方案應(yīng)充分考慮產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)過程中的靜電防護(hù)措施是否足夠，是否需要提高防護(hù)等級(jí)；靜電防護(hù)用品與包裝材料的選擇是否合適，是否需要對(duì)其進(jìn)行必要的檢測(cè)與確認(rèn)；對(duì)工藝裝備設(shè)計(jì)或選型時(shí)，考慮是否采用防靜電材質(zhì)或經(jīng)過靜電防護(hù)處理的材料，對(duì)使用非防靜電材料(表面或體積電阻>1012Ω)的是否采用離子靜電消除器提供靜電中和消除產(chǎn)生的靜電或采用靜電屏蔽措施保護(hù)敏感器件；在工藝文件中明確靜電防護(hù)工作具體要求及注意事項(xiàng)。

4.4 做好靜電防護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作

在電子產(chǎn)品制造過程中，靜電防護(hù)措施是否在一段時(shí)間后還能保持良好的靜電防護(hù)作用，需要定期對(duì)靜電防護(hù)設(shè)施進(jìn)行檢查和測(cè)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)靜電防護(hù)失效的環(huán)節(jié)并恢復(fù)其作用。

1）配備必要的靜電測(cè)量工具。常見的如地電阻測(cè)量?jī)x、兆歐表、手腕帶測(cè)量?jī)x、表面電阻測(cè)量?jī)x、靜電測(cè)量?jī)x等測(cè)量?jī)x器。

2）編制詳細(xì)的靜電測(cè)量文件，明確測(cè)量方法、周期及指標(biāo)，測(cè)試人員須經(jīng)過培訓(xùn)和學(xué)習(xí)并且掌握正確的測(cè)量方法，嚴(yán)格按照文件規(guī)定進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并作為后續(xù)改進(jìn)的依據(jù)。

3）對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、測(cè)量?jī)x器、工具工裝進(jìn)行定期檢查與測(cè)量，以保證它們不產(chǎn)生破壞性的電能。同時(shí)，對(duì)設(shè)備、測(cè)量?jī)x器、工具工裝做好日常保養(yǎng)工作，防止因長(zhǎng)期使用導(dǎo)致其性能下降而引起靜電損害。

4）定期檢查各種接地方式是否連接正確及接地部位是否氧化，狀態(tài)是否良好，包括廠房、生產(chǎn)線、設(shè)備、工具、貨架等有接地要求的設(shè)施。

5）定期檢測(cè)靜電防護(hù)品的有效性，如防靜電服、帽、鞋、手套及腕帶，靜電工作臺(tái)面、椅面，防靜電地面、地板和地墊，防靜電周轉(zhuǎn)器具（車、架、盤），防靜電包裝材料、離子風(fēng)機(jī)等物品的有效性，并做好日常保養(yǎng)維護(hù)工作[3]。

6）嚴(yán)格靜電測(cè)量?jī)x器的管理。靜電測(cè)量?jī)x器由專人保管及使用，定期到鑒定部門進(jìn)行鑒定，建立測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)檔案記錄，超出鑒定有效期應(yīng)及時(shí)送檢，無校準(zhǔn)合格標(biāo)識(shí)的不能使用。

7）跟蹤目前靜電防護(hù)產(chǎn)品發(fā)展，引進(jìn)先進(jìn)的靜電監(jiān)測(cè)、保護(hù)設(shè)備，完善與加強(qiáng)現(xiàn)有的靜電防護(hù)系統(tǒng)。

4.5 制定詳細(xì)的工作規(guī)范及操作要求，做好培訓(xùn)工作

電子產(chǎn)品制造過程環(huán)節(jié)多，靜電產(chǎn)生隨機(jī)性強(qiáng)，通過編制具體的操作規(guī)范，以確保每一個(gè)操作過程能夠按照正確的方法操作，從而有效實(shí)施靜電防護(hù)工作，編制如靜電敏感器件儲(chǔ)存與運(yùn)輸管理規(guī)范、靜電防護(hù)區(qū)管理規(guī)范等基礎(chǔ)性規(guī)范及各種作業(yè)指導(dǎo)書，明確對(duì)靜電防護(hù)的具體要求，將靜電防護(hù)工作規(guī)范化、文件化、標(biāo)準(zhǔn)化，所有的生產(chǎn)環(huán)節(jié)與過程的防靜電操作都應(yīng)有文件支持。做好培訓(xùn)工作，要對(duì)每一名員工分層次，分階段，采用內(nèi)外培訓(xùn)相結(jié)合方式講授包括靜電原理、靜電防護(hù)操作規(guī)范及靜電管理制度等方面的內(nèi)容。做好操作技能訓(xùn)練，如調(diào)測(cè)、返修、手工焊接等過程中的靜電操作，只有正確操作，才能有效減少生產(chǎn)過程中的靜電損傷事件。應(yīng)定期對(duì)相關(guān)人員日常靜電防護(hù)工作的執(zhí)行效果進(jìn)行檢查，找出執(zhí)行中的問題，作為下一次培訓(xùn)改進(jìn)的輸入，通過培訓(xùn)與訓(xùn)練促使員工養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣與職業(yè)素養(yǎng)。

