電裝生產(chǎn)中防靜電技術(shù)

崔春梅

(南京電子技術(shù)研究所，江蘇南京 210013)

隨著國(guó)際先進(jìn)防靜電技術(shù)的發(fā)展，電裝生產(chǎn)中防靜電技術(shù)，一直是大家關(guān)注的問題，如何有效地進(jìn)行生產(chǎn)過程中對(duì)靜電防護(hù)與監(jiān)控也一直是我們進(jìn)行研究的對(duì)象。

1 靜電的產(chǎn)生與危害

1.1 靜電產(chǎn)生原理

從原理上講，靜電的產(chǎn)生主要有3種方式，即：摩擦起電、接觸帶電、感應(yīng)帶電。對(duì)于后兩種方式比較容易預(yù)防與控制。在實(shí)際生產(chǎn)中最難以控制、防不勝防的主要是第一種方式-摩擦起電，主要由于人體的動(dòng)作及設(shè)備的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。

1.2 常見靜電的數(shù)量級(jí)

首先讓我們了解一下日常生活中所接觸到的靜電放電情況：當(dāng)人耳能聽到放電聲時(shí)，此時(shí)的靜電電壓應(yīng)在2～3 kV；當(dāng)能夠感到靜電電擊時(shí)電壓已達(dá)3～4 kV；而當(dāng)能夠看到靜電放電火花時(shí)，電壓至少在5 kV以上！可能很多人，其中包括從事了多年電器裝配的工人和技術(shù)以及管理人員都對(duì)這一情況不甚了解。

表1為電裝生產(chǎn)中幾項(xiàng)常規(guī)動(dòng)作所產(chǎn)生的靜電電壓范圍。

從表1中可看出，一個(gè)很常見很細(xì)微的動(dòng)作，就會(huì)引起相當(dāng)高的靜電電壓，這也正是在電裝生產(chǎn)中靜電的產(chǎn)生防不勝防的主要原因。

表1 不同條件下各種動(dòng)作所產(chǎn)生的靜電電壓kV

1.3 靜電放電的危害

我們通常所說的靜電破壞，是指由于靜電的放電而造成的破壞。在電裝領(lǐng)域人們常說的“防靜電”，并非是防止靜電的產(chǎn)生，也不可能完全防止，主要是防止靜電放電。隨著電子元器件的小型化與功能的不斷增強(qiáng)，更易受到靜電放電（ESD）損害。通常，靜電，靜電放電對(duì)元器件所造成的損壞主要有：

（1）pn結(jié)的軟擊穿，降低產(chǎn)品的可靠性；

（2）擊穿芯片單晶硅金屬鍍膜，造成廢品；

（3）擊穿器件內(nèi)引線，造成廢品。

按照國(guó)軍標(biāo)規(guī)定，A級(jí)防靜電工作區(qū)靜電電壓不超過±100 V，B級(jí)防靜電工作區(qū)的靜電電位不超過±1 000 V。而對(duì)于特殊產(chǎn)品（如磁頭）的生產(chǎn)，則要求人體所帶的靜電電壓值確保不超過5 V，對(duì)于這一要求，常規(guī)的處理方式很難達(dá)到，必須采取特殊的方式加以保證。

2 防止靜電損壞的措施

根據(jù)靜電放電發(fā)生的原理與規(guī)律，我們?cè)诖颂岢龇乐轨o電放電破壞的基本條件：

（1）防止靜電電荷的積聚；

（2）建立安全的瀉放通道；

（3）對(duì)所有防靜電措施的有效性進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控。

2.1 防止靜電荷的積聚

由前述可知，靜電主要是因摩擦而起。不同材料在摩擦后產(chǎn)生的靜電電荷量也各不相同。即不同材料的表面起電量不同。因此，在容易產(chǎn)生靜電電荷積聚的表面可覆蓋一層起電小，甚至不起電的材料，即可減少，甚至不會(huì)產(chǎn)生靜電。由于靜電荷聚積在材料的表面，因此表面電阻率決定了材料本身防靜電的技術(shù)特性。國(guó)軍標(biāo)規(guī)定，按照材料的表面電阻率的不同范圍，將材料劃分3種：

（1）導(dǎo)體：表面電阻率小于1×105Ω；

（2）靜電耗散材料：表面電阻率在1×105～1×1012Ω之間，也就是我們常說的防靜電材料；

（3）絕緣體：表面電阻率大于1×1012Ω。

對(duì)于導(dǎo)電體與靜電耗散材料靜電荷可通過泄通路得到泄放。而對(duì)于絕緣體而言，由于靜電荷在其表面不能發(fā)生遷移運(yùn)動(dòng)，所產(chǎn)生靜電荷不能通過泄放的方式消除。此時(shí)，唯一行之有效的方法就是采用離子中合法。

離子中和法原理是：絕緣體表面所產(chǎn)生的靜電電荷以正、負(fù)電荷對(duì)稱產(chǎn)生，離子中和法是采用風(fēng)機(jī)向靜電荷積聚區(qū)吹送經(jīng)電離的含有正、負(fù)離子的空氣氣流，氣流中的正、負(fù)離子將尊循同性相斥、異性相吸的原理與絕緣體表面所積聚的靜電荷進(jìn)行中和，從而徹底將靜電消除。

離子中和法可應(yīng)用于佩帶碗帶操作不方便的工位，如設(shè)備操作及總裝或調(diào)試工位等。在這些工位，可以將離子風(fēng)機(jī)懸吊于工作上方，離子風(fēng)可以將人體及其他工具產(chǎn)生的靜電荷即時(shí)中和。

