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技術(shù)文章
防止靜電的方法
點(diǎn)擊次數(shù)：903 發(fā)布時(shí)間：2006-6-26
本文介紹，為了有效地抗擊和防止靜電放電(ESD, electrostatic discharge)，必須以正確的方式使用正確的設(shè)備。由于一系列強(qiáng)有力的閉環(huán)ESD預(yù)防、監(jiān)測與離子設(shè)備，現(xiàn)在可以把ESD看作一個(gè)過程控制問題。
靜電放電(ESD)是在電子裝配中電路板與元件損害的一個(gè)熟悉而低估的根源。它影響每一個(gè)制造商，無任其大小。雖然許多人認(rèn)為他們是在ESD安全的環(huán)境中生產(chǎn)產(chǎn)品，但事實(shí)上，ESD有關(guān)的損害繼續(xù)給世界的電子制造工業(yè)帶來每年數(shù)十億美元的代價(jià)。
ESD究竟是什么？靜電放電(ESD)定義為，給或者從原先已經(jīng)有靜電(固定的)的電荷(電子不足或過剩)放電(電子流)。電荷在兩種條件下是穩(wěn)定的：
1. 當(dāng)它"陷入"導(dǎo)電性的但是電氣絕緣的物體上，如，有塑料柄的金屬的螺絲起子。 2. 當(dāng)它居留在絕緣表面(如塑料)，不能在上面流動時(shí)。
可是，如果帶有足夠高電荷的電氣絕緣的導(dǎo)體(螺絲起子)靠近有相反電勢的集成電路(IC)時(shí)，電荷"跨接"，引起靜電放電(ESD)。
ESD以*的強(qiáng)度很迅速地發(fā)生，通常將產(chǎn)生足夠的熱量熔化半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部電路，在電子顯微鏡下外表象向外吹出的小子彈孔，引起即時(shí)的和不可逆轉(zhuǎn)的損壞。更加嚴(yán)重的是，這種危害只有十分之一的情況壞到引起在zui后測試的整個(gè)元件失效。其它90%的情況，ESD損壞只引起部分的降級 - 意味著損壞的元件可毫無察覺地通過zui后測試，而只在發(fā)貨到顧客之后出現(xiàn)過早的現(xiàn)場失效。其結(jié)果是zui損聲譽(yù)的，對一個(gè)制造商糾正任何制造缺陷zui付代價(jià)的地方。
可是，控制ESD的主要困難是，它是不可見的，但又能達(dá)到損壞電子元件的地步。產(chǎn)生可以聽見"嘀噠"一聲的放電需要累積大約2000伏的相當(dāng)較大的電荷，而3000伏可以感覺小的電擊，5000伏可以看見火花。
例如，諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS, complementary metal oxide semiconductor)或電氣可編程只讀內(nèi)存(EPROM, electricall programmable read-only memory)這些常見元件，可分別被只有250伏和100伏的ESD電勢差所破壞，而越來越多的敏感的現(xiàn)代元件，包括奔騰處理器，只要5伏就可毀掉。
該問題被每天的引起損害的活動復(fù)合在一起。例如，從 乙烯基的工廠地板走過，在地板表面和鞋子之間產(chǎn)生摩擦。其結(jié)果是純電荷的物體，累積達(dá)到3~2000伏的電荷，取決于局部空氣的相當(dāng)濕度。
甚至工人在臺上的自然移動所形成的摩擦都可產(chǎn)生400~6000伏。如果在拆開或包裝泡沫盒或泡泡袋中的PCB期間，工人已經(jīng)處理絕緣體，那么在工人身體表面累積的凈電荷可達(dá)到大約26000伏。
因此，作為主要的ESD危害來源，所有進(jìn)入靜電保護(hù)區(qū)域(EPA, electrostatic protected area)的工作人員必須接地，以防止任何電荷累積，并且所有表面應(yīng)該接地，以維持所有東西都在相同的電勢，防止ESD發(fā)生。
