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工厂的防静电对策

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工厂的防静电对策
2012-12-20
江苏星锐物联网股份有限公司
静电的基本知识
易受静电破坏的场所
工厂的静电对策
防静电的具体实施
消除静电的方法
静电防护工作中的注意事项
ESD防护的物品仪器设备

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一、静电的基本知识
1、静电的发生与带电
        所谓静电，主要是指伴随两个物体的接触和分离等力学运动，本来是中性的物体，呈现往正或负某一方偏移的状态的电荷。另外，已产生的静电在物体上蓄积称之为静电带电。

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2、各种静电带电现象
静电带电现象有多种，常见的有:
摩擦带电:两物体摩擦产生静电。特别是绝缘体之间更容易产生静电并很难除掉。
     人行走时（鞋底和地面的摩擦、衣服的摩擦）
剥离带电:在剥离密切贴附的物体时会产生静电。物质间相互传送电荷并按照带电列极性带上电荷。 一般情况下，高电位带电可达到数百~数千Ｖ。

撕掉胶带（撕掉保护膜）
  ①平衡状态          ②接触(离子移动)     ③形成电气二重层      ④因剥离带电
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诱导带电:带电物体附近有绝缘导体时，受静电诱导的电荷分布不均会导致导体带电。
         因此，电子部品和实装基板的周围有带电物体的情况，就算不直接接触，也必须考虑电子部品和实装基板带电的问题。
流动带电：管路中液体、气体的流动 
搅拌带电：储存槽内液体的流动
飞沫带电：液体、气体细小分开的飞散 
……

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半导体装置的静电敏感度-静电敏感器件       (Static Sensitive Device 简称SED）
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3、ESD(Electro-Static discharge静电放电)的风险     从上表可以看出电子元器件静电承受电压是很低的，敏感元件只需要20V的电压即能被损坏（大部分＜1000V)。而且大部分的静电破坏是潜在的，并不能够被马上识别出。找出静电破坏的证据和根源一般相当不容易，而且成本可能很高。
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4、静电对电子工业的影响
 4-1、微污染
   因为任何时候晶片本身或空气中的灰尘粒子带有电荷，在它附近即会出现一个电场，靠近这些材料将感应由此被极化。库伦力F即会出现并将它们拉在一起，如果两者带 有不相同的电荷，那结果更不用说了。

为了消除微污染，对于有的产品即使对大电流不敏感，但对尘埃污染敏感的元件也需要进行静电的防护，如FPC原材料，避免造成FPC异物。

由于B上发生极化而感出库伦力F

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备注：半导体放电一是会导致电子元器件本身受到静电造成损伤
备注：8
4-2、静电失效
        大规模的生产、包装或测试过程中，静电放电对电子装置所造成的危害是无须置疑的。随着对器件体积各容限的要求的提高，电路尺寸也已不断地减少，但这也使得器件对静电放电的危害承受力下降。特别是在专为越来越低的工作电压所设计的电路中，微小的电荷就能导致致件损坏。一旦器件在制造阶段发现问题并解决问题所需的费用是高昂的。

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备注：半导体放电一是会导致电子元器件本身受到静电造成损伤
备注：9
5、静电造成的损害：
元件吸附灰尘，改变线间的阻抗，影响元件的功能及寿命。
因电场或电流破坏元件绝缘层和导体，使元件不能工作（完全破坏）。
因瞬间的电场软击穿或电流产生过热，使元件受伤，虽然仍能工作，但是寿命受损。

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备注：半导体放电一是会导致电子元器件本身受到静电造成损伤
备注：10
6、静电放电敏感试验的三个模型及标准：

人体放电模式（Human Body Model ， HBM）－（标准：EOS/ESD-S5.1） 顾名思义此为借由人体于走动摩擦产生静电，而影响到组件的模式。
机械放电模式（电场感应模式Field Induced Model ， FIM）－（标准：EOS/ESD-S5.2）指由于外来电场感应产生电荷。
带电器件放电模式（ Charged Device Mode，CDM ）－（标准：EOS/ESD-S5.3）。

