电子产品制造中的静电防护常识

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电子产品制造中的静电防护常识 [复制链接]

　随着科学技术的迅速发展，电子产品日趋小型化、微型化、智能化，并进入人类生活的各个方面。人们要求电子产品具有良好的可靠性和安全性。但是上述的可靠性和安全性与电子器件的好坏有直接的关系，而电子器件由于集成化程度越来越高，对静电越来越敏感，静电放电（ESD）是影响各类电子设备和电子元器件稳定性与可靠性的主要原因。静电时时刻刻存在我们生活和工作的一切周围，无处不有，无时不在。

　　为此，对于电子产品制造一定要有效地进行静电防护与控制，把静电的存在控制在非危险的水平下，使其造成的损失尽可能减小。这就依赖电子产品生产的参与人员对静电现象的认识和对静电的发生、存在、消除的防护和控制。

　　一． 静电及其危害

　　（一）． 静电的产生

　　自然界的所有物质都是由原子组合而成，而原子含有质子和中子，质子具有正电荷，电子具有负电荷，通常任何物体带有的正负电荷是等量的，当其发生运动(摩擦、接触、冷冻、电解、温差等)，一种物体积聚正电荷,另一物体积聚负电荷,从而在物体上产生静电。在电子产品生产中，产生静电的主要途径为：摩擦、感应和传导。

　　(二) . 对电子器件的危害

　　据统计，半导体破坏率：59%是由静电引起。而其中仅有10%的是静电敏感器件（SSD）硬击穿，即SSD立即失效（短路﹑开路﹑参数变化）;有90%的为潜在性损伤---软击穿。由于IC是电子产品（设备）的核心，它的失效就会引起电子产品（或设备）的工作不正常或损坏，因此静电是电子产品（设备）的无形杀手。

　　1. 静电危害的形式

　　在电子器件生产中静电的危害形式：

　　(1).静电吸附尘埃，引起短路现象的产生。

　　(2).静电放电引起的器件击穿（软击穿、硬击穿）。另外，静电放电时产生宽频带电磁脉冲，使电路出现错误动作和翻转，因为静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米)，频谱极宽(从几十兆到几千兆)。

　　静电击穿形式，从物理表现上分：

　　A.硬击穿：器件受到静电影响后，产生永久性的创伤或性能完全丧失。

　　B.软击穿：器件受静电影响后，开始性能沒有明显恶化或失效，随着时间的推移﹐会出现随机性的变化，间歇性丧失功能﹐性能不稳定。結果是造成电子产品或设备工作不稳定和不可靠。

　　静电击穿从成因上分析，有：

　　A. 电流型（功率型）击穿：有瞬间放电现象，通过电流形式击穿;

　　B. 电压型（电场型）击穿：无放电回路，由高压电场击穿。

　　(3).静电感应：IC越小，对静电越敏感。表1列出了常见IC器件静电敏感电压。

　　2.  静电危害的特性

　　静电对电子器件的危害存在以下一此特性：

　　（1）隐蔽性。人体不能直接感知静电，除非发生静电放电，但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉，这是因为人体感知的静电放电的电压要达2-3kV，所以静电具有隐蔽性。

　　(2）潜在性。既器件在受到ESD后并不马上失效，而会在使用过程中逐渐退化或突然失效，这时的器件是“带伤工作”。这是人们对静电危害认识不够的一个主要原因。实际上，静电放电对元器件损伤的潜在性和累积效应会严重地影响元器件的使用可靠性。由于潜在损伤的器件无法鉴别和剔除，一旦在上机应用时失效，造成的损失就更大。而避免或减少这种损失的最好办法就是采取静电防护措施，使元器件避免静电放电的危害。

　　(3) 随机性。电子元器件什么时候下会遭受静电破坏呢？可以这么说，从一个元器件遭受侵袭，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电的威胁，而静电的产生也具有随机性，其损坏也具有随机性。

