孫育剛

（中航工業(yè)自控所，陜西　西安　710065）

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電子裝配過程靜電防護及EPA管理分析

孫育剛

（中航工業(yè)自控所，陜西西安710065）

摘要：伴隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品集成度越來越高，在電子原件的生產(chǎn)、集成過程中，面臨靜電的威脅也日益嚴峻，為了有效的避免靜電對電子原件的損傷或損壞，延長產(chǎn)品使用壽命，提高成活率，靜電的有效防護是關(guān)鍵所在。通過對靜電產(chǎn)生的原理、放電模型、靜電防護原則、靜電的危害以及防護措施進行一一介紹，分析了電子裝配過程防靜電應(yīng)采取的相關(guān)措施，以及后續(xù)生產(chǎn)過程中靜電防護區(qū)域的管理維護和注意事項。

關(guān)鍵詞：ESD；EPA；防護；防靜電

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.02.005

1　靜電產(chǎn)生的機理

1.1靜電產(chǎn)生的原理

通常在工作人員操作或者生產(chǎn)活動過程中，材料之間的接觸、分離或者相對運動都可以導(dǎo)致電荷的產(chǎn)生和積累。靜電的產(chǎn)生可以從宏觀和微觀兩個角度去描述，宏觀上，物體的接觸分離、摩擦、電磁感應(yīng)等行為都會產(chǎn)生靜電，微觀上講，核外電子的轉(zhuǎn)移，形成電子的不均勻分布，使得兩個不同的物體帶上電荷，進而產(chǎn)生靜電。靜電大致可以分為以下幾種：（1）粉塵靜電；（2）固體靜電；（3）蒸汽和氣體靜電；（4）人體靜電；（5）液體靜電。

1.2靜電的放電模型

靜電釋放的過程是一個隨機過程，放電結(jié)果也往往受到各種條件的制約，結(jié)果不盡相同，為了定量表征ESD（Electrostatic Discharge，靜電放電）特性，一般將ESD轉(zhuǎn)化成模型表達方式，但根據(jù)不同場合靜電放電的主要特點，可以大致概括為四種靜電放電模型，即人體模型（HBM）、機器模型（MM）、原件充電模型（CDM）、電場感應(yīng)模型（FIM）。

1.3靜電防護的基本原則

ESD防護設(shè)計可分為單板防護設(shè)計、系統(tǒng)防護設(shè)計、加工環(huán)境設(shè)計和應(yīng)用環(huán)境防護設(shè)計。靜電防護的措施有多種，但靜電防護的最基本原則是抑制靜電荷的產(chǎn)生和集聚，在短時間內(nèi)能夠快速、安全、完全的消除已經(jīng)產(chǎn)生的靜電荷。通常情況下，當(dāng)靜電荷集聚不可避免時，可以采取工藝控制法、靜電屏蔽法和復(fù)合中和法等三種方法將靜電產(chǎn)生的危害控制在允許的范圍內(nèi)。工藝控制法的基本原則就是在生產(chǎn)過程中盡量避免靜電荷的產(chǎn)生，從工藝過程中的器具安裝、選材、操作和管理流程全過程采取防護措施減少靜電危害；靜電屏蔽法即采取接地的屏蔽罩將敏感物體和其他物體分隔開，根據(jù)隔離的形式又分為場內(nèi)屏蔽和場外屏蔽；復(fù)合中和法一般通過靜電消除器所釋放的異性離子來中和帶電體的電荷，進而降低靜電危害。

1.4靜電危害的特點

在電子工業(yè)領(lǐng)域，全球每年因為靜電造成的損失高達近百億美元，必須引起足夠的重視，靜電的危害呈現(xiàn)出潛在性、隱蔽性、隨機性和復(fù)雜性4個特點，靜電對電子產(chǎn)品的破壞主要集中在使用壽命縮短、直接損壞、潛在的損壞和電磁干擾4個方面，往往比較重視電子器件的組裝實驗過程的靜電防護，忽視了器件在拆卸、維修過程中的防護，這很容易對器件造成二次傷害。靜電的防護貫穿于電子產(chǎn)品的全壽命周期中。表1是部分半導(dǎo)體器件的靜電破壞閥電壓值。

