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ESD防静电 >> 电子产品的静电防护

电子产品的静电防护

文章来源:网络     发布时间:2010-7-20 9:00:22     发布时间:2010-7-20 9:00:22  【关闭】
一、 概述
在人们的日常生活和工作中, 经常会遇到静电现象。那么, 静电到底是什么, 它的产生机理以及它有哪些危害, 如何预防和消除这些危害, 这是我们必须考虑和解决的问题。
1. 什么是静电?
静电是一种电能,它存在于物体表面,是正负电荷在局部失衡时产生的一种现象。静电现象是指电荷在产生与消失过程中所表现出的现象的总称,如摩擦起电就是一种静电现象。
2. 为什么要防静电?
由于电子行业的迅速发展,体积小、集成度高的器件得到大规模生产,从而导致导线间距越来越小,绝缘膜越来越薄,致使耐击穿电压也愈来愈低。而电子产品在生产、运输、储存和转运等过程中所产生的静电电压却远远超过其击穿电压阈值,这就可能造成器件的击穿或失效,影响产品的技术指标,降低其可靠性。由此可见,静电是电子行业发展中的一大障碍。所以预防静电必须提到议事日程上来,以确保产品的质量。
为使电子器件及产品在购买、入库、发料、检验、储存、调测和安装等过程中免受静电危害,了解静电产生的机理和一些防止静电产生危害的相关知识是非常必要和重要的。
二、电子行业中静电障害的形成
电子行业中静电障害可分为两类:一是由静电引力引起的浮游尘埃的吸附;二是由静电放电引起的介质击穿;
1. 静电吸附
在半导体元器件的生产制造过程中, 由于大量使用了石英及高分子物质制成的器具和材料,其绝缘度很高,在使用过程中一些不可避免的摩擦可造成其表面电荷不断积聚, 且电位愈来愈高。表1列出了半导体元器件及其使用环境中部分物品表面的静电电位。
电子设备制造防静电技术要求
 
2.5.4重要工位上应配备腕带监视器,以随时监视腕带是否处于正常状态。
2.5.5在装配未采用防静电包装的零部件时,应消除静电后再进入防静电工作区。
2.5.6手拿SSD时,应避免接触其引线和接线片。
2.5.7服装、图纸资料等物品不得接触SSD。
2.5.8清洗SSD及其部件时,不得使用塑料刷。
2.5.9不具备防静电功能的必备工具、用具,应放在防静电桌垫上,并置于离子风静电消除器的作用范围内。
2.5.10操作时应尽量减少对SSD及其部件的接触次数。
2.5.11装联电子设备时,应使用有接地线的低压直流电动起子。
2.5.12在手工焊接时,应采用防静电低压恒温烙铁。
2.5.13在任何场合均不允许未采取防静电措施的人员接触SSD及其零部件。
2.5.14生产过程中使用的设备(成型机、插件机、波峰焊机、贴片机、切脚机、清洗机等),必须采取降静电措施。
3、关联部门的责任
3.1采购、检验
采购、检验人员应具备SSD一般保护常识,遵守静电防护操作规程
3.2贮存
3.2.1元器件库房管理人员应掌握SSD的一般保护常识
3.2.2库房必须是静电安全工作区,防静电基本设施见表2。
3.2.3 SSD入库、出库都必须装在防静电包装内,并遵守基本操作规程
3.3运输
运输SSD及其组件时,应将其放入防静电包装内进行,必要时,应使用离子空气来消除运输过程中产生的静电。
3.4调试
调试部件、整件、整机技术指标时,操作人员应遵守本标准中的有关规定。
3.5维修
3.5.1外出维修时应使用防静电维修箱(包)。
3.5.2维修时应遵守本标准有关操作规程。
贮存、运输SSD及其部件时,应妥善进行防静电包装。
4.5.2  拒绝接收未包装在静电防护容器里的SSD。
4.5,3  当需要把SSD及其部件从静电防护容器中取出时,必须在静电安全工作台上进行,并遵守以下事项,
a.  操作人员必须穿防静电工作服,
b.  戴上防静电腕带,腕带必须与皮肤有良好的接触并将腕带接入可靠的防静电接地系统中。
4.5.4  重要工位上应配备腕带监视器,以随时监视腕带是否处于正常状态.
4.5.5  在装配未采用防静电包装的零部件时?应消除静电后再进入防静电工作区。
4.5.6  手拿SSD日才,应避免接触其引线和接线片;
4.5.7  服装、图纸资料等物品不得接触SSD。
4.5.8  清洗SSD及其部件时,不得使用塑料刷.
4.5.9  不具备防静电功能的必备工具、用具,应放在防静电桌垫上
的作用范围内。
4.5,10  操作时应尽量减少对SSD及其部件的接触次数。
4.5.11  装联电子设备时,应使用有接地线的低压直流电动起子。
并置于离子风静电消除器
4.5.12  在手工焊接时,应采用防静电低压恒温烙铁。对GJBl649规定的I类SSD的焊接还应在拔掉烙铁电源插头后进行。
4.5.13  禁止重复使用器件包装管包装SSD。
4.5.14  在任何场合均不允许未采取防静电措施的人员接触SSD及其零部件。
4.5.15  生产过程中使用的设备(成型机、插件机、波峰焊机、贴片机、切脚机、清洗机等),必须采取降静电措施。
4.6  安全警告
在接通电源的电子设备上工作时,必须遵守有关安全操作规程。
4.7包装及标志
电子设备的防静电包装及标志应符合GJB 1649规定。
5  关联部门的责任
5.1  采购、检验
采购、检验人员应具备SSD一般保护常识,遵守静电防护操作规程。
5.2  贮存
5.2.1  元器件库房管理人员应掌握SSD的一般保护常识.
5.2.2  库房必须是静电安全工作区,防静电基本设施见表2。
5.2.3  SSD入库、出库都必须装在防静电包装内,并遵守基本操作规程。
5.3  运输
运输SSD及其组件时,应将其放入防静电包装内进行。必要时,应使用离子空气来消除运输过程中产生的静电。
调试
调试部件、整件、整机技术指标时,操作人员应遵守本标准中的有关规定。
5.5设计研制
5.5.1  应把防静电意识贯穿于新产品设计研制全过程中.
5.5.2  设计电路时,应尽量选择不易受到ESD损害的元器件,并尽可能采用静电抑制技术(例如开关接地,涂导电涂料等).
5.5.3  委托研制SSD时,应向承制方提出防静电要求
5.6  维修
5.6.1  外出维修时应使用防静电维修箱(包) ..
5.6.2  维修时应遵守本标准有关操作规程
电子元器件的静电解决办法1.静电放电
   