用來防止ESD的主要產(chǎn)品是碗帶(wristband)，有卷毛燈芯絨和耗散性表面或墊料 - 兩者都必須正確接地。另外的輔助物諸如耗散性鞋類或踵帶和合適的衣服，都是設(shè)計(jì)用來防止人員在靜電保護(hù)區(qū)域(EPA)移動時(shí)累積和保持凈電荷。
在裝配期間和之后，PCB也應(yīng)該防止來自內(nèi)部和外表運(yùn)輸中的ESD。有許多電路板包裝產(chǎn)品可用于這方面，包括屏蔽袋、裝運(yùn)箱和可移動推車。雖然以上設(shè)備的正確使用將防止90%的ESD有關(guān)的問題，但是為了達(dá)到zui后10%，需要另一種保護(hù)：離子化。
中和那些可產(chǎn)生靜電電荷的裝配設(shè)備和表面的zui有效方法是使用離子發(fā)生器(ionizer) - 一種設(shè)備吹出離子化空氣流在工作區(qū)域，來中和累積在絕緣材料上的任何電荷。
一個(gè)常見的謬論是認(rèn)為因?yàn)樵诠ぷ髡編狭送霂?，該區(qū)域的絕緣體，如聚苯乙烯杯或紙板盒，所帶的電荷將安全地消散。按定義，絕緣體不會導(dǎo)電，除了通過離子化不可能放電。
如果一個(gè)帶電荷的絕緣體保留在EPA，它將輻射一個(gè)靜電場，引發(fā)凈電荷到任何附近的物體上，因此增加對產(chǎn)品的ESD損壞的危險(xiǎn)性。雖然許多制造商企圖從其EPA禁止絕緣材料，但這個(gè)方法是很難實(shí)施的。絕緣材料是日常生活中太多的一部分 - 從操作員坐落舒適的泡沫墊，到塑料蓋中的一些東西。
由于離子發(fā)生器的使用，制造商可以接受一些絕緣材料在其EPA中出現(xiàn)的事實(shí)。因?yàn)殡x子發(fā)生系統(tǒng)連續(xù)地中和可能發(fā)生在絕緣體上面的任何電荷累積，所以對于任何的ESD計(jì)劃，它們都是合理的投資。
標(biāo)準(zhǔn)電子裝配中的離子發(fā)生設(shè)備有兩種基本的形式：
＊ 桌面型(單個(gè)風(fēng)扇)
＊ 過頂型設(shè)備(在單個(gè)過頂?shù)膯卧獌?nèi)，有一系列的風(fēng)扇)
也有室內(nèi)離子發(fā)生器，但現(xiàn)在主要用于清潔房的環(huán)境。
選擇決定于需要保護(hù)區(qū)域的大小。桌面型離子發(fā)生器將覆蓋單一等工作表面，而過頂式離子發(fā)生器將覆蓋兩或三個(gè)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是離子發(fā)生器也可防止灰塵靜電附著于產(chǎn)品，可能使外觀降級。
可是，如果沒有對ESD設(shè)備有效性的正常測試和監(jiān)測，那么沒有一個(gè)保護(hù)計(jì)劃是完善的。*的ESD控制和離子化專家報(bào)告了使用失效的(因此是無用的)ESD設(shè)備而不知其失效的制造商的例子。
為了防止這種情況，除了標(biāo)準(zhǔn)的ESD設(shè)備，ESD供應(yīng)商還提供各種恒定監(jiān)測器，如果一項(xiàng)表現(xiàn)超出規(guī)定即自動報(bào)警。監(jiān)測器可用作一個(gè)獨(dú)立單元或在網(wǎng)絡(luò)中連接在一起。也有自動數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)軟件，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)操作員和工作站的系統(tǒng)表現(xiàn)。
監(jiān)測器可通過消除許多日常任務(wù)來簡化ESD計(jì)劃，如保證碗帶每天適當(dāng)測量，離子發(fā)生器的平衡與正確維護(hù)，工作臺接地點(diǎn)沒有損壞。
防止ESD的*步是正確評價(jià)如果忽視，怎樣小的細(xì)節(jié)可能造成不可修復(fù)的損壞。一個(gè)有效的計(jì)劃要求不僅使用有效的ESD保護(hù)設(shè)備，而且嚴(yán)密的運(yùn)作程序來保證所有工廠地面人員的行為是ESD安全的。
