SMT技术8-静电防护 管理

SMT--表面组装技术

机械工业出版社同名教材

何丽梅主编

2/5/20231SMT产品质量控制与管理

1.质量与质量控制的内涵

现代质量观认为质量是产品或系统满足使用要求特性的总和。其内涵包括：性能、可靠性、维修性、安全性、适应性等五个内在质量，以及时间性、经济性两个外延质量。为达到质量内涵的各种要求，需要在产品的制造过程中采用一定的方法、手段、操作技能，这种系统性、综合性的管理技术活动，就是质量控制技术。

质量控制(QC：QualityContr01)作为一门管理学科，已从统计质量控制(SQC：StatisticalQualityContr01)和全面质量控制(TQC：TotalQualityContr0l)发展到了全面质量管理(TQM)和质量功能配置(QFD)新阶段。不过，TQC和SQC还是质量控制采用的最普遍的两种方式。

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全面质量控制是一种对质量形成的全过程，即对包括市场调查、设计研制、采购、生产工艺准备、制造、检测、包装储运、销售支付、安装调试、售后服务、维修等质量循环中的各个环节进行全面控制管理的技术。它将质量控制工作延伸到制造过程结束后的外部时间空间，即包含线内控制又包含线外控制。其特点是体现出以“事先预防”为主的质量控制观。

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统计质量控制有三种基本方法: (1)用正交设计与参数设计方法提高设计质量的线外质量控制；

(2)控制图法，即记录质量参数的波动数据、设置控制界限，以发现并控制异常数据波动点；

(3)抽样检查，即在不同时间段随机抽取一定的比例进行统计分析处理。2/5/20234

2.质量保证体系

(1)体系结构的完善化。质量保证体系的结构应该完善，能覆盖质量保证标准要素的内容，机构合理，各要素有部门负责管理，例如：工艺、设备、检验(包括元器件、材料检验和产品质量检验)、外购、外协(设备、PCB等)、设计、包装等。

(2)体系运作的有效性。体系应能有效动作，并应制作相应的程序文件，经常进行评审以及时纠正问题，包括对员工的培训和考核。

(3)体系文件应完整，质量记录齐全，能反映实际工作情况。

(4)体系内部质量信息应能及时传递，以增强全体人员的质量意识。2/5/20235

生产管理

1.工序管理办法

(1)有一套正规的生产管理办法，如规定有首件检查、自检、互检及检验员巡检的制度，工序检验不合格不能转到下道工序，SMT生产首件产品中现场工艺运行流程如图11-2所示。

(2)有明确的质量控制点

SMT生产中的质控点有：锡膏印刷、贴片、炉温调控。

对质控点的要求如下：现场有质控点标识;有规范的质控点文件；控制数据记录正确、及时、清楚；对控制数据及时进行处理；定期评估PDCA(Plan‘计划’、Do‘执行’、Check‘检查’和Action‘处理’的缩写)循环和可追溯性。2/5/20236SMT生产首件产品中现场工艺运行流程

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2.工艺文件

主要工序都有工艺规程或作业指导书，工人严格按工艺文件操作，工艺文件处于受控状态，现场可以取得现行有效版本的工艺文件。

3.关键工序和特殊工序的控制分清关键工序和特殊工序，进行工艺参数的重点监控。在关键工序和特殊工序工作的工人要通过培训考核，对这些工序的设备、工具、量具等均应特别重视。2/5/20238

4.产品批次管理

成批生产的产品有批号、批量等标识可以追溯(如通过计划文件、工序卡、随工单等)。

5.不合格品的控制

有一套合格品控制办法，根据不同情况由不同的人和部门对不合格品进行隔离、标识、记录、评审和处置。

通常组件板返修过程中，其厚／薄膜PCB返工不应超过两次再循环，SMA的返修不应超过三次循环。2/5/20239

6.生产设备的维护和保养

由于SMT设备大部分均为进口，价格昂贵，无论是操作还是用后维护均有较高的要求，因此，要有一套设备管理办法，关键设备应由专职维护人员点检，使设备始终处于完好的状态。以贴片机为例，在实际操作中定人、定机，按日、月和班次采集原始数据，把贴片机每天、每班次的运行状态填入《贴片机运行状态一览表》，统计每天产量的完成情况和正确率，并将每班次、每台设备贴装率绘制成《贴片机运行状态监控图》，对每台设备的状态实施跟踪与监控，当某班次某台设备贴装正确率低于99.95%时就视为异常，需要找出异常的原因，然后立即进行处理。同时在每月初，各维修工对自己所负责的设备在上月运行过程中的状态进行总结、分析，并填写《一月设备运行状态总结表》，针对其存在的问题提出改进和预防措施，并及时加以维护和修理。2/5/202310

