電子裝配過程靜電防護及EPA管理分析

孫育剛

（中航工業自控所，陜西　西安　710065）

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電子裝配過程靜電防護及EPA管理分析

孫育剛

（中航工業自控所，陜西西安710065）

摘要：伴隨著科技的發展，電子產品集成度越來越高，在電子原件的生產、集成過程中，面臨靜電的威脅也日益嚴峻，為了有效的避免靜電對電子原件的損傷或損壞，延長產品使用壽命，提高成活率，靜電的有效防護是關鍵所在。通過對靜電產生的原理、放電模型、靜電防護原則、靜電的危害以及防護措施進行一一介紹，分析了電子裝配過程防靜電應采取的相關措施，以及后續生產過程中靜電防護區域的管理維護和注意事項。

關鍵詞：ESD；EPA；防護；防靜電

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.02.005

1　靜電產生的機理

1.1靜電產生的原理

通常在工作人員操作或者生產活動過程中，材料之間的接觸、分離或者相對運動都可以導致電荷的產生和積累。靜電的產生可以從宏觀和微觀兩個角度去描述，宏觀上，物體的接觸分離、摩擦、電磁感應等行為都會產生靜電，微觀上講，核外電子的轉移，形成電子的不均勻分布，使得兩個不同的物體帶上電荷，進而產生靜電。靜電大致可以分為以下幾種：（1）粉塵靜電；（2）固體靜電；（3）蒸汽和氣體靜電；（4）人體靜電；（5）液體靜電。

1.2靜電的放電模型

靜電釋放的過程是一個隨機過程，放電結果也往往受到各種條件的制約，結果不盡相同，為了定量表征ESD（Electrostatic Discharge，靜電放電）特性，一般將ESD轉化成模型表達方式，但根據不同場合靜電放電的主要特點，可以大致概括為四種靜電放電模型，即人體模型（HBM）、機器模型（MM）、原件充電模型（CDM）、電場感應模型（FIM）。

1.3靜電防護的基本原則

ESD防護設計可分為單板防護設計、系統防護設計、加工環境設計和應用環境防護設計。靜電防護的措施有多種，但靜電防護的最基本原則是抑制靜電荷的產生和集聚，在短時間內能夠快速、安全、完全的消除已經產生的靜電荷。通常情況下，當靜電荷集聚不可避免時，可以采取工藝控制法、靜電屏蔽法和復合中和法等三種方法將靜電產生的危害控制在允許的范圍內。工藝控制法的基本原則就是在生產過程中盡量避免靜電荷的產生，從工藝過程中的器具安裝、選材、操作和管理流程全過程采取防護措施減少靜電危害；靜電屏蔽法即采取接地的屏蔽罩將敏感物體和其他物體分隔開，根據隔離的形式又分為場內屏蔽和場外屏蔽；復合中和法一般通過靜電消除器所釋放的異性離子來中和帶電體的電荷，進而降低靜電危害。

1.4靜電危害的特點

在電子工業領域，全球每年因為靜電造成的損失高達近百億美元，必須引起足夠的重視，靜電的危害呈現出潛在性、隱蔽性、隨機性和復雜性4個特點，靜電對電子產品的破壞主要集中在使用壽命縮短、直接損壞、潛在的損壞和電磁干擾4個方面，往往比較重視電子器件的組裝實驗過程的靜電防護，忽視了器件在拆卸、維修過程中的防護，這很容易對器件造成二次傷害。靜電的防護貫穿于電子產品的全壽命周期中。表1是部分半導體器件的靜電破壞閥電壓值。

表1　部分半導體器件的靜電破壞電壓

電子裝配生產過程中靜電的危害可以概括為以下五個階段，第一階段：元器件制造，靜電危害部位主要包括切斷、接線、檢測、傳遞、運輸幾個環節；第二階段：單板制造，靜電危害部位主要包括元器件檢測、驗收、分發、插裝、焊接、清洗、檢測、傳遞、包裝、運輸幾個環節；第三階段：單板調試，靜電危害部位主要包括測試、焊接、插裝、傳遞、包裝、運輸幾個環節；第四階段：整體調試，靜電危害部位主要包括安裝、測試、焊接、插裝、傳遞、包裝、運輸幾個環節；第五階段：產品交付，靜電危害部位主要包括產品的驗收、包裝、運輸、通電使用等幾個環節。

2　靜電的防護措施及具體做法

靜電的產生、釋放都具有不確定性，相應靜電的防治是一項高度綜合的系統工程，可以概括為三個基本要素，即防止靜電荷的聚集、建立安全的泄放通道、防靜電措施有效性的控制。靜電的防護工作主要體現在對人、機、料、法、環幾個環節的管控。

2.1材料和工藝的控制

材料根據不同的電阻率可以分為三種，即：表面電阻率<105 Ω/m2的材料稱為導電體；表面電阻率<105-1012Ω/m2的材料稱為防靜電材料；表面電阻率>1012Ω/m2的材料稱為絕緣材料。在控制ESD材料選擇方面，重點關注靜電絕緣材料的使用，盡量少用或者不用絕緣材料，地坪、工作臺或者操作臺使用ESD地板或ESD桌墊。同時建立規范的工藝流程，制定ESD操作規范，在產品周轉、運輸過程中采取防靜電措施，采用防靜電電烙鐵、鑷子等防靜電工具等。