雖然許多制造商使用自動碗帶測試儀，但常?？梢钥吹讲僮鲉T因?yàn)橥霂啥蛘咄ㄟ^測試或者失效。許多操作員企圖通過用另一只手簡單抓著測試儀靠近其手腕來通過測試。
盡管如此，好消息是ESD是可避免的。投資在正確設(shè)備和改善安全程序中的時(shí)間與金錢將通過相應(yīng)的合格率提高而得到回報(bào)。
靜電放電(ESD)是在電子裝配中電路板與元件損害的一個(gè)熟悉而低估的根源。它影響每一個(gè)制造商，無任其大小。雖然許多人認(rèn)為他們是在ESD安全的環(huán)境中生產(chǎn)產(chǎn)品，但事實(shí)上，ESD有關(guān)的損害繼續(xù)給世界的電子制造工業(yè)帶來每年數(shù)十億美元的代價(jià)。
ESD究竟是什么？靜電放電(ESD)定義為，給或者從原先已經(jīng)有靜電(固定的)的電荷(電子不足或過剩)放電(電子流)。電荷在兩種條件下是穩(wěn)定的：
1. 當(dāng)它"陷入"導(dǎo)電性的但是電氣絕緣的物體上，如，有塑料柄的金屬的螺絲起子。 2. 當(dāng)它居留在絕緣表面(如塑料)，不能在上面流動時(shí)。
可是，如果帶有足夠高電荷的電氣絕緣的導(dǎo)體(螺絲起子)靠近有相反電勢的集成電路(IC)時(shí)，電荷"跨接"，引起靜電放電(ESD)。
ESD以*的強(qiáng)度很迅速地發(fā)生，通常將產(chǎn)生足夠的熱量熔化半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部電路，在電子顯微鏡下外表象向外吹出的小子彈孔，引起即時(shí)的和不可逆轉(zhuǎn)的損壞。更加嚴(yán)重的是，這種危害只有十分之一的情況壞到引起在zui后測試的整個(gè)元件失效。其它90%的情況，ESD損壞只引起部分的降級 - 意味著損壞的元件可毫無察覺地通過zui后測試，而只在發(fā)貨到顧客之后出現(xiàn)過早的現(xiàn)場失效。其結(jié)果是zui損聲譽(yù)的，對一個(gè)制造商糾正任何制造缺陷zui付代價(jià)的地方。
可是，控制ESD的主要困難是，它是不可見的，但又能達(dá)到損壞電子元件的地步。產(chǎn)生可以聽見"嘀噠"一聲的放電需要累積大約2000伏的相當(dāng)較大的電荷，而3000伏可以感覺小的電擊，5000伏可以看見火花。
例如，諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS, complementary metal oxide semiconductor)或電氣可編程只讀內(nèi)存(EPROM, electricall programmable read-only memory)這些常見元件，可分別被只有250伏和100伏的ESD電勢差所破壞，而越來越多的敏感的現(xiàn)代元件，包括奔騰處理器，只要5伏就可毀掉。
該問題被每天的引起損害的活動復(fù)合在一起。例如，從 乙烯基的工廠地板走過，在地板表面和鞋子之間產(chǎn)生摩擦。其結(jié)果是純電荷的物體，累積達(dá)到3~2000伏的電荷，取決于局部空氣的相當(dāng)濕度。
甚至工人在臺上的自然移動所形成的摩擦都可產(chǎn)生400~6000伏。如果在拆開或包裝泡沫盒或泡泡袋中的PCB期間，工人已經(jīng)處理絕緣體，那么在工人身體表面累積的凈電荷可達(dá)到大約26000伏。
因此，作為主要的ESD危害來源，所有進(jìn)入靜電保護(hù)區(qū)域(EPA, electrostatic protected area)的工作人員必須接地，以防止任何電荷累積，并且所有表面應(yīng)該接地，以維持所有東西都在相同的電勢，防止ESD發(fā)生。
用來防止ESD的主要產(chǎn)品是碗帶(wristband)，有卷毛燈芯絨和耗散性表面或墊料 - 兩者都必須正確接地。另外的輔助物諸如耗散性鞋類或踵帶和合適的衣服，都是設(shè)計(jì)用來防止人員在靜電保護(hù)區(qū)域(EPA)移動時(shí)累積和保持凈電荷。
