電子產品加工中靜電防護措施研究

日期:2018-05-26 / 人氣: / 來源:www.zkibp.tw

電子產品加工中靜電防護措施研究

電子產品加工中涉及到靜電防護的常用術語

靜電釋放

靜電釋放(ESD)是靜電荷在兩個由靜電源產生的帶有不同電位的物體之間快速傳遞的現象。當靜電荷接觸或接近靜電敏感元器件時會對元器件造成損傷。

電氣過載

電氣過載(EOS)是有害的電能作用導致元器件損傷的內在結果。這種損傷的來源很多,如:用電的生產設備或人工操作過程中產生的ESD。

靜電釋放敏感元器件

靜電釋放敏感(ESDS)元器件是那些容易受此類高能放電影響的元器件。元器件對ESD的相對敏感程度取決于其結構與材料。敏感度會隨著元器件越來越小、運算速度越來越快而增加。

靜電對電子產品的危害

操作不當會使ESDS元器件失效或發生元器件性能的改變。這些失效可能會立即發生或潛伏起來。立即失效的結果可以單獨測試、返工或報廢。而潛伏失效的后果是最嚴重的。即使產品通過了檢驗和功能測試,仍有可能在送到客戶手中后失效。

對ESDS元器件在電子方案開發及設計和包裝方面進行保護是很重要的。在制造和組裝區域,我們經常會用一些沒有任何保護的電子裝置(如測試夾具)來連接ESDS元器件。切記只有在靜電防護區(EPA)內的EOS/ESD安全工作臺上才可以從防靜電包裝中取出ESDS物品。

電子產品受到的靜電損傷來源

工作臺面 打蠟、涂料或油漆表面
未處理的聚乙烯和塑料
玻璃
地板 灌封混凝土
打蠟或成品木材
地瓷磚和地毯
服裝和人員 非ESD防護服
合成材料
非ESD防護鞋
頭發
座椅 成品木材
聚乙烯類
玻璃纖維
絕緣輪子
包裝和操作材料 塑料袋、包、封套
泡沫袋、泡沫塑料
聚苯乙烯塑料
非ESD防護盒、托盤、容器
組裝工具和材料 壓力噴射
壓縮空氣
合成毛刷
熱風槍、吹風機
復印機、打印機

電子元器件會受到許多不同來源的有害電能的損害。這些有害電能可以是ESD電壓的結果或來自我們使用的工具,如電烙鐵、吸錫器、測試儀器或其它電子設備所產生的尖峰電脈沖。有些器件較其他器件更為敏感。敏感度原本是器件功能設計上的一個指標。一般來說,速度較快、體積較小的器件,比起速度較慢、體積較大的前一代同類器件具有更高的敏感度。器件的用途或種類對于敏感度起著決定性的作用。這是因為某些器件在設計上就使得它對較小的電信號或在較寬的頻率范圍作出響應。以目前的產品而言,EOS的問題比幾年前要嚴重得多,將來還會更加嚴重。

當考慮產品的敏感度時,我們必須著眼于組件中最敏感元器件的敏感度。有害的電能會如同正常信號作用于電路中一樣,被傳導或處理。在操作或處理敏感元器件前,確保工具和設備不會產生破壞性的電能非常重要,包括尖峰電壓。目前的研究表明,小于0.5伏的電壓和脈沖是可以接受的。然而,當極敏感元器件數量增加,要求烙鐵、吸錫器、測試儀器和其它設備所產生的脈沖不能高于0.3伏。

如大多數ESD規范所要求,對設備進行定期的測試可防止因長期使用導致性能下降而引起的損害。為保持生產設備不致造成EOS損害的能力,保養工作同樣是不可或缺的。

由于EOS損傷和ES損傷都是由不希望的電能造成的破壞性后果,兩者本質上十分相似。

如果確實會發生ESD損傷,最好的防護辦法是將防止靜電的生成與消除生成的靜電相結合。所有ESD防護技術和產品的原理都是基于以上兩者或其中之一。

ESD損傷是靜電源所產生的電能作用于或過于接近ESDS元器件的結果。靜電源在我們身邊隨處可見。生成的靜電強度取決于靜電源的特性。生成靜電需要物體的相對運動。它們包括物體的接觸、分離、摩擦等。

引起靜電釋放的罪魁禍首是絕緣材料,因為絕緣材料將產生/獲得的靜電荷收集起來,而不允許其從材料表面擴散。常見的材料如塑料袋或聚苯乙烯泡沫塑料容器都會產生嚴重的靜電,不適于使用在操作區,尤其是靜電安全區(EPA)內。從膠帶卷上剝膠帶的動作能產生20000伏的電壓。甚至壓縮空氣吹在絕緣表面也會產生靜電荷。

破壞性的靜電釋放常常由鄰近的導體引發,如人體皮膚,并釋放到組件的導體上。當攜有靜電荷的人體接觸印制板組件時就會發生以上情況。靜電通過導電圖形到達ESDS元器件放電時,電子組件會被破壞。遠低于人體能夠感覺到的靜電釋放(小于3500伏),仍會損害ESDS元器件。

典型的靜電壓生成強度表

來源 濕度
10-20%
濕度
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
座椅上的工作人員 6,000伏 100伏
聚乙烯封套(作業指導書) 7,000伏 600伏
從工作臺面上拿起塑料袋 20,000伏 1,200伏
有泡沫墊的工作座椅 18,000伏 1,500伏