2.2人員和設備的防護

靜電防護區的工作人員必須配備防靜電腕帶、ESD鞋、ESD桌椅、防靜電服等防護裝備，對工作人員進行定期的ESD培訓，增強工作人員防靜電意識，必要時進行考核；為了有效提高產品的防靜電能力，設備可以通過接地釋放靜電電流，或者采取靜電屏蔽法，隔離電磁干擾。即在設計階段針對產品的電磁兼容性和靜電防護，進行有效的靜電屏蔽設計，將敏感器件或部件進行通過金屬外殼進行屏蔽。

2.3對EPA區域環境的管控

對EPA（Electrostatic Discharge Protected Area，防靜電工作區）溫濕度及潔凈度的管控是靜電防護的重要工作內容。材料表面電阻的大小很大程度上取決于環境濕度，通常情況下，濕度與表面電阻成反比，提高濕度，材料表面電阻率下降，電荷泄放時間縮短，相應起點成都降低。當相對濕度<30%時，靜電產生顯著，當相對濕度>65%時，材料上積聚的電荷幾乎可以完全泄放。在控制溫濕度方面通常采用恒溫恒濕調節器或者高濕度空氣靜電消除器，需要注意的是，高濕度環境本身增加運行成本而且過程產生靜電，在使用中有它本身的局限性，應用時針對不同領域采取不同的方式。同時，對EPA區域的粉塵應加以控制，以提高靜電防護水平。

3　靜電防護案例簡介

本電子裝配區域單塊防靜電面積為千余平米，提供穩定可靠接地，且接地電阻＜1Ω，接地效果良好。針對防靜電地面的材料，我們采用環氧防靜電自流平地面，該地面防靜電壽命周期長，且不受溫濕度的影響，可靠性高，接地可靠；在主要入口處設有靜電釋放球，進入該區域的人員首先通過靜電釋放球消除自身攜帶的靜電荷。地坪、人員、操作設備接地安全可靠。

3.1靜電防護管理措施

靜電防護區域（EPA）必須有嚴格的管理制度，同時在進入靜電防護區域應張貼EPA警告標示，經典敏感原件、靜電敏感工作區、靜電敏感包裝都應有明顯的防護標記和標識，對進入該區域的工作人員必須進行ESD專項培訓，進入該區域需按照要求穿好防靜電工作服和防靜電鞋，只有佩帶好腕帶或者腳帶并通過相關靜電測試才能接觸靜電敏感元件或者打開防靜電包裝。靜電服、鞋嚴禁穿出工作區域，并按要求定時清洗。同時對進入EPA區域的物品也要嚴格把關，比如塑料、紙質物品等不得帶進該區域

靜電防護區域的工作人員，每日在操作前必須對工位的接地線、離子風機、工作臺面、腳環或者手環等進行常規檢查以確保防靜電效果良好，靜電防護管理人員必須定期對接地設施、防靜電服及鞋、腕帶、EPA區域的地/臺面等進行靜電防護測試，確保其在靜電防護過程中可靠、有效。同時建立一套嚴格的ESD培訓制度，讓員工從原理上、操作上明白靜電的產生及防護，引導員工養成良好的職業素養，積極主動的參與到靜電防護工作中來。

3.2靜電防護維護注意事項

首先，靜電防護區域工作臺是該區域的核心部位，它可以消除臺面及腕帶的靜電，如果安裝一臺適當大小的離子發生器，則靜電控制效果更優。其次，靜電的破壞在不經意間，且不易發覺，必須嚴格控制進入該區域的人員身份，沒有經過ESD培訓的人員必須由專業人員帶入。最后要杜絕工作人員的私人物品進入該區域，特別是紙質或者塑料物件，日常需要管理者加強對EPA區域工作人員的習慣培養和科學引導，定期的培訓和考核也是必不可少的，只有硬件設施可靠有效，工作人員嚴格按照規定執行，才能為有效的靜電防護打下堅實的基礎。

4　結束語

電子產品從設計之初到最終形成產品，每一個步驟都需要恰當的靜電防護措施，只有行之有效的防護措施，才能克服靜電對產品的危害，提高產品成活率、延長使用壽命。然而，靜電又被形象的比喻為科學之鼠，處處吞噬科學成果，也充分說明靜電危害的緊迫性和靜電防護的必要性。但是靜電防護又是一項復雜的系統工程，并非一朝一夕可以完成，可靠的硬件設施、齊全的靜電防護設備、嚴格的防靜電管理制度等每一個環節都必須足夠重視，多管齊下，靜電防護工作才能落到實處，產品質量才能得到保障。

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作者簡介：孫育剛（1982-），男，漢族，陜西咸陽人，碩士，工程師，主要從事項目管理工作。

收稿日期：2016-1-5

中圖分類號：TN03

文獻標識碼：A