表1　部分半導(dǎo)體器件的靜電破壞電壓

電子裝配生產(chǎn)過程中靜電的危害可以概括為以下五個階段，第一階段：元器件制造，靜電危害部位主要包括切斷、接線、檢測、傳遞、運輸幾個環(huán)節(jié)；第二階段：單板制造，靜電危害部位主要包括元器件檢測、驗收、分發(fā)、插裝、焊接、清洗、檢測、傳遞、包裝、運輸幾個環(huán)節(jié)；第三階段：單板調(diào)試，靜電危害部位主要包括測試、焊接、插裝、傳遞、包裝、運輸幾個環(huán)節(jié)；第四階段：整體調(diào)試，靜電危害部位主要包括安裝、測試、焊接、插裝、傳遞、包裝、運輸幾個環(huán)節(jié)；第五階段：產(chǎn)品交付，靜電危害部位主要包括產(chǎn)品的驗收、包裝、運輸、通電使用等幾個環(huán)節(jié)。

2　靜電的防護措施及具體做法

靜電的產(chǎn)生、釋放都具有不確定性，相應(yīng)靜電的防治是一項高度綜合的系統(tǒng)工程，可以概括為三個基本要素，即防止靜電荷的聚集、建立安全的泄放通道、防靜電措施有效性的控制。靜電的防護工作主要體現(xiàn)在對人、機、料、法、環(huán)幾個環(huán)節(jié)的管控。

2.1材料和工藝的控制

材料根據(jù)不同的電阻率可以分為三種，即：表面電阻率<105 Ω/m2的材料稱為導(dǎo)電體；表面電阻率<105-1012Ω/m2的材料稱為防靜電材料；表面電阻率>1012Ω/m2的材料稱為絕緣材料。在控制ESD材料選擇方面，重點關(guān)注靜電絕緣材料的使用，盡量少用或者不用絕緣材料，地坪、工作臺或者操作臺使用ESD地板或ESD桌墊。同時建立規(guī)范的工藝流程，制定ESD操作規(guī)范，在產(chǎn)品周轉(zhuǎn)、運輸過程中采取防靜電措施，采用防靜電電烙鐵、鑷子等防靜電工具等。

2.2人員和設(shè)備的防護

靜電防護區(qū)的工作人員必須配備防靜電腕帶、ESD鞋、ESD桌椅、防靜電服等防護裝備，對工作人員進行定期的ESD培訓(xùn)，增強工作人員防靜電意識，必要時進行考核；為了有效提高產(chǎn)品的防靜電能力，設(shè)備可以通過接地釋放靜電電流，或者采取靜電屏蔽法，隔離電磁干擾。即在設(shè)計階段針對產(chǎn)品的電磁兼容性和靜電防護，進行有效的靜電屏蔽設(shè)計，將敏感器件或部件進行通過金屬外殼進行屏蔽。

2.3對EPA區(qū)域環(huán)境的管控

對EPA（Electrostatic Discharge Protected Area，防靜電工作區(qū)）溫濕度及潔凈度的管控是靜電防護的重要工作內(nèi)容。材料表面電阻的大小很大程度上取決于環(huán)境濕度，通常情況下，濕度與表面電阻成反比，提高濕度，材料表面電阻率下降，電荷泄放時間縮短，相應(yīng)起點成都降低。當(dāng)相對濕度<30%時，靜電產(chǎn)生顯著，當(dāng)相對濕度>65%時，材料上積聚的電荷幾乎可以完全泄放。在控制溫濕度方面通常采用恒溫恒濕調(diào)節(jié)器或者高濕度空氣靜電消除器，需要注意的是，高濕度環(huán)境本身增加運行成本而且過程產(chǎn)生靜電，在使用中有它本身的局限性，應(yīng)用時針對不同領(lǐng)域采取不同的方式。同時，對EPA區(qū)域的粉塵應(yīng)加以控制，以提高靜電防護水平。