7.生产环境

生产现场有定置区域线，楼层(班组)有定置图，定置图绘制符合规范要求；定置合理，定置率高，标识应用正确；库房材料与在制品分类储存，所有物品堆放整齐、合理并定区、定架、定位，与位号、台账相符；凡停滞区内摆放的物品必须要有定置标识，不得混放。在清洁文明方面应做到：料架、运输车架、周转箱无积尘；管辖区的公共走道通畅无杂物，楼梯、地面光洁无垃圾，门窗清洁无尘；文明作业，无野蛮、无序操作行为；实行“日小扫”、“周大扫”制度。 对现场管理有制度、有检查、有考核、有记录；立体包干区(包括线体四部位、设备、地面)整洁无尘，无多余物品；能做到“一日一查”、“日查日清”。2/5/202311生产线的辅助环境

(1)动力因素。SMT设备所需动力通常为二部分：电能与压缩空气。其质量好坏不仅影响设备的正常运行,而且直接影响设备的使用寿命。 ①压缩空气。SMT生产线上,设备的动力是压缩空气，一台设备上少则几个气缸、电磁阀,多则二十几个气缸与电磁阀，压缩空气应用统一配备的气源管网引入生产线相应设备，空压机离厂房要有一定距离；气压通常为0.5～0.6Mpa，由墙外引入时应考虑到管路损耗量；压缩空气应除油、除水、除尘，含油量低于0.5×10-6。②采用三相五线制交流工频供电。所谓三相五线制交流工频供电是指除由电网接入U、V、W三相相线之外，电源的工作零线与保护地线要严格分开接入；在机器的变压器前要加装线路滤波器或交流稳压器,电源电压不稳及电源净化不好,机器会发生数据丢失及其它损坏。2/5/202312

(2)SMT车间正常环境。SMT生产设备是高精度的机电一体化设备,对于环境的要求相对较高,应放置于洁净厂房中(不低于《GB73-84洁净厂房设计规范》中的100000级)。温度：20℃～26℃(具有锡膏、贴片胶专用存放冰箱时可放宽)；相对湿度：40%～70%;噪声：≤70dB；洁净度：粒径≤5.0≥0.5(μm),含尘浓度≤3.5×105≥2.5×104(粒/m2)。 对墙上窗户应加窗帘,避免日光直接射到机器上,因为SMT生产设备基本上都配置有光电传感器,强烈的光线会使机器误动作。2/5/202313

(3)SMT现场还应有防静电系统，系统及防静电地线应符合国家标准。

(4)SMT机房要有严格的出入制度、严格的操作规程、严格的工艺纪律。如：凡非本岗位人员不得擅自入内，在学习期间人员,至少两人方可上机操作，未经培训人员严禁上机；所有设备不得带故障运行，发现故障及时停机并向技术负责人汇报,排除故障后方可开机；所有设备与另部件,未经允许不得随意拆卸,室内器材不得带出车间等。2/5/202314静电防护技术

1.静电的产生

除了摩擦会产生静电外，接触、高速运动／冲流、温度、压电、电解也会产生静电。

(1)接触摩擦起电。除了不同物质之间的接触摩擦会产生静电外，在相同物质之间也会发生，例如当把两块密切接触的塑料分开能产生高达l0kV以上的静电。

(2)剥离起电。当相互密切结合的物体剥离时，会引起电荷的分离，出现分离物体双方带电的现象，称为剥离起电。

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(3)断裂带电。材料因机械破裂使带电粒子分开，断裂两半后的材料各带上等量的异性电荷。

(4)高速运动中的物体带电。物体的高速运动，其物体表面会因与空气的摩擦而带电。最典型的案例是高速贴片机贴片过程中因元器件的快速运动而产生静电，其静电压约在600V左右。

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静电放电(ESD)对电子工业的危害

(1)静电吸附。在半导体和半导体器件制造过程广泛采用Si02及高分子物质的材料，由于它们的高绝缘性，在生产过程中易积聚很高的静电，并易吸附空气中的带电微粒导致半导体介面击穿、失效。为了防止危害，半导体和半导体器件的制造必须在洁净室内进行。同时洁净室的墙壁、天花板、地板和操作人员及一切工具、器具均应采取防静电措施。2/5/202317

(2)静电击穿和软击穿。静电放电对静电敏感器件的损害主要表现：硬击穿，造成整个器件的失效和损坏；软击穿，造成器件的局部损伤，降低了器件的技术性能，而留下不易被人们发现的隐患以致设备不能正常工作。静电导致器件失效的机理大致有下面两个原因：因静电电压而造成的损害，主要有介质击穿、表面击穿和气弧放电；因静电功率而造成的损害，主要有热二次击穿、体积击穿和金属喷镀熔融。