在裝配期間和之后，PCB也應(yīng)該防止來自內(nèi)部和外表運(yùn)輸中的ESD。有許多電路板包裝產(chǎn)品可用于這方面，包括屏蔽袋、裝運(yùn)箱和可移動推車。雖然以上設(shè)備的正確使用將防止90%的ESD有關(guān)的問題，但是為了達(dá)到zui后10%，需要另一種保護(hù)：離子化。
中和那些可產(chǎn)生靜電電荷的裝配設(shè)備和表面的zui有效方法是使用離子發(fā)生器(ionizer) - 一種設(shè)備吹出離子化空氣流在工作區(qū)域，來中和累積在絕緣材料上的任何電荷。
一個(gè)常見的謬論是認(rèn)為因?yàn)樵诠ぷ髡編狭送霂?，該區(qū)域的絕緣體，如聚苯乙烯杯或紙板盒，所帶的電荷將安全地消散。按定義，絕緣體不會導(dǎo)電，除了通過離子化不可能放電。
如果一個(gè)帶電荷的絕緣體保留在EPA，它將輻射一個(gè)靜電場，引發(fā)凈電荷到任何附近的物體上，因此增加對產(chǎn)品的ESD損壞的危險(xiǎn)性。雖然許多制造商企圖從其EPA禁止絕緣材料，但這個(gè)方法是很難實(shí)施的。絕緣材料是日常生活中太多的一部分 - 從操作員坐落舒適的泡沫墊，到塑料蓋中的一些東西。
由于離子發(fā)生器的使用，制造商可以接受一些絕緣材料在其EPA中出現(xiàn)的事實(shí)。因?yàn)殡x子發(fā)生系統(tǒng)連續(xù)地中和可能發(fā)生在絕緣體上面的任何電荷累積，所以對于任何的ESD計(jì)劃，它們都是合理的投資。
標(biāo)準(zhǔn)電子裝配中的離子發(fā)生設(shè)備有兩種基本的形式：
＊ 桌面型(單個(gè)風(fēng)扇)
＊ 過頂型設(shè)備(在單個(gè)過頂?shù)膯卧獌?nèi)，有一系列的風(fēng)扇)
也有室內(nèi)離子發(fā)生器，但現(xiàn)在主要用于清潔房的環(huán)境。
選擇決定于需要保護(hù)區(qū)域的大小。桌面型離子發(fā)生器將覆蓋單一等工作表面，而過頂式離子發(fā)生器將覆蓋兩或三個(gè)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是離子發(fā)生器也可防止灰塵靜電附著于產(chǎn)品，可能使外觀降級。
可是，如果沒有對ESD設(shè)備有效性的正常測試和監(jiān)測，那么沒有一個(gè)保護(hù)計(jì)劃是完善的。*的ESD控制和離子化專家報(bào)告了使用失效的(因此是無用的)ESD設(shè)備而不知其失效的制造商的例子。
為了防止這種情況，除了標(biāo)準(zhǔn)的ESD設(shè)備，ESD供應(yīng)商還提供各種恒定監(jiān)測器，如果一項(xiàng)表現(xiàn)超出規(guī)定即自動報(bào)警。監(jiān)測器可用作一個(gè)獨(dú)立單元或在網(wǎng)絡(luò)中連接在一起。也有自動數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)軟件，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)操作員和工作站的系統(tǒng)表現(xiàn)。
監(jiān)測器可通過消除許多日常任務(wù)來簡化ESD計(jì)劃，如保證碗帶每天適當(dāng)測量，離子發(fā)生器的平衡與正確維護(hù)，工作臺接地點(diǎn)沒有損壞。
防止ESD的*步是正確評價(jià)如果忽視，怎樣小的細(xì)節(jié)可能造成不可修復(fù)的損壞。一個(gè)有效的計(jì)劃要求不僅使用有效的ESD保護(hù)設(shè)備，而且嚴(yán)密的運(yùn)作程序來保證所有工廠地面人員的行為是ESD安全的。
雖然許多制造商使用自動碗帶測試儀，但常?？梢钥吹讲僮鲉T因?yàn)橥霂啥蛘咄ㄟ^測試或者失效。許多操作員企圖通過用另一只手簡單抓著測試儀靠近其手腕來通過測試。
盡管如此，好消息是ESD是可避免的。投資在正確設(shè)備和改善安全程序中的時(shí)間與金錢將通過相應(yīng)的合格率提高而得到回報(bào)。