3　靜電防護案例簡介

本電子裝配區(qū)域單塊防靜電面積為千余平米，提供穩(wěn)定可靠接地，且接地電阻＜1Ω，接地效果良好。針對防靜電地面的材料，我們采用環(huán)氧防靜電自流平地面，該地面防靜電壽命周期長，且不受溫濕度的影響，可靠性高，接地可靠；在主要入口處設(shè)有靜電釋放球，進入該區(qū)域的人員首先通過靜電釋放球消除自身攜帶的靜電荷。地坪、人員、操作設(shè)備接地安全可靠。

3.1靜電防護管理措施

靜電防護區(qū)域（EPA）必須有嚴格的管理制度，同時在進入靜電防護區(qū)域應(yīng)張貼EPA警告標(biāo)示，經(jīng)典敏感原件、靜電敏感工作區(qū)、靜電敏感包裝都應(yīng)有明顯的防護標(biāo)記和標(biāo)識，對進入該區(qū)域的工作人員必須進行ESD專項培訓(xùn)，進入該區(qū)域需按照要求穿好防靜電工作服和防靜電鞋，只有佩帶好腕帶或者腳帶并通過相關(guān)靜電測試才能接觸靜電敏感元件或者打開防靜電包裝。靜電服、鞋嚴禁穿出工作區(qū)域，并按要求定時清洗。同時對進入EPA區(qū)域的物品也要嚴格把關(guān)，比如塑料、紙質(zhì)物品等不得帶進該區(qū)域

靜電防護區(qū)域的工作人員，每日在操作前必須對工位的接地線、離子風(fēng)機、工作臺面、腳環(huán)或者手環(huán)等進行常規(guī)檢查以確保防靜電效果良好，靜電防護管理人員必須定期對接地設(shè)施、防靜電服及鞋、腕帶、EPA區(qū)域的地/臺面等進行靜電防護測試，確保其在靜電防護過程中可靠、有效。同時建立一套嚴格的ESD培訓(xùn)制度，讓員工從原理上、操作上明白靜電的產(chǎn)生及防護，引導(dǎo)員工養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)，積極主動的參與到靜電防護工作中來。

3.2靜電防護維護注意事項

首先，靜電防護區(qū)域工作臺是該區(qū)域的核心部位，它可以消除臺面及腕帶的靜電，如果安裝一臺適當(dāng)大小的離子發(fā)生器，則靜電控制效果更優(yōu)。其次，靜電的破壞在不經(jīng)意間，且不易發(fā)覺，必須嚴格控制進入該區(qū)域的人員身份，沒有經(jīng)過ESD培訓(xùn)的人員必須由專業(yè)人員帶入。最后要杜絕工作人員的私人物品進入該區(qū)域，特別是紙質(zhì)或者塑料物件，日常需要管理者加強對EPA區(qū)域工作人員的習(xí)慣培養(yǎng)和科學(xué)引導(dǎo)，定期的培訓(xùn)和考核也是必不可少的，只有硬件設(shè)施可靠有效，工作人員嚴格按照規(guī)定執(zhí)行，才能為有效的靜電防護打下堅實的基礎(chǔ)。

4　結(jié)束語

電子產(chǎn)品從設(shè)計之初到最終形成產(chǎn)品，每一個步驟都需要恰當(dāng)?shù)撵o電防護措施，只有行之有效的防護措施，才能克服靜電對產(chǎn)品的危害，提高產(chǎn)品成活率、延長使用壽命。然而，靜電又被形象的比喻為科學(xué)之鼠，處處吞噬科學(xué)成果，也充分說明靜電危害的緊迫性和靜電防護的必要性。但是靜電防護又是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，并非一朝一夕可以完成，可靠的硬件設(shè)施、齊全的靜電防護設(shè)備、嚴格的防靜電管理制度等每一個環(huán)節(jié)都必須足夠重視，多管齊下，靜電防護工作才能落到實處，產(chǎn)品質(zhì)量才能得到保障。

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作者簡介：孫育剛（1982-），男，漢族，陜西咸陽人，碩士，工程師，主要從事項目管理工作。

收稿日期：2016-1-5

中圖分類號：TN03

文獻標(biāo)識碼：A