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靜電放電防護工程技術 講師 :洪尚福 序 言 “ 靜電防電 ” (ELECTROSTATIC DISCHARGE.ESD)已 被 認為是造成對靜電放電敏感電子零件的斷續 、 劣化 、 潛 在和災變失效的主要凶手 ,而導致戰艦 、 飛機 、 發射和 導引系統 .電子和資訊設備的故障 ,使得如此昂貴的設 備變得毫無可靠度可言 。 目 錄 一 .何謂靜電放電 二 .靜電損害的消除與避免 三 .如何建立抗靜電的工作站 四 .生產現場靜電防護須知 五 .各種定義與靜電耐壓值 一 .何謂靜電放電 1.何謂靜電放電 : 一累積的靜電荷從一高靜電荷集中區流向一相 反電荷集中區或低電荷集中區 ,特別是地面 ,此 為靜電放電。 通常 ,放電是電荷迅速流動 (火花 ) 。反之 ,便用 消耗來減少電荷集中。 在一靜電放電中 ,電荷的迅速流動會引起很大的 瞬間電流 ,強烈的電場和電磁輻射。當放電通過 或接近電子零件時 ,會損毀電子零件。 2.靜電源 : 在工廠里 ,靜電源到處都有 ,特歸納如下 : 2.1 環境 2-1-1 地板 2-1-2 工作面 2-1-3 主要設備 2-1-4 清潔室 2-1-4-1 牆壁 2-1-4-2 天花板 2-1-4-3 光源固定器 2-1-4-4 通風架 2.靜電源 : 2.2 人 2-2-1 身體 2-2-2 衣服 2-2-3 程序 2.3 材料 2-3-1 原材料 2-3-2 生產輔助物 2-2-3 包裝材料 3.靜電意識 : 採購 行政管理 設計 銷售 技術服務 供應商 接收 顧客 檢驗 運輸 儲存 品管 生產 靜電的發生是全面的 ,因此從設計到技術服務等階段 都要有靜電意識 二 .靜電損害的消除與避免 1.消除靜電損害的簡易程序 : A.減少搬運 B.保持零件於原包裝容器 C.避免人造的衣服 D.不可有任何普通的塑膠在靜電工作室 2.消除靜電放電的原則如下 : A.盡可能消除靜電電荷的形成 ,抗靜電的材料和傳導的 材料做得到 ,一般的塑膠和絲織品便做不到 ,除非經 過局部處理 . B.要是有電荷的話 ,必需在無火花的情況下加以消散 ,好 的導體 (如金屬 .碳膜 .皮膚 )會產生快速的火花放電 , 但粉線色抗靜電的材料不但不會產生火花 ,也不會傳 送火花 . 3.如何避免靜電放電損害 : A.包圍 : 所有基板裝配品 (PCBA)在不使用的狀態下一定要用 抗靜電袋包裝起來 ;基板要保持干凈 ,充電的手指不 可接觸它 ,同時還要遠離普通的塑膠或絲織物 . B.接地 : 所有在座位上的人員都要帶腕帶 ,要離開工作崗位時 才可脫掉 ;桌面或工作表面不應該是傳導的 (黑色碳 膜或金屬 ),不可產生有損害水準的靜電荷 . 4.防止靜電放電損害總論 : A.靜電是由分離非傳導性的表面而起 B.靜電電荷是被導體拾取和傳輸 理想上 ,我們一定要避免已有電荷的良導體接到零件 , 同時也不要接觸或靠近高度充電性的非導體 ,只要遵 守上面兩大原則 ,靜電損害一定是很微小或根本就不 會存在的 . 5. 靜電放電預防規則 : A.包圍 : 用抗靜電材料來包裝零件或裝配品 ,除非是在工作中 B.禁止 : 所有的透明塑膠和絲織物 .氣泡片 .墊子等都要用抗 靜電的材料或用局部抗靜電處理的包裝材料來取代 C.接地 : 搬運人員的皮膚都要帶上具安全電阻系數的腕帶 D.管理 : 工作人員和管理者隨時確認是否遵守上面的原則 ,如 果遵守的話 ,便無靜電放電損害了 6.防護技術 : 防止靜電損害的基本要素是很簡單和易接受的 . A.不動作的敏感零件必需用抗靜電的袋子 .箱子或墊片 包起來 B.僅在無靜電的工作站上才可打開包裝 此工作站一定要有一傳導或抗靜電的工作表面 ,與工 作人員的皮膚使用同一接地點接地 C.未用抗靜電袋或箱子包裝的零件 .