　　(4)  复杂性。静电放电损伤的失效分析工作，因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较高的技术并往往需要使用一些高精密仪器。即使如此，有些静电损伤现象也难以与其它原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其他失效。这在对静电放电危害未充分认识之前，常常归因于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉地掩盖了失效的真正原因。所以静电对电子器件损伤的分析具有复杂性。

　　3． 静电的危害存在于整个制造过程

　　电子器件从生产、包装、贮藏和运输，一直到使用的整个过程中都可能遭受静电的危害。要提醒的而且很重要的却往往容易疏忽的一点是，元器件在传送与运输的过程中，不但包装因移动容易产生静电外，而且整个包装容易暴露在外界电场（如经过高压设备附近，工人移动频繁、车辆迅速移动等）而受到破坏，所以传送与运输过程需要特别注意电子器件的包装，以避免由静电而引起的损坏 。

　　二、 静电控制途径

　　（一）. 静电耗散与接地

　　将各种操作运行过程中产生的静电迅速耗散是防止静电危害行之有效的方法。静电耗散（泄漏）就是将防静电材料或导体上积累的静电荷用某些导静电方式，将其泄漏到大地。

　　1. 防静电材料

　　防静电材料从防静电原理方面可以分为：导静电、静电耗散（习惯称抗静电）。二种材料可以从导电性上加以区分。国家军用标准GJB3007-1997《防静电工作区技术要求》、国家GB12158-90《防止静电事故通用导则》和国际电工技术委员会IEC61340-5-1《电子器件的静电防护-基本要求》对导静电、静电耗散（抗静电）材料的定义均有规定。三个标准之间有点差异。

　　通常静电耗散材料制备的防静电用品(用具)，使用在工作环境中有220伏、380交流强电或直流强电，这对操作人员能提供安全保护。而导静电材料用于没有强电对人体造成伤害的场合。

　　另外，还有一种电磁屏蔽耗散复合类材料，它的特点是：

　　(1).屏蔽材料（体积电阻率小于1×102Ω.m的材料）电阻率低，摩擦不产生静电荷。

　　(2).通常在屏蔽材料内外层复合一层静电耗散材料。

　　2. 接地

　　(1).几种接地概念

　　A.保护接地。就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。

　　B.工作接地。 将电力系统中的某一点（通常是中性点）直接或经特殊设备（如消弧线圈、阻抗、电阻等）与大地作金属连接，称为工作接地。

　　C.重复接地（并联）。接地电阻值很低，零线断路点后面碰相外壳的对地电压就很小，对人身的危险就会大大减轻。

　　D.防雷接地。把雷电流迅速导入大地以防止雷害为目的的接地。

　　E.防静电接地。将带静电物体或有可能产生静电的物体（非绝缘体）通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫静电接地。静电接地电阻一般要求不大于10欧姆。

　　（2）防静电接地和其它几种接地关系

　　防静电工程中静电防护区的地线较为常用的敷设方法有两种：一种是专门埋设单独的大地接地装置，引出的接地线，敷设到生产线的防静电作业岗位。二是采用三相五线制供电系统中的地线，引出电源零线的同时，单独引出大地地线作防静电接地母线。

　　静电接地应尽可能避开与某些精密仪器的接地共用一个接地体。因为静电接地泄放静电有时可产生较高脉冲，对仪器产生干扰。

　　静电接地应和防雷接地分开。因为防雷接地在泄放雷电流时，可产生较高反击电压，通过静电接地能将反击电压引入静电防护区造成安全事故或将仪器设备损坏。在工程中静电接地应与防雷接地相隔20m距离。

