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(guò)程靜電防護(hù)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(lái)越高，在電子原件的生產(chǎn)、集成過(guò)程中，面臨靜電的威脅也日益嚴(yán)峻，為了有效的避免靜電對(duì)電子原件的損傷或損壞，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命，提高成活率，靜電的有效防護(hù)是關(guān)鍵所在。通過(guò)對(duì)靜電產(chǎn)生的原理、放電模型、靜電防護(hù)原則、靜電的危害以及防護(hù)措施進(jìn)行一一介紹，分析了電子裝配過(guò)程防靜電應(yīng)采取的相關(guān)措施，以及后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中靜電防護(hù)區(qū)域的管理維護(hù)和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：ESD；EPA；防護(hù)；防靜電

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.02.005

1　靜電產(chǎn)生的機(jī)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(dòng)過(guò)程中，材料之間的接觸、分離或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(gè)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(huì)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(gè)不同的物體帶上電荷，進(jìn)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(guò)程是一個(gè)隨機(jī)過(guò)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(dá)方式，但根據(jù)不同場(chǎng)合靜電放電的主要特點(diǎn)，可以大致概括為四種靜電放電模型，即人體模型（HBM）、機(jī)器模型（MM）、原件充電模型（CDM）、電場(chǎng)感應(yīng)模型（FIM）。

1.3靜電防護(hù)的基本原則

ESD防護(hù)設(shè)計(jì)可分為單板防護(hù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)防護(hù)設(shè)計(jì)、加工環(huán)境設(shè)計(jì)和應(yīng)用環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)。靜電防護(hù)的措施有多種，但靜電防護(hù)的最基本原則是抑制靜電荷的產(chǎn)生和集聚，在短時(shí)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(shí)，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(guò)程中盡量避免靜電荷的產(chǎn)生，從工藝過(guò)程中的器具安裝、選材、操作和管理流程全過(guò)程采取防護(hù)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(chǎng)內(nèi)屏蔽和場(chǎng)外屏蔽；復(fù)合中和法一般通過(guò)靜電消除器所釋放的異性離子來(lái)中和帶電體的電荷，進(jìn)而降低靜電危害。

1.4靜電危害的特點(diǎn)

在電子工業(yè)領(lǐng)域，全球每年因?yàn)殪o電造成的損失高達(dá)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(jī)性和復(fù)雜性4個(gè)特點(diǎn)，靜電對(duì)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(gè)方面，往往比較重視電子器件的組裝實(shí)驗(yàn)過(guò)程的靜電防護(hù)，忽視了器件在拆卸、維修過(guò)程中的防護(hù)，這很容易對(duì)器件造成二次傷害。靜電的防護(hù)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(guò)程中靜電的危害可以概括為以下五個(gè)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(cè)、傳遞、運(yùn)輸幾個(gè)環(huán)節(jié)；第二階段：?jiǎn)伟逯圃?，靜電危害部位主要包括元器件檢測(cè)、驗(yàn)收、分發(fā)、插裝、焊接、清洗、檢測(cè)、傳遞、包裝、運(yùn)輸幾個(gè)環(huán)節(jié)；第三階段：?jiǎn)伟逭{(diào)試，靜電危害部位主要包括測(cè)試、焊接、插裝、傳遞、包裝、運(yùn)輸幾個(gè)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(cè)試、焊接、插裝、傳遞、包裝、運(yùn)輸幾個(gè)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(yàn)收、包裝、運(yùn)輸、通電使用等幾個(gè)環(huán)節(jié)。

2　靜電的防護(hù)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(xiàng)高度綜合的系統(tǒng)工程，可以概括為三個(gè)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(hù)工作主要體現(xiàn)在對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)幾個(gè)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(diǎn)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(tái)或者操作臺(tái)使用ESD地板或ESD桌墊。同時(shí)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(yùn)輸過(guò)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(hù)