基板或裝配品就是 “ 裸體的 ” ,裸露的零件絕對不可被未接地的人員接觸 到 ,也不可接觸到一般的塑膠或絲織品 三 .如何建立抗靜電的工作站 1-1.如何建立抗靜電的工作站 : A.桌墊 : 一工作站的表面或桌面完全不需要是傳導的 ,只要它 不產生傷害性的靜電電荷即可 ,而並不是把桌面接地 就好了 . 一簡單 .未處理的木材表面 (象賣肉攤 )是完全無靜電 的 ,因此 ,任何材料在正常活動下不會產生足以感應 附近的導體迅速放電的靜電電荷 . 1-2.如何建立抗靜電的工作站 : B.接地 : 在此工作站的工作人員的傳導皮膚一定要接地 ,因此 , 是在零電位 .腕帶是最安全 .最方便 .最易監督和最便 宜的方法 ,而不是接到桌面而已 ,而是接到桌面 ,再由 桌面接到大地 . 桌面的接地 ,是連在腕帶連接到大地接地的同一點 . 腕帶一定要有最少 250K 的電阻才能排除電擊的可能 . 電阻器裝在腕帶里以避免如此危險或不舒服的電流流 過人體 . 1-3.如何建立抗靜電的工作站 : 3.腕帶 : A.珠鏈式腕帶附件 :它有一轉軸承以防止糾結 ,並裝有 香蕉插頭 ,帶子裝一 250K 或 1M 的電阻器 ,經特別 小心製造 ,不易故障 . B.VELCRO手鐲式腕帶 :本身是非傳導的 ,但有碳膜片或 “ 扣 ” 在內部 ,導線是最主要的長度 ,且仍然使用絕 緣 體而不是碳膜化塑膠或布 . C.FRED腕帶 :最新的發明 ,是 FRED MYKKANEN設計的 ,是 有一像手表帶的松緊腕帶 ,可分離的按扣連接 . 2.抗靜電包裝材料 : A.注入碳膜的 POLYOLEFIN薄片 ,黑色 ,不透明 ,具有相當高 比例的碳膜 ,使料狀物與粒狀物間彼此接觸以產生高電 傳導系數 B.透明 .粉紅色抗靜電聚乙烯 :在聚 乙 烯樹脂中注入一有機 的抗靜電液體 ,它會流到所有的表面 ,而形成一看不到且 無腐蝕性 .鄰接的濕層以傳導靜電的電流 C.較少使用的不透明物 :此薄片是由 -TYUEK的外層 .真空金 屬化的外部表面 ,中間是一層鋁箔和一內部表面是涂碳 膜的黑色塑膠所組成 D.3M最近推出的靜電隔離薄膜 ,它是由一灰藍色的鎳金屬 化於一薄聚脂片上 ,再壘合於一注入抗靜電液的聚乙烯 內層所組成 四 .生產現場靜電防護須知 1-1.生產場地防靜電規定 : a.禁止直接使用木質地板或鋪設毛 .麻 .化縴地毯 ; b.可選用防靜電活動地板或在普通地面上鋪設防靜電地 墊 ,並有效地接地 ; c.允許使用經特殊處理的水磨石地面 ; d.防靜電系統必須有獨立可靠的接地裝置 ,接地電阻一般 小于 10; e.防靜電地線不得接在電源零線上 ,不得與防雷地線共用 ; f.使用三相五線制供電 ,其大地線可以作為防靜電地線 ; 1-2.生產場地防靜電規定 : g.接地主干線截面積應不小於 100mm2,支干線截面積不小 于 6mm2,設備與工作台的接地線應采用截面積不小于 1.25mm2的多股塑料導線 ; h.接地主干線的連接方式應采用縴焊 ; i.設備的防靜電連接端應保証接觸可靠 ,易裝拆 ,允許使 用各種夾式連接器 ; j.天花板材料應選用抗靜電型材料制品 ,一般可使用石膏 板制品 ,禁止使用塑料制品 ; 1-3.生產場地防靜電規定 : k.生產場所的牆面可使用抗靜電牆紙 ,一般右使用石灰涂 料牆面 ,禁止使用普通牆紙和塑料牆紙 ; l.生產場所的環境相對濕度以不低于 50%為宜 ; m.在不對產品造成有害情況下 ,允許使用增濕設備 ,以增 加溫度 ; n.防靜電工作區的進口處 ,應設明顯標記 ,警示標記要符 合國家標准 ;進口處應配置離子化空氣風浴裝置 . 2-1.生產場地防靜電設施 : a.靜電安全工作台 :由工作台 .防靜電桌墊 .腕帶接頭和接 大地線等組成 ; b.防靜電桌墊上應有兩個以上的腕帶接頭 ; c.靜電安全工作台上不允許堆放塑料盒等易產生靜電的雜 物 ,圖紙資料應放入防靜電文件袋內 ; d.