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现以MOS场效应晶体管(MOSFET)为例，MOS场效应管的铝栅覆盖在Si02膜上，并盖住整个沟道，由于硅氧化膜绝缘性能好，使器件的输入阻抗高达1012Ω以上，当铝栅上出现静电荷时，二氧化硅薄膜的高阻抗使其无从泄漏，于是就积聚在铝栅上。此时铝栅和Si02膜以及半导体沟三者相当于一个平板电容器，且二氧化硅的厚度仅有103Ǻ，其耐压值仅为80～100V，而场效应管输入电容值只有3pF，即使是微量的电荷也会使电压升高，当电压超过100V时，会导致Si02膜被击穿，致使栅沟相通，器件受损。

在生产中，人们又常把对静电反应敏感的电子器件称为静电敏感器件(StaticSensitiveDevice，SSD)。这类电子器件主要是指超大规模集成电路,特别是金属氧化膜半导体(MOS)器件。2/5/202319静电防护

1.静电防护原理 在电子产品生产过程中，对SSD进行静电防护的基本思想有两个：一是对可能产生静电的地方要防止静电的积聚，即采取一定的措施，减少高压静电放电带来的危害，使之边产生边“泄放”，以消除静电的积聚，并控制在一个安全范围之内；二是对已存在的静电荷积聚的静电源采取措施,使之迅速地消散掉，即时“泄放”。

因此，电子产品生产中的静电防护的核心是“静电消除”。当然这里的消除并非指“一点不存在”，而是控制在最小限度之内。2/5/202320

2.静电防护方法

(1)静电防护中所使用的材料。对于静电防护，原则上不使用金属导体，因导体漏放电流大，会造成器件的损坏，而是采用表面电阻l×l05Ω以下的所谓静电导体，以及表面电阻为1×105～l×l08Ω的静电亚导体。例如在橡胶中混入导电碳黑后，其表面电阻可控制在1×106Ω以下，即为常用的静电防护材料。2/5/202321

(2)泄漏与接地。对可能产生或已经产生静电的部位，应提供通道，使静电即时泄放，即通常所说的接地。通常防静电工程中，均需独立建立“地线”工程，并保证“地线”与大地之间的电阻小于10Ω。静电防护材料接地的方法是：将静电防护材料如防静电桌面台垫、地垫，通过1MΩ的电阻连接到通向地线的导体上，详情见SJ／T10630—1995电子元器件制造防静电技术要求。

IPC-A-6100标准中推荐的防静电工作台接地方法如图所示。

通过串接1MΩ电阻的接法是确保对地泄放电流小于5mA，通常又称软接地，而对设备外壳，静电屏蔽罩通常是直接接地，则称为硬接地。2/5/2023222/5/202323

3.导体带静电的消除

导体上的静电可以用接地的方法使其泄漏到大地，一般要求在1s内将静电泄漏至电压降至100V以下的安全区，这样可以防止因泄漏时间过短，泄漏电流过大对SSD造成损坏。所以在静电防护系统中通常有1MΩ的限流电阻，将泄放电流控制在5mA以下。这也是为操作者的安全而设计的。如果操作人员在静电防护系统中不注意触及到220V的工业电压也不会带来危险。2/5/202324

4.非导体带静电的消除

对于绝缘体上的静电，由于电荷不能在绝缘体上流动，故不能用接地的方法排除其静电荷，而只能用下列方法来控制。

(1)使用离子风机。离子风机可以产生正、负离子以中和静电源的静电。用于那些无法通过接地来泄放静电的场所，如空间，贴片机头附近，使用离子风机排除静电通常有良好的防静电效果，如图所示。2/5/202325

(2)使用静电消除剂。静电消除剂是各种表面活性剂，通过洗擦的方法，可以去掉一些物体表面的静电，如仪表表面。当采用静电消除剂的水溶液擦洗后能快速地消除仪表表面的静电。

(3)控制环境湿度。湿度的增加可以使非导体材料的表面电导率增加，故物体不易积聚静电。在有静电的危险场所，在工艺条件许可时，可以安装增湿机来调节环境的湿度，如在北方的工厂，由于环境湿度低容易产生静电，采用增湿的方法可以降低静电产生的可能，这种方法效果明显而且价格低廉。

(4)采用静电屏蔽。静电屏蔽是针对易散发静电的设备、部件、仪器而采取的屏蔽措施。通过屏蔽罩或屏蔽笼将静电源与外界隔离，并将屏蔽罩或屏蔽笼有效地接地。2/5/202326常用静电防护器材

1.人体静电防护系统

人体静电防护系统，包括防静电的腕带、工作服、鞋袜、帽、手套等，这种整体的防护系统兼具静电泄漏与屏蔽功能，如图所示。有关它们的技术标准与使用要求详见SJ/T10694-1996电子产品制造防静电系统测试方法，所有的防静电用品通常应在专业工厂或商店购买。2/5/202327静电防护服防静电腕带腕带插座2/5/202328

2.防静电地坪 防静电地坪是为了有效将人体静电通过地面尽快地泄放于大地，同时也能泄放设备、工装上的静电以及因移动操作而不宜使用腕带的人体静电。地面防静电性参数的确定是既要保证在较短的时间内将静电电压降至100V以下，又要保