     静电放电(ESD)是大家熟知的电磁兼容问题,它可引起电子设备失灵或使其损坏。当半导体器件单独放置或装入电路模块时,即使没有加电,也可能造成这些器件的永久性损坏。对静电放电敏感的元件被称为静电放电敏感元件(ESDS)。
 
    如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度,就会对元件造成损坏。这是MOS器件出现故障最主要的原因。氧化层越薄,则元件对静电放电的敏感性也越大。故障通常表现为元件本身对电源有一定阻值的短路现象。对于双极性元件,损坏一般发生在薄氧化层隔开的已进行金属喷镀的有源半导体区域,因此会产生泄漏严重的路径。
 
    另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的熔点(1415℃)时所引起的。静电放电脉冲的能量可以产生局部地方发热,因此出现这种机理的故障。即使电压低于介质的击穿电压,也会发生这种故障。一个典型的例子是,NPN型三极管发射极与基极间的击穿会使电流增益急剧降低。
    器件受到静电放电的影响后,也可能不立即出现功能性的损坏。这些受到潜在损坏的元件通常被称为“跛脚”,一旦加以使用,将会对以后发生的静电放电或传导性瞬态表现出更大的敏感性。
    要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏,这一点非常重要。人体有感觉的静电放电电压在3000 — 5000V之间,然而,元件发生损坏时的电压仅几百伏。
    静电放电的危害效应是在二十世纪七十年代开始认识到的,这是由于新技术的发展导致元件对静电放电的损坏越来越敏感。静电放电造成的损失每年可达到几百万美元以上。因此,许多大型的元件和设备制造厂引进专业技术以减小生产环境中的静电积累,从而使产品合格率和可靠性提高了许多。用户根据自己的经验也懂得了防治静电放电损害的重要性。
2.如何对付静电放电?
    控制静电积累的第一步是要弄清楚静电荷的产生机理。
    静电电压是由不同种类的物质相互接触与分离而产生。尽管摩擦能够使电荷积累得更多,但是摩擦并不是必要的。这种效应即是大家熟知的摩擦起电,所产生的电压取决于相互摩擦的材料本身的特性。磨擦起电序列表列出了各类物质的带电难易程度。对于相互接触的两种物质,电子会从序列表较上的物质转向较下的物质,这样就会使两种物质分别带正负电荷。序列表中的物质离得越远,各自所带的电荷数量也越大。常见物质的磨擦起电序列如下表所示:
 表1摩擦起电序列
● 人体 +- 

● 玻璃
● 云母
● 聚酰胺
● 毛织品
● 毛皮
● 丝绸
● 铝
● 纸
● 棉花
● 钢铁
● 木头
● 硬橡胶
● 聚脂薄膜
● 聚乙烯
● 聚氯乙烯
● 聚四氟乙烯(PVC)大多数是负极性的
电荷也可通过感应产生,这是带电体使其附近的另一物体上的电荷发生分离的结果
3.实际问题解决
    问题的解决包括:如果静电放电敏感元件(ESDS)在生产和维护期间暴露在外面,那么在这些元件附近,应防止电荷的积累,并且在运输和保管过程中,将这些元件按防静电放电的方法包装。
    防止静电放电,有许多方法可以采用。最好的办法是满足要求且成本最低的方法,这样的方法对于不同的产品和不同的场合都是不同的。
4.静电放电保护区域(EPA)
    静电放电保护区域(EPA),有时指安全操作区,是任意一种静电放电控制措施的核心所在。在此区域中,静电放电敏感元件(ESDS)或电路板,或包含这些的组件,都可以很安全地工作,因为电荷的数量得到控制,而不会产生破坏性电压。这种区域中通常包含工作台或工作台组、工作站、自动插件机一类的处理设备或者一块生产区。EPA的范围必须清楚的标明,最好设置一围栏以防止未经允许的无关人员入内。EPA区域内应使用静电荷积累最小的材料,并且可使电荷以受控制的方式泄入到大地中。

表2 静电放电保护区
  A1接地轮
 A2接地滑片
 A3接地面
 B1腕套测试器
 B2脚跟接地测试器
 B3脚跟接地底板
C1腕套和腕套绳
 C2接地线
 C3静电放电接地设施
 C4地
 C5接地搭接点
 C6大地接地点
C7手套
 C8脚趾和脚跟带箍
 D1电离剂
 E1工作面
 F1腿和座套已接地的转椅
 G1人体接地地板
H1工作服
 H2工作帽
 I1具有接地面的搁板
 I2接地机架
 J1静电放电保护区标志
  
    典型的静电放电保护区如图1所示,此图摘自EN100015-1,其中许多是新近的。该图给出了各种可能的措施,但并没有必要全部使用这些措施,这主要由特定的环境决定。所采用的其本原理就是等电位搭接,即将所有表面连接在一起,防止不同物体之间产生电位差。
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