2.2 建立安全的瀉放通道

由上結(jié)可知，材料可以分為導(dǎo)電體、靜電耗散材料和絕緣體三大類，其中絕緣體表面的靜電荷主要靠離子中和法消除，以防止靜電積聚。對(duì)于導(dǎo)電體于靜電耗散材料而言，由于靜電荷能夠遷移，從而可通過接地的方式將生產(chǎn)中所產(chǎn)生的靜電荷泄放。但是為保證泄放的安全性，靜電的泄放必須通過靜電耗散材料進(jìn)行。所謂的安全性泄放是指無(wú)論是對(duì)元器件，還是對(duì)人身都必須保證絕對(duì)的安全。安全性有二個(gè)指標(biāo)：一是靜電電壓必須在10 s內(nèi)降至100 V；二是放電電流不能高于500 mA。也就是說，靜電的泄放既要快，又不能過快，過快的泄放即是放電。因此，在靜電的泄放路徑中需有一定的阻值。這也就是為什么在導(dǎo)電體與絕緣體之間分出了一個(gè)靜電耗散材料范圍的原因之所在。

2.2 有效性的實(shí)時(shí)監(jiān)控

提起防靜電，人們都會(huì)想道接地。確實(shí)，接地是防靜電技術(shù)的主要內(nèi)容之一。多年來，許多電子企業(yè)均在此方面投入了大量的資金，但是收效卻不很理想。原因很簡(jiǎn)單，就是因?yàn)樵谶M(jìn)行防靜電改造時(shí)，只注重了地面與桌面等接地設(shè)施，而沒有安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，從而對(duì)于所具有裝置的靜電控制裝置是否有效？所有的接地系統(tǒng)是否正常等沒有絕對(duì)的把握。 防靜電是一個(gè)系統(tǒng)工程，先進(jìn)的企業(yè)管理方法是將電裝車間劃分出非靜電防護(hù)區(qū)和靜電防護(hù)區(qū)，在靜電防護(hù)區(qū)內(nèi)不但需要采取相應(yīng)的防靜電措施，如鋪設(shè)防靜電地面、選用防靜電的桌椅、建立正確的接地系統(tǒng)，還應(yīng)安裝有效性的監(jiān)控裝置TR-2000—靜電、監(jiān)測(cè)、控制、網(wǎng)絡(luò)。它是由接地保護(hù)監(jiān)測(cè)控制器、SAM軟件門禁系統(tǒng)組成。

當(dāng)工作人員進(jìn)入防靜電工作區(qū)首先必須經(jīng)過系統(tǒng)的測(cè)試，主要通過腕帶或腳帶測(cè)量人體的接地電阻是否符合要求。只有測(cè)試合格的人員才能通過由測(cè)試系統(tǒng)控制的門禁系統(tǒng)進(jìn)入防靜電工作區(qū)。于此同時(shí)，記錄儀將被測(cè)試人員的工號(hào)和被測(cè)試時(shí)間、測(cè)試結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)起來。管理員可以定期將其下載至計(jì)算機(jī)中，并以數(shù)據(jù)庫(kù)格式存檔備查。見圖1。

進(jìn)入防靜電工作區(qū)，由于工作人員的動(dòng)作，靜電還在隨時(shí)產(chǎn)生，唯一泄放路徑是通過手腕帶或腳腕帶與地連接進(jìn)行泄放。此時(shí)的關(guān)鍵是人體、腕帶與接地線連接是否良好。如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致靜電無(wú)法泄放，也就會(huì)產(chǎn)生ESD？損壞，這也正是在電裝生產(chǎn)過程中對(duì)靜電防護(hù)的監(jiān)控難題，也正是許多企業(yè)雖然建立防靜電的工作區(qū)，但沒有效果的主要原因之一。

圖1 腕帶測(cè)量記錄器

為此OK公司推出了腕帶實(shí)時(shí)監(jiān)控儀，它可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作人員和工作臺(tái)面接地狀態(tài)，帶電量，可進(jìn)行視覺和聲音的報(bào)警，并有網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。

TR-2000網(wǎng)絡(luò)是美國(guó)OK集團(tuán)研制開發(fā)的產(chǎn)品，它通過TR648（RS485/232數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)采用SAM軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控。所有采集的數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換成MS ACCESS，EXCEL和文本格式保存。

SAM軟件可以對(duì)靜電防護(hù)區(qū)所有的靜電控制設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該軟件具有定義用戶ID，建立操作者分布圖，模擬輸出接口，對(duì)各工位的狀態(tài)（高阻、正常、低阻等）均以相應(yīng)的圖形符號(hào)和顏色在計(jì)算機(jī)顯示器顯示出來，監(jiān)控結(jié)果可以存人計(jì)算機(jī)中，作為產(chǎn)品的靜電控制檔案?jìng)洳椤?/p>

實(shí)施這種管理可以使管理人員不用離開辦公桌即可對(duì)整個(gè)靜電防護(hù)區(qū)中防靜電設(shè)施的工作狀態(tài)一目了然（見圖2）。解決了電子裝聯(lián)過程中對(duì)靜電防護(hù)進(jìn)行監(jiān)控，計(jì)算機(jī)中所記錄的文件可以隨時(shí)調(diào)用。通過對(duì)這些文件進(jìn)行分析與判斷，能快速正確找出故障原因。

圖2 防靜電實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

3 結(jié) 論

防靜電工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此需對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)都同樣重視，萬(wàn)不可厚此薄彼。防靜電工程涉及的部門很多，因此需要相互協(xié)調(diào)，共同努力。防靜電工程所涉及的專業(yè)很多技術(shù)含量高，因此需要有技術(shù)部門總負(fù)責(zé)，建立合理嚴(yán)格的防靜電制度，監(jiān)督施工與技術(shù)驗(yàn)收。

參考資料：

[1] 涂延林.電子工業(yè)靜電防護(hù)技術(shù)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1994.