上述FIM模式中当组件被移离开电场,巧遇机缘将电荷引导接地就变成导接地就变成CDM模式。

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备注：11
二、易受静电破坏的场所
        实际上电子产品从生产到使用的全过程，从器件制造到插件装焊，整机装联，包装运输直至产品应用都在静电的威胁之下。
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三、工厂的静电对策
1、静电对策的基本
静电对策的基本考虑方式有：
 防止静电产生
 即使产生了静电也不带电
 即便带电也不放电（适量缓慢释放）
以此为本进行对策。

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2、工厂常用的静电对策
2-1、工厂环境
        作为工厂环境内的防静电对策的根本应设置静电对策用接地线。不得已的情况除外，应与设备用接地线分离，单独铺设防静电对策用的接地线。
        另外，与铺设接地线对策并用的还有湿度控制。如果湿度能控制在５０～６０％左右就能大幅有效防止静电的产生。

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备注：14
2-2、作业环境
    对作业台及作业椅子等工厂内使用物品的基本对策是连接接地线，确保静电的释放路径。
        换言之，在有带电可能性的场所使用表面电阻率在104～109Ω／□之间的材料，并且与防静电对策用接地线相连接。
        另外，使用不锈钢钢板时，由于自身的电阻率较低，电流突然通过接地线就会造成半导体部品的破损和设备的漏电，所以从保护人身安全考虑应该在通路中加入１ＭΩ的电阻。

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备注：15
2-3、作业者
    作业者防静电对策的基本是穿戴防静电服、静电手环和静电鞋。
    通常情况下，人体和椅子及衣服摩擦、鞋与地面的摩擦等会产生数ｋＶ的带电。防带电作业服可以抑制带电，并且静电可以通过静电手环和静电鞋接地，不对半导体放电。静电手环内置１ＭΩ(１０６Ω)的电阻，目的是为了发生漏电时保护作业人员无触电危险。
    其中最基本的要求是产线上所有接触半导体和基板的作业人员都应严格遵守各项规定。特别是向外来客人解说的人员和技术或生产技术担当者等，也就是说即使是平常作业者以外的人员不会接触到基板也应严格遵守。

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备注：16
2-4 、设备/治具
      对设备/治具的静电对策基本上与作业台和作业椅的对策相同。也就是说，在有带电可能性的场所，应使用表面电阻率高（在106～109Ω／□范围内）的材料，设备与治具都要用接地线相连接。
        传送带本体与回转部分应与接地线连接，无法连接的部分应用除电刷等进行除电。
         焊烙铁、电动或气动螺丝刀使用3芯型的，若用2芯的话要与接地线连接。
        镊子、刷子等用防静电专用刷。
        在治具设计时应特别注意选择不易带电的材料。

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2-5、基板存放
    基板存放的防静电对策基本上分为两部分。首先，对静电耐压值以下的静电实施抑制管理；同时，除了对作业者采取措施之外还有必要注意用防静电袋来存放基板。
    其次，基板实装结束的部品因为回路设计时已进行了防护，部品单品的静电耐压值有提高，这是事实。但是，如果使用没有进行静电对策的周转箱就很容易带上数ｋＶ的静电，所以有必要使用防静电的周转箱或者其它采取静电防护的周转车等存放。

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备注：18
2-6、除电器
      前面所陈述的接地对策，对导体来说是有效的，但对于绝缘体来说基本上没有什么作用。若是绝缘体带电的话，就算接地电荷也不会移动。
        对于带电的塑料和外壳除电，以及其他接地无法对策的情况，使用除电器就可以解决。另外，如果使用表面电位计检查带电状况后，接地也无法取得良好除电效果的话，有必要考虑是否应导入除电器。