靜電防護(hù)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(hù)裝備，對(duì)工作人員進(jìn)行定期的ESD培訓(xùn)，增強(qiáng)工作人員防靜電意識(shí)，必要時(shí)進(jìn)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(guò)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(jì)階段針對(duì)產(chǎn)品的電磁兼容性和靜電防護(hù)，進(jìn)行有效的靜電屏蔽設(shè)計(jì)，將敏感器件或部件進(jìn)行通過(guò)金屬外殼進(jìn)行屏蔽。

2.3對(duì)EPA區(qū)域環(huán)境的管控

對(duì)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(hù)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(shí)間縮短，相應(yīng)起點(diǎn)成都降低。當(dāng)相對(duì)濕度<30%時(shí)，靜電產(chǎn)生顯著，當(dāng)相對(duì)濕度>65%時(shí)，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(yùn)行成本而且過(guò)程產(chǎn)生靜電，在使用中有它本身的局限性，應(yīng)用時(shí)針對(duì)不同領(lǐng)域采取不同的方式。同時(shí)，對(duì)EPA區(qū)域的粉塵應(yīng)加以控制，以提高靜電防護(hù)水平。

3　靜電防護(hù)案例簡(jiǎn)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(duì)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(zhǎng)，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(jìn)入該區(qū)域的人員首先通過(guò)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(hù)管理措施

靜電防護(hù)區(qū)域（EPA）必須有嚴(yán)格的管理制度，同時(shí)在進(jìn)入靜電防護(hù)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(hù)標(biāo)記和標(biāo)識(shí)，對(duì)進(jìn)入該區(qū)域的工作人員必須進(jìn)行ESD專項(xiàng)培訓(xùn)，進(jìn)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(guò)相關(guān)靜電測(cè)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(yán)禁穿出工作區(qū)域，并按要求定時(shí)清洗。同時(shí)對(duì)進(jìn)入EPA區(qū)域的物品也要嚴(yán)格把關(guān)，比如塑料、紙質(zhì)物品等不得帶進(jìn)該區(qū)域

靜電防護(hù)區(qū)域的工作人員，每日在操作前必須對(duì)工位的接地線、離子風(fēng)機(jī)、工作臺(tái)面、腳環(huán)或者手環(huán)等進(jìn)行常規(guī)檢查以確保防靜電效果良好，靜電防護(hù)管理人員必須定期對(duì)接地設(shè)施、防靜電服及鞋、腕帶、EPA區(qū)域的地/臺(tái)面等進(jìn)行靜電防護(hù)測(cè)試，確保其在靜電防護(hù)過(guò)程中可靠、有效。同時(shí)建立一套嚴(yán)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(hù)，引導(dǎo)員工養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)，積極主動(dòng)的參與到靜電防護(hù)工作中來(lái)。

3.2靜電防護(hù)維護(hù)注意事項(xiàng)

首先，靜電防護(hù)區(qū)域工作臺(tái)是該區(qū)域的核心部位，它可以消除臺(tái)面及腕帶的靜電，如果安裝一臺(tái)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(yán)格控制進(jìn)入該區(qū)域的人員身份，沒(méi)有經(jīng)過(guò)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(jìn)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(qiáng)對(duì)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(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行，才能為有效的靜電防護(hù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4　結(jié)束語(yǔ)

電子產(chǎn)品從設(shè)計(jì)之初到最終形成產(chǎn)品，每一個(gè)步驟都需要恰當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)措施，只有行之有效的防護(hù)措施，才能克服靜電對(duì)產(chǎn)品的危害，提高產(chǎn)品成活率、延長(zhǎng)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(shuō)明靜電危害的緊迫性和靜電防護(hù)的必要性。但是靜電防護(hù)又是一項(xiàng)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(hù)設(shè)備、嚴(yán)格的防靜電管理制度等每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須足夠重視，多管齊下，靜電防護(hù)工作才能落到實(shí)處，產(chǎn)品質(zhì)量才能得到保障。

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作者簡(jiǎn)介：孫育剛（1982-），男，漢族，陜西咸陽(yáng)人，碩士，工程師，主要從事項(xiàng)目管理工作。

收稿日期：2016-1-5

中圖分類號(hào)：TN03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A