防靜電腕帶 :直接接觸靜電敏感器件的人員均須帶防靜 電腕帶 ,腕帶與人體皮膚有良好接觸 ,腕帶系統對電阻值 應在 106-108 范圍內 ; 2-2.生產場地防靜電設施 : e.防靜電容器 :生產場所的元件承料袋 ,周轉箱 ,PCB料架 等應具備靜電防護作用 ,不允許使用金屬和普通容器 , 周轉箱等必須接地 ; f.防靜電工作服 :進入靜電工作區的人員和接觸 SMD的人 員均應穿防靜電工作服 ,工作服面料應符合國家標准 ; g.在相對濕度大于 50%環境中 ,防靜電工作服允許范圍選 用純棉制品 ; 2-3.生產場地防靜電設施 : h.進入工作區的人員必段穿防靜電工作鞋 ,防靜電工作鞋 應符合國家標准 ,穿普通鞋者應使用導電鞋束或腳跟帶 ; i.生產線上用的傳送帶和傳動軸 ,應裝有防靜電接地的電 刷和支杆 ; j.對傳送帶表面可使用離子風靜電消除器 ; k.生產場所使用的組裝夾具 ,檢測夾具 ,焊接工具 ,儀器等 都應設制良好的接地線 . 3-1.生產現場防靜電操作規程 : a.所有元件的操作都必須在靜電安全工作台上進行 ,凡進 入防靜電工作區的元件都須按防靜電要求來對待 ; b.未采用防靜電包裝的 SMD不得進入生產現場 ; c.從靜電防護容器中取出部件時 ,就該在靜電安全工作台 上進行 ,作為操作人員要遵守以下二點 : (1) 必須穿好防靜電工作服 ; (2) 戴上防靜電腕帶 ,腕帶與皮膚有良好的接觸並可靠 地接地 ; 3-2.生產現場防靜電操作規程 : d.在重要的操作工位要配備監視器 ,以隨時監視腕帶是否 處於正常狀態 ; e.對沒有防靜電包裝的元器件 ,應該在消除靜電后再進入 靜電工作現場 ; f.手拿敏感器件時 ,應避免接觸其引線和接線片 ; g.服裝 ,圖紙資料等不得拉觸元器件 ; h.某些元器件要清洗時 ,不可使用塑料刷子 ; i.操作現場所必須使用不具防靜電功能的工具 ; 3-3.生產現場防靜電操作規程 : j.應使用接地線的低壓直流電動起子等裝聯設備 ; k.在手工焊接時 ,要采用防靜電低壓恆溫烙鐵 ; l.禁止重復使用器件包裝管包裝元器件 ; m.外來人員進處現場 ,未采取防靜電措施 ,不可接觸元 器件 ; n.生產現場的各種設備 ,必須采取防靜電措施 . 4.管理與檢查 : a.操作人員在工作區正常操作時 ,用靜電壓表檢測各處及 各種情況下靜電電壓值一般應小於 100V,特殊情況應小 于 5V; b.腕帶接地線 ,工作台接地線 ,桌墊 ,地墊接地線要做好日 常檢查 ; c.腕帶 .各類墊子每周檢查一次 ,離子靜電消除器每月檢 查一次 ;生產現場使用的各種用具每六個月檢查一次 ; d.做好生產工人 ,管理人員等的防靜電安全教育 . 5.安全 : A.接地危險 : 從不良設備和工作站而來的電氣危險 ,一定要讓所有 人員銘記在心 ,為了達到人員和產品的保護水準 ,對 製程的管制一定要堅持 . B.安全責任 : 它是生產和產品保証主管 安全和醫護人員的共同 責任 . 6.易犯的錯誤 : A.使用白色苯乙烯泡沫板裝基板 B.箱子無蓋 C.使用傳導的地板 ,忽略腕帶 D.特殊場合才帶腕帶 E.使用白色鐵氟龍尖頭 F.用溶劑清洗工作面 G.粉紅色就是抗靜電 H.不用靜電表 I.任何過路人皆可輕易拿東西 五 .各種定義與靜電耐壓值 1-1.各種定義 : a.靜電放電 (ESD): 由不同靜電電位的物體因直接接觸或因靜電場的感應 而導致物體間電荷的移動 ;靜電放電的快速電荷移動 會產生很大的瞬間電流 .強的電場和電磁輻射等 ,它們 如通過或接近電子零件時 ,便會加以破壞 b.靜電放電敏感項目 (ESDS): 對 15.000伏特以下的靜電放電敏感的電氣和電子零件 及裝配品和設備 ;CMOS,NMOS,JFET和其他低功率或緊 公差的零件對靜電入電最敏感 1-2.各種定義 : c.