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备注：19
2-7、检测
       为了确认各种对策的效果，使用表面电位计测量电位。
        虽然有必要精确测量带电物体的电荷，但因为这种测量比较困难，所以现在采用的一般较广泛的电位测量。对生产中使用的作业台和作业椅、周转箱和插板、作业者等的带电电位进行测量。
        另外，作业台前放置导电垫时，测定接地电阻的同时，还应确定接地点的阻值是否在适合的范围内，这是非常重要的。
         还有购入防静电周转箱和印刷基板收纳箱时，如果想知道其材质及导电率的话，可以测定表面阻率。

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备注：20
2-8、管理
     采取的静电对策必须进行管理，要确认静电手环的导通和接地间的阻值。虽说静电手环的耐用性有很大的提高，但由于是极易断线和发生导通不良的物品，所以需要每天进行确认。
        关于静电鞋，接地间的阻值不会急剧变动，但如果鞋底变脏会降低其导电性，所以还是有确认阻值的必要。
        最后，为了识别静电对策品和未对策品，以及明示对策品，需要使用“防静电标识”并能有效识别多数的周转箱。

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备注：21
四、防静电的具体实施
 1、ESD的首要认知是：
        你个人是整个防制过程中最重要的一部分，ESD主要症结在于人员的管理问题。缺乏人员的完全参与，任何的防护计划均无法实行。
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2、缺乏管制意识的主要原因：

和电子器件相比之下，我们敏感性极差。

1、人能 * 感觉到：＞2000－3000V
                  听到：　＞4000－5000V
　　　　  见到：　 ＞5000V
而敏感器件只须＜100V便能被损坏（大部分＜1000V）
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备注：23
3、防静电的具体操作
3-1、划分静电安全区域
 完整的导电材料及接地系统,使产生静电运动物体及时泄放或中和。
 通常规定在该区域内任意两点之间的静电电压不得超100V。
防静电工作区:由各种防静电设施、器件及明确的区域界限形成的工作场地

静电安全
工作区2
静电屏蔽容器
静电安全工作区1
防静电标志应符合GJB 1649的规定，如下图所示 
注意:静电工作区域标志为黄黑相间的斜条纹，线条宽度为2 ~ 5 cm，如下图所示

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备注：24
3-2、在静电安全区域使用或安装敏感元件

离子风机
防静电
桌 垫
防静电
工作台
屏蔽袋
防静电
地 板
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备注：25
3-3、用静电屏蔽容器运送敏感元件或电路板

静电敏感元件应用封闭的导电容器存放或运输,只有在静电防护工作区或容器置在接地的静电表面,才可打开防静电容器。

把静电敏感元件放于周转箱或可再用静电电屏蔽袋或TYAY中
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备注：26
3-4、定期检测所安裝的静电防护系统是否操作正常

定期测试静电环及静电鞋的接地电阻是否介于百万至千万欧姆內。
 定期测试桌垫接地电阻是否介于百万至千万欧姆之内并检查接地通路。
 测试在用屏蔽袋是否符合规格。
及时向静电防护人员报告问题并予以记录

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3-5、确保供应商明白及遵从以上原则。

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备注：28
3-6、其它防护措施

避免静电敏感元件及电路板与塑胶制品或工具接触，如计算器，电脑及电脑线端。
把所工具及机器接上地线。
用防静电桌垫。
遵守公司的电气安全规定与静电防护规定。
禁止没有带手环的员工及客人接近静电防护工作站并立刻告之有关引致静电电破坏的可能。
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备注：29
五、消除静电的方法
             在静电防护过程中打算将静电完全消除是困难的，但是我 们可采取措施，将静电的产生和积聚控制在最小限度之内。
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1、导电性物体的静电消除

导电物体的物理性是物体中的电子可以自由移动，电位会迅速一衡，达到每点电位相等。因此我们利用电子自由移动特性，给导电物体接地，给予不平衡电子一个通路， 将多余的电子释放至大地，即可消除物体带的静电。

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备注：31
2、非导体静电的消除

非导体的电荷无法在物体中自移动，要想将其表面电荷消除，只能采用以下方法:
  * 控制环境的温度和湿度
  * 用静电导体制品取代非导体制品
  * 采用静电消除剂
  * 采用静电屏蔽