　　防静电接地电阻与接地地极埋设的技术标准和规范有：

　　SJ/T10694、SJ/T10630-95、SJ/T10533、GJB1210-91、GB12158-90

　　（3）防静电工作区（EPA）防静电接地要求

　　A.静电接地方式

　　静电接地有软接地和硬接地之分，软接地是指地线串接阻值较高的电阻器后再与大地相连。软接地的目的在于将对地电流限制在人身安全范围之下(通常为5毫安)和保证IC不被损坏。软接地所需要的电阻值大小，取决于靠近接地点的人员可能接触到的交、直流电压值。很多标准将软接地电阻值定为1兆欧。硬接地是指将地线直接接地或通过一低电阻接地。一般情况，硬接地用于静电屏蔽或仪器设备、金属体的接地。

　　B.需要接地的范围

　　加工、检测、返修、试验、储存、周转装置、工具、设备和器具等，对于所有由静电而会产生危害的地方都应进行静电接地。

　　（二）. 静电中和

　　静电中和就是将正负离子与静电源上的正负电荷中和，从而消除静电源上积累的静电。静电中和是消除静电的重要措施之一，下列情况就是必须利用的：不能使用静电耗散材料和方法将静电去除的地方；一些高绝缘材料因传动而产生静电，并影响产品质量的工艺线。为了保证产品质量就必须对操作环境采取静电中和措施。

　　静电中和是通过静电消除器来实现的。消除器其的种类很多，可根据不同要求进行选用。

　　在某些特殊情况下，还可采用防静电剂(喷剂等)来实现静电中和。

　　（三）. 静电屏蔽

　　静电屏蔽通常用于对高压电源产生的静电场屏蔽、某些对静电极敏感电路的屏蔽，以避免静电场对SSD器件和SSD组件的感应和静电放电产生的宽频带干扰。

　　（四）. 增湿

　　增加环境湿度，使非导体材料的表面电导率增加，则积蓄的静电荷可以加快泄漏，静电发生的程度就降低。因此，将环境湿度控制在一定的水平上，在很多情况下成为控制静电发生的有效措施。

　　（五）. 设计保护网络

　　对静电放电的防护，还可从提高IC产品自身的抗静电能力着手，对SSD器件设计中设置保护网络，是防止器件损害的有效手段之一。目前国内外已研制出多种保护网络。这些网络提供的防护ESD电压已达800伏，而在某些MOS器件的保护网络可达4000伏以上。

　　三  建立静电防护系统

　　（一）．静电防护保证系统的构成

　　静电防护保证系统,是电子产品制造企业的质量管理体系中很重要的组成部分.它是一个全过程控制(从产品设计开始，到加工、制造、使用、维护的所有环节上，以及对产品寿命的整个过程都应进行静电防护)和企业有关人员共同参与实施的系统工程.对于该系统的构成见ESD防护保证系统示意图。整个系统包括硬件配置和软件管理二大部分，硬件配置是ESD防护的基本条件，没有它们是根本不行的，但是它们必须通过防护保证系统的软件管理工作而获得合理配置、并且正常发挥作用以使对ESD达到真正地控制。要有良好的硬件配置和软件管理,必须要有资金的投入和保证。

　　（二）．硬件配置的要求:

　　硬件配置的目的，就是要建立防静电的工作区（ EPA），在EPA内配备各种防静电设备和器件，限制静电电位，适用于有静电防护的操作。

　　（三）．防护系统的软件管理

　　静电防护系统的软件管理主要内容有:工程ESD防护设计、产品ESD防护设计、监督检查(过程控制)和ESD防护培训。

　　电子企业产品整个生产过程的防静电工作，决不是临时性的突击工作或权宜之计，它是企业经理(厂长)领导下的重要工作内容。静电防护的计划、技术、物料、资金、资料、培训等均应纳入企业的正规管理渠道。

　　静电防护系统具体的实施是由企业的最高技术负责人领导，实施过程中涉及的主要部门有：设计、工艺、计划生产、车间、质量检验、产品储运、销售与售后服务、动力设备、标准化、物资供应、工具工装、计量、教育、人事劳资、技安环保、基建、外协及分析试验等。