ESD静电放电防护工程技术

1、靜電放電防護工程技術序 言 “靜電防電”(ELECTROSTATIC DISCHARGE.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。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一.何謂靜電放電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

2、。 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。 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

3、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 都要有靜電意識二.靜電損害的消除與避免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 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.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

4、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.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.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

5、.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

6、接觸到一般的塑膠或絲織品 三.如何建立抗靜電的工作站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.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

7、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. 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FRED MYKKANEN設計的,是 有一像手表帶的松緊腕帶,可分離的按扣連接.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

8、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 內層所組成四.生產現場靜電防護須知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

9、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;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

10、使用塑料制品;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.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

11、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;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;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

12、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.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;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

13、,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;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.4.管理與檢查: a.操作人員在工作區正常操作

14、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.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.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

15、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五.各種定義與靜電耐壓值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1-2.各種定義:

16、c.靜電防電保護區(ESD PROTECTED AREA): 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(TOPICAL INTESTATE): 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1-3.各種定義: f.主動零件(ACTIVE COMPONENT): 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(PASSIVE COMPONENT): 一系統的某些損耗的無功率零件 h.電場隔離(FIELD

17、 SHIELDING): 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/SQ1-4.各種定義: j.消耗(DISSIPATIVE): 表面電阻系數在105-109/SQ k.傳導(CONDUCTIVE): 表面電阻系數在0-105/SQ l.硬接地(HARD GROUND): 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(SOFT GROUND) 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.1-5.各種定義: n

18、.人造的材料和衣服(SYNTHETIC MATERIAL AND APPAREL): 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(TEIBOELECTRIC CHARGE): 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 1-6.各種定義: q.等位結合,分路(EQUIPOTENTIAL BONDING,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(BULK CONDUCTIVE MATERIAL): 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