电子产品加工中静电防护措施研究

日期:2018-05-26 / 人气: / 来源:www.gycsjx.com

电子产品加工中静电防护措施研究

电子产品加工中涉及到静电防护的常用术语

静电释放

静电释放(ESD)是静电荷在两个由静电源产生的带有不同电位的物体之间快速传递的现象。当静电荷接触或接近静电敏感元器件时会对元器件造成损伤。

电气过载

电气过载(EOS)是有害的电能作用导致元器件损伤的内在结果。这种损伤的来源很多,如:用电的生产设备或人工操作过程中产生的ESD。

静电释放敏感元器件

静电释放敏感(ESDS)元器件是那些容易受此类高能放电影响的元器件。元器件对ESD的相对敏感程度取决于其结构与材料。敏感度会随着元器件越来越小、运算速度越来越快而增加。

静电对电子产品的危害

操作不当会使ESDS元器件失效或发生元器件性能的改变。这些失效可能会立即发生或潜伏起来。立即失效的结果可以单独测试、返工或报废。而潜伏失效的后果是最严重的。即使产品通过了检验和功能测试,仍有可能在送到客户手中后失效。

对ESDS元器件在电子方案开发及设计和包装方面进行保护是很重要的。在制造和组装区域,我们经常会用一些没有任何保护的电子装置(如测试夹具)来连接ESDS元器件。切记只有在静电防护区(EPA)内的EOS/ESD安全工作台上才可以从防静电包装中取出ESDS物品。

电子产品受到的静电损伤来源

工作台面 打蜡、涂料或油漆表面
未处理的聚乙烯和塑料
玻璃
地板 灌封混凝土
打蜡或成品木材
地瓷砖和地毯
服装和人员 非ESD防护服
合成材料
非ESD防护鞋
头发
座椅 成品木材
聚乙烯类
玻璃纤维
绝缘轮子
包装和操作材料 塑料袋、包、封套
泡沫袋、泡沫塑料
聚苯乙烯塑料
非ESD防护盒、托盘、容器
组装工具和材料 压力喷射
压缩空气
合成毛刷
热风枪、吹风机
复印机、打印机

电子元器件会受到许多不同来源的有害电能的损害。这些有害电能可以是ESD电压的结果或来自我们使用的工具,如电烙铁、吸锡器、测试仪器或其它电子设备所产生的尖峰电脉冲。有些器件较其他器件更为敏感。敏感度原本是器件功能设计上的一个指标。一般来说,速度较快、体积较小的器件,比起速度较慢、体积较大的前一代同类器件具有更高的敏感度。器件的用途或种类对于敏感度起着决定性的作用。这是因为某些器件在设计上就使得它对较小的电信号或在较宽的频率范围作出响应。以目前的产品而言,EOS的问题比几年前要严重得多,将来还会更加严重。

当考虑产品的敏感度时,我们必须着眼于组件中最敏感元器件的敏感度。有害的电能会如同正常信号作用于电路中一样,被传导或处理。在操作或处理敏感元器件前,确保工具和设备不会产生破坏性的电能非常重要,包括尖峰电压。目前的研究表明,小于0.5伏的电压和脉冲是可以接受的。然而,当极敏感元器件数量增加,要求烙铁、吸锡器、测试仪器和其它设备所产生的脉冲不能高于0.3伏。

如大多数ESD规范所要求,对设备进行定期的测试可防止因长期使用导致性能下降而引起的损害。为保持生产设备不致造成EOS损害的能力,保养工作同样是不可或缺的。

由于EOS损伤和ES损伤都是由不希望的电能造成的破坏性后果,两者本质上十分相似。

如果确实会发生ESD损伤,最好的防护办法是将防止静电的生成与消除生成的静电相结合。所有ESD防护技术和产品的原理都是基于以上两者或其中之一。

ESD损伤是静电源所产生的电能作用于或过于接近ESDS元器件的结果。静电源在我们身边随处可见。生成的静电强度取决于静电源的特性。生成静电需要物体的相对运动。它们包括物体的接触、分离、摩擦等。

引起静电释放的罪魁祸首是绝缘材料,因为绝缘材料将产生/获得的静电荷收集起来,而不允许其从材料表面扩散。常见的材料如塑料袋或聚苯乙烯泡沫塑料容器都会产生严重的静电,不适于使用在操作区,尤其是静电安全区(EPA)内。从胶带卷上剥胶带的动作能产生20000伏的电压。甚至压缩空气吹在绝缘表面也会产生静电荷。

破坏性的静电释放常常由邻近的导体引发,如人体皮肤,并释放到组件的导体上。当携有静电荷的人体接触印制板组件时就会发生以上情况。静电通过导电图形到达ESDS元器件放电时,电子组件会被破坏。远低于人体能够感觉到的静电释放(小于3500伏),仍会损害ESDS元器件。

典型的静电压生成强度表

来源 湿度
10-20%
湿度
65-90%
地毯上行走 35,000伏 1,500伏
聚乙烯地板上行走 12,000伏 250伏
座椅上的工作人员 6,000伏 100伏
聚乙烯封套(作业指导书) 7,000伏 600伏
从工作台面上拿起塑料袋 20,000伏 1,200伏
有泡沫垫的工作座椅 18,000伏 1,500伏