電子產品加工靜電標識

警告標識可供懸掛、張貼于廠房、元器件、組件、設備和包裝上,用以提醒人們有可能對所操作的元器件造成靜電或電氣過載損傷。

ESD敏感符號標志ESD防護符號
靜電敏感及靜電防護符號

符號(1)ESD敏感符號。三角形內有一只畫有斜杠欲觸摸的手,這個符號用來表示該電子或電氣元器件或組件容易被ESD事件損傷。

符號(2)ESD防護符號。與ESD敏感符號不同的是有一圓弧包圍著三角形,手上沒有那條斜杠。它用來標識專為ESD敏感組件和器件設計的提供ESD防護的器具。

符號(1)和(2)用于標識含有ESD敏感器件的裝置或組件,操作時必須區別對待。

電子產品加工常用靜電防護材料

注:沒有ESD警告標識并不一定意味著該組件對ESD不敏感。當懷疑組件的靜電敏感性時,在得出結論之前必須按敏感器件處理。

當在非靜電安全環境或工作區時,必須保護ESDS元器件和組件不受靜電源損害。保護措施包括導電的靜電屏蔽盒、防護罩、袋或包裝等。

只有在靜電安全工作區,才能將ESDS器件從其靜電防護包裝中取出。

了解三種不同類型的防護包裝的區別是很重要的:

(1)靜電屏蔽(或阻擋層包裝)材料;

(2)抗靜電材料;

(3)靜電消散材料。

靜電屏蔽包裝可防止靜電釋放穿透包裝進入組件引起損傷。

抗靜電(低充電性)材料可作為ESDS物品廉價的減振材料和中間層包裝材料。抗靜電材料處于運動時不產生電荷。但是,如果發生了靜電釋放,它能穿透包裝進入組件,造成對ESDS元器件的EOS/ESD損傷。

靜電消散材料具有足夠的傳導性,使電荷能通過其表面消散。離開EOS/ESD防護工作區域的部件必須使用靜電屏蔽材料包裝,通常在包裝的中間層還夾有靜電消散材料和抗靜電材料。

不要被包裝材料的“顏色”誤導。業界普遍認為“黑色”包裝具有靜電屏蔽能力或是導電的,而“粉紅色”是抗靜電的。即使這通常是正確的,但也可能會誤導。另外,目前市場上有許多新型的透明材料,它們可能是抗靜電甚至是靜電屏蔽材料。一段時期內,曾經假定生產中使用的透明包裝材料都具有EOS/ESD危害性。而現在來看不一定正確。

注意:

一些靜電屏蔽材料和抗靜電材料,以及某些局部用抗靜電劑可能會影響制程中組件、元器件和材料的可焊性。應該小心選擇對產品無污染的包裝和操作材料,并遵循廠商提供的使用說明。清洗靜電消散或抗靜電材料表面的溶劑會降低他們的ESD防護性能。要遵循制造商關于清洗的建議。

電子產品加工靜電防護工作臺

EOS/ESD安全工作臺能防止在操作時產生的尖峰脈沖和靜電釋放對敏感元器件的損害。安全工作臺應該具有對EOS損害的防護功能,避免維修、生產、測試等設備產生的尖峰脈沖。電烙鐵、吸錫器和測試儀器產生的電能足以毀壞極其敏感的元器件并降低其它元器件的性能。

為了做到ESD防護,必須提供一個接地路徑來中和靜電荷,否則靜電能將釋放在器件或組件上。ESD安全工作臺/EPA還具有接地的靜電消散和抗靜電臺面。對于操作人員的皮膚也提供了接地途徑,消除皮膚或衣物產生的靜電,較好的選擇是防靜電腕帶。

在接地系統中必須采取措施,用于防止粗心大意或設備故障產生的電流對于操作人員的人身傷害。一般是在接地路徑中接入一個電阻,該電阻同時會放慢衰減時間,防止來自靜電源產生的電能尖峰。另外,必須檢查所使用的電源電壓,在工作臺上考慮引入適當的保護以防工作人員受到電氣傷害。

靜電安全操作所允許的最大接地電阻和放電時間

電子產品加工防靜電工作臺示意圖電子產品加工防靜電工作臺

電子產品加工防靜電工作臺示例

必要時,在比較敏感場合可能要求使用空氣離子發生器。離子發生器的選擇、擺放位置和使用方法必須保證其有效性。

保持靜電消散和抗靜電表面工作臺無靜電源材料,如聚苯乙烯泡沫塑料、塑料吸錫器、紙質包裝袋、塑料或紙質筆記本、物件夾以及員工個人物品。

定期檢查工作臺/EPA,以確保其有效性。不正確的接地方式或接地部位氧化可能造成對EOS/ESD裝置和人員的傷害。工具和設備也必須定期檢查和保養以保證其能正常使用。

注:由于各公司環境設施的獨特性,必須特別注意“第三線”接地端。不同于工作臺面或大地,第三地線經常會有80伏到100伏的懸浮電位。完善接地的EOS/ESD工作臺上的電子組件與接有第三地線的電子工具之間這80-100伏的電壓,可能會對EOS敏感元器件或人體造成傷害。大多數ESD規范要求使其達到相同的電勢。在此特別推薦在EOS/ESD工作臺/EPA上使用接地故障中斷器(GFI)電信號輸出。

【格亞信電子】是專業從事電子產品設計、電子方案開發、電子產品PCBA加工的深圳電子方案公司,主要設計電子產品包括工控、汽車、電源、通信、安防、醫療電子產品開發。

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作者:電子產品加工


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