靜電防電保護區 (ESD PROTECTED AREA): 具有限制靜電放電電壓低於靜電放電敏感零件的敏感 水準的靜電放電保護材料和設備的區域 d.局部處理 (TOPICAL INTESTATE): 加在一絕緣材料的表面以降低其摩擦生電的能力的一 種化學劑 e.游離器 (IONIZER) 在一局部的表面上利用對空氣分子充電形成正 .負離 子來消耗靜電電荷的設備 1-3.各種定義 : f.主動零件 (ACTIVE COMPONENT): 能夠控制電路中的電流或電壓 ,以產生增益或開關作 用的電子零件 g.被動零件 (PASSIVE COMPONENT): 一系統的某些損耗的無功率零件 h.電場隔離 (FIELD SHIELDING): 利用傳導容器當做靜電和電磁線的障礙物 ,使被包裝 的東西不會感覺到容器表面的電荷 i.抗靜壓 (ANTISTATIC): 表面電阻系數在 109-1014/SQ 1-4.各種定義 : j.消耗 (DISSIPATIVE): 表面電阻系數在 105-109/SQ k.傳導 (CONDUCTIVE): 表面電阻系數在 0-105/SQ l.硬接地 (HARD GROUND): 將一金屬棒或金屬板埋入地下 ,使其接地電阻在 1.0 以內的任保點 m.軟接地 (SOFT GROUND) 藉一電阻 (一般為 1M) 來限制從可評估的電壓源 而來的電流在 5mA以下 ,來隔離一硬接地的任何點 . 1-5.各種定義 : n.人造的材料和衣服 (SYNTHETIC MATERIAL AND APPAREL): 任何聚脂 .人造織維 .耐龍和其他聚脂和布所製造 的東西都會產生靜電 o.摩擦電荷 (TEIBOELECTRIC CHARGE): 當兩個或兩個以上的表面在緊密接觸下加以分離時 , 因相互的移動和摩擦而產生靜電荷 ;當相反的表面有 電子時 ,電子會從另一表面脫離 p.脫離 (SLOUGHING): 當一材料被彎曲或磨擦而導致顆粒物的脫落 1-6.各種定義 : q.等位結合 ,分路 (EQUIPOTENTIAL BONDING,SHUNTING): 一零件或裝配品的零件腳和端子連接在一起后 ,通 過一低阻抗 ,或大大地降低靜電放電的損害 r.高傳導材料 (BULK CONDUCTIVE MATERIAL): 在熱塑性樹脂或其它一般性的絕緣材料內加入一傳 導物質或金屬 (一般是碳膜 )以降低電阻系數在傳導 范圍內 s.抗靜電材料 (ANTISTATIC MATERIAL): 在一熱塑性樹脂或其它一般性的絕緣材料內加入一 抗靜電物質使它有抗拒摩擦生電的電荷和降低電阻 系數在抗靜電范圍內 2.歸整靜電放電保護設備的規格 : -1 腕帶到插頭 /夾子 1M 250K -2 工作桌面接地線到接地 1M 250K -3 地毯接地線到接地 1M 250K -4 設備外殼到接地 20 -5 接地方塊到接地 20 -6 工作桌面的按扣按扣 20 -7 焊接頭到接地 20 項 目 電 阻 值 A.在各種 SMT生產現場易產生的靜電壓值 濕度 濕度 10-20% 65-90% 坐在流水線工位上接觸到聚 脂類袋時 20000V 1200V 坐在操作工位聚胺酯物體接 觸時 18000V 1500V 在乙烯樹脂地地板上走動時 用手拿著乙烯塑料袋將器件 放入時 12000V 250V 7000V 600V 生產場合 靜電壓值 在生產車間地毯上走動時 35000V 1500V B.由靜電作用對各類 SMD的擊穿電壓 表面貼裝器件 擊穿電壓 砷化 鎵 5-100V MOS FET 100-200V FE-ROM 100-150V 運算放大器 190-2500V CMOS 200-3000V 肖特基二極管 300-2500V 屏蔽薄膜電阻器 300-3000V 晶體三極管 300-700V 邏輯發射TTL 1000-2500V
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