电子产品加工静电标识

警告标识可供悬挂、张贴于厂房、元器件、组件、设备和包装上,用以提醒人们有可能对所操作的元器件造成静电或电气过载损伤。

ESD敏感符号标志ESD防护符号
静电敏感及静电防护符号

符号(1)ESD敏感符号。三角形内有一只画有斜杠欲触摸的手,这个符号用来表示该电子或电气元器件或组件容易被ESD事件损伤。

符号(2)ESD防护符号。与ESD敏感符号不同的是有一圆弧包围着三角形,手上没有那条斜杠。它用来标识专为ESD敏感组件和器件设计的提供ESD防护的器具。

符号(1)和(2)用于标识含有ESD敏感器件的装置或组件,操作时必须区别对待。

电子产品加工常用静电防护材料

注:没有ESD警告标识并不一定意味着该组件对ESD不敏感。当怀疑组件的静电敏感性时,在得出结论之前必须按敏感器件处理。

当在非静电安全环境或工作区时,必须保护ESDS元器件和组件不受静电源损害。保护措施包括导电的静电屏蔽盒、防护罩、袋或包装等。

只有在静电安全工作区,才能将ESDS器件从其静电防护包装中取出。

了解三种不同类型的防护包装的区别是很重要的:

(1)静电屏蔽(或阻挡层包装)材料;

(2)抗静电材料;

(3)静电消散材料。

静电屏蔽包装可防止静电释放穿透包装进入组件引起损伤。

抗静电(低充电性)材料可作为ESDS物品廉价的减振材料和中间层包装材料。抗静电材料处于运动时不产生电荷。但是,如果发生了静电释放,它能穿透包装进入组件,造成对ESDS元器件的EOS/ESD损伤。

静电消散材料具有足够的传导性,使电荷能通过其表面消散。离开EOS/ESD防护工作区域的部件必须使用静电屏蔽材料包装,通常在包装的中间层还夹有静电消散材料和抗静电材料。

不要被包装材料的“颜色”误导。业界普遍认为“黑色”包装具有静电屏蔽能力或是导电的,而“粉红色”是抗静电的。即使这通常是正确的,但也可能会误导。另外,目前市场上有许多新型的透明材料,它们可能是抗静电甚至是静电屏蔽材料。一段时期内,曾经假定生产中使用的透明包装材料都具有EOS/ESD危害性。而现在来看不一定正确。

注意:

一些静电屏蔽材料和抗静电材料,以及某些局部用抗静电剂可能会影响制程中组件、元器件和材料的可焊性。应该小心选择对产品无污染的包装和操作材料,并遵循厂商提供的使用说明。清洗静电消散或抗静电材料表面的溶剂会降低他们的ESD防护性能。要遵循制造商关于清洗的建议。

电子产品加工静电防护工作台

EOS/ESD安全工作台能防止在操作时产生的尖峰脉冲和静电释放对敏感元器件的损害。安全工作台应该具有对EOS损害的防护功能,避免维修、生产、测试等设备产生的尖峰脉冲。电烙铁、吸锡器和测试仪器产生的电能足以毁坏极其敏感的元器件并降低其它元器件的性能。

为了做到ESD防护,必须提供一个接地路径来中和静电荷,否则静电能将释放在器件或组件上。ESD安全工作台/EPA还具有接地的静电消散和抗静电台面。对于操作人员的皮肤也提供了接地途径,消除皮肤或衣物产生的静电,较好的选择是防静电腕带。

在接地系统中必须采取措施,用于防止粗心大意或设备故障产生的电流对于操作人员的人身伤害。一般是在接地路径中接入一个电阻,该电阻同时会放慢衰减时间,防止来自静电源产生的电能尖峰。另外,必须检查所使用的电源电压,在工作台上考虑引入适当的保护以防工作人员受到电气伤害。

静电安全操作所允许的最大接地电阻和放电时间

电子产品加工防静电工作台示意图电子产品加工防静电工作台

电子产品加工防静电工作台示例

必要时,在比较敏感场合可能要求使用空气离子发生器。离子发生器的选择、摆放位置和使用方法必须保证其有效性。

保持静电消散和抗静电表面工作台无静电源材料,如聚苯乙烯泡沫塑料、塑料吸锡器、纸质包装袋、塑料或纸质笔记本、物件夹以及员工个人物品。

定期检查工作台/EPA,以确保其有效性。不正确的接地方式或接地部位氧化可能造成对EOS/ESD装置和人员的伤害。工具和设备也必须定期检查和保养以保证其能正常使用。

注:由于各公司环境设施的独特性,必须特别注意“第三线”接地端。不同于工作台面或大地,第三地线经常会有80伏到100伏的悬浮电位。完善接地的EOS/ESD工作台上的电子组件与接有第三地线的电子工具之间这80-100伏的电压,可能会对EOS敏感元器件或人体造成伤害。大多数ESD规范要求使其达到相同的电势。在此特别推荐在EOS/ESD工作台/EPA上使用接地故障中断器(GFI)电信号输出。

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作者:电子产品加工


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