4.6 嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)管理做好“5S”工作

做好工作現(xiàn)場(chǎng)的“5S”管理，定期檢查在防護(hù)區(qū)內(nèi)或附近是否存放普通塑料、絕緣膠帶、紙盒等非防靜電物料；在防護(hù)區(qū)內(nèi)是否將各種靜電防護(hù)用品定點(diǎn)放置，是否將非靜電物品遠(yuǎn)離靜電工作區(qū)定點(diǎn)放置；保證作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)清潔整齊，保持各種靜電防護(hù)用品、工具、設(shè)備等內(nèi)外清潔；嚴(yán)肅生產(chǎn)紀(jì)律，保證生產(chǎn)人員各司其職，無閑雜人員存在；對(duì)于不可避免的外來人員，先要宣傳靜電防護(hù)制度及注意事項(xiàng)，在專人陪同下沿參觀通道進(jìn)入指定區(qū)域工作，避免其對(duì)生產(chǎn)的污染及干擾。

4.7 聘請(qǐng)權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜電防護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)與評(píng)估

目前，許多有資質(zhì)的專業(yè)評(píng)估機(jī)構(gòu)能夠?qū)﹄娮赢a(chǎn)品制造現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全方位靜電防護(hù)評(píng)估，幫助客戶發(fā)現(xiàn)漏洞，并給出針對(duì)性的建議。在日益嚴(yán)峻的成本與質(zhì)量壓力下，借助專業(yè)機(jī)構(gòu)先進(jìn)的技術(shù)與成熟的管理經(jīng)驗(yàn)，幫助企業(yè)改進(jìn)與完善靜電防護(hù)工作，既有益于企業(yè)取得較高的成品一次通過率，又能使產(chǎn)品獲得高質(zhì)量高可靠性，贏得市場(chǎng)聲譽(yù)。

4.8 重視對(duì)電子產(chǎn)品靜電失效原因的分析，建立靜電失效案例數(shù)據(jù)庫(kù)

雖然大多數(shù)靜電損傷不易被傳統(tǒng)顯微鏡發(fā)現(xiàn)，通常需要掃描式顯微鏡進(jìn)行分析確認(rèn)，比較費(fèi)時(shí)、費(fèi)事和費(fèi)錢，但是通過對(duì)產(chǎn)品靜電失效原因分析，建立靜電失效案例數(shù)據(jù)庫(kù)，掌握電子產(chǎn)品的靜電失效的原因、規(guī)律，可以為在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程中改進(jìn)靜電防護(hù)手段與措施提供依據(jù)，也可以為分析質(zhì)量事故提供參考，數(shù)據(jù)庫(kù)中的案例還可以作為靜電防護(hù)培訓(xùn)的資料素材使用。雖然目前一般電子制造企業(yè)還難以建立失效分析實(shí)驗(yàn)室，但是可以聯(lián)合科研院所、大學(xué)、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室等方式進(jìn)行合作研究，成果共享，不斷提高企業(yè)靜電防護(hù)工作的效能。

5 結(jié)束語

在電子產(chǎn)品制造過程中，靜電敏感性元器件會(huì)受到許多不同來源有害電能的損害，這些有害的電能多數(shù)是靜電電壓的結(jié)果，雖然制造過程中靜電無法完全消除，但是可以通過科學(xué)的方法，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾?，有效地降低靜電損傷的發(fā)生。此外，靜電防護(hù)工作是涉及技術(shù)、管理、培訓(xùn)等多個(gè)方面，只重視其中一方面是不夠的，需要各個(gè)部門和各級(jí)管理層協(xié)作起來，形成有機(jī)整體，保證防靜電的各種措施落實(shí)到位，做到防患于未然，才能取得較好的靜電防護(hù)工作效果。

[1] 孫延林．電子工業(yè)靜電防護(hù)指南[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2] GJB 3007A-2009 防靜電工作區(qū)技術(shù)要求[S].

[3] SJ/T 10694-2006 電子產(chǎn)品制造與應(yīng)用系統(tǒng)防靜電檢測(cè)通用規(guī)范[S].