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备注：32
六、静电防护工作中的注意事项
静电衣必须确实穿着以确保无内层衣物外露，避免其它饰物碰触元件, 及肩长发应绑束于脑后再戴静电帽。
减少手与静电敏感元件间非必要的接触，且愈少愈好。
敏感元件置于静电消散桌垫上时应将元件pin脚朝下,元件的线脚可藉此得到保护。
请勿在任何工作表面滑动静电敏感元件。滑动造成摩擦并进而产生静电荷。
处理IC元件时应将接触元件本体，避免碰触线脚，线脚是最容易造成元件损坏的传导路径。

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不可将元件置於防护容器外。
不可将绝缘材料及高静电物品存放于静电料盒或静电工作区内。比如：塑胶资料夹或书面资料置于容器内，标签应贴于容器外面。
进入静电安全工作区，应遵循公司静电防护程序。
注意静电标签。

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1、静电手环(Wrist Straps)
为什么要戴静电环呢？（限流电阻及金属导体）
   A. 静电释放
   B. 降低电压，保护元件及人体
   C. 限制电流，使通过人体的电流小于5mA
正确配戴:
   A. 让静电环上金属片充分接触人体皮肤
   B. 保证静电腕线确实与接地线连接
   C. 每次作业之前必须用静电环测试器测量人体接地状况；测试器上绿灯亮并伴有蜂铃声，则表明接地状况良好，可取用静电敏感元件。

七、ESD防护的物品仪器设备
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紧贴皮肤  限流电阻
确实接地  易于分离

OK
NG
NG
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2、静电扣，防静电桌垫
                处理静电放电敏感（ESDS）元件,工作台应为接地的、去静电桌面。绝不可使用金属桌面代替去静电桌面, 因为金属桌面太容易在电气装置使用的地方存在不少电击的危险。必须使用时需要加静电消散性材料进行于金属表面上进行隔离，如发现有静电胶皮破损变色等情况时需要及时汇报进行更换。

106~109?
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3 、容 器
在封闭的导电容器或容器盒内存放和运输静电放电敏感元件。
4 、工作台，送货车
                 为保护静电放电敏感元件不受到外部强静电场的影响，运送静电放电敏感元件的防静电运输工具应由 高导电性材料（建议使用不锈钢）制作，车子经常固定时要求硬接地。
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5、离子风机
5-1、 悬挂式离子风机应悬挂在离工作台面60厘米的高度，离子风机的出风口不能有异物阻挡。
    ** 离子风机的平衡电压保持在50V以内，
    ** 消电时间（从1000V中和到100V）应小于10秒（高风速）。
5-2、台式离子风机应放置在工作台上且离工作区域30~45厘米左右，以保证有足够的 覆盖范围和快速的静电消除。离子风机的出风口不能有异物阻挡。
       ** 离子风机的平衡电压保持在50V以内，
       ** 消电时间（从1000V中和到100V）应小于3秒（高风速）。

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6 、静电鞋及静电工衣
                需要正确的穿戴静电衣与静电鞋，静电工衣及静电工鞋需要定期测试以避免失效。

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7、测试仪器
1 将转换开关置于“FOOTPLATE”(测试静电工鞋)
2 双脚分别踩上两个平台(注:脚要分别踩在两平台中央)
3 用手按仪器中央的不锈钢片
判断标准:
1 当手按住不锈钢片时, 仪器发出”OK”的声音时, 表明此静电鞋符合ESD要求
2 当手按住不锈钢片时, 仪器没有发出”OK”声音时, 表明此静电鞋不符合要求

1 将选择开关置于“WRIST CORD”档 （静电环测试）
2 在测试仪相应的测试端口上插好静电带
3 用手按仪器中央的不锈钢片1-2秒
判断标准: 静电带测试OK时，测试仪阻值指示灯右边亮绿灯并伴有“吱”声音；NG时，测试仪阻值指示灯均亮红灯并伴有“吱嘀”混音。

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