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行动起来预防静电
2003-12-21    Simon Hawkins       点击: 9935
行动起来预防静电

  静电放电(ESD)是在电子装配中电路板与元件损害的一个熟悉而低估的根源。它影响每一个制造商,无任其大小。虽然许多人认为他们是在ESD安全的环境中生产产品,但事实上,ESD有关的损害继续给世界的电子制造工业带来每年数十亿美元的代价。
  ESD究竟是什么?静电放电(ESD)定义为,给或者从原先已经有静电(固定的)的电荷(电子不足或过剩)放电(电子流)。电荷在两种条件下是稳定的:

  1. 当它“陷入”导电性的但是电气绝缘的物体上,如,有塑料柄的金属的螺丝起子。
  2. 当它居留在绝缘表面(如塑料),不能在上面流动时。

  可是,如果带有足够高电荷的电气绝缘的导体(螺丝起子)靠近有相反电势的集成电路(IC)时,电荷“跨接”,引起静电放电(ESD)。
  ESD以极高的强度很迅速地发生,通常将产生足够的热量熔化半导体芯片的内部电路,在电子显微镜下外表象向外吹出的小子弹孔,引起即时的和不可逆转的损坏。
  更加严重的是,这种危害只有十分之一的情况坏到引起在最后测试的整个元件失效。其它90%的情况,ESD损坏只引起部分的降级 - 意味着损坏的元件可毫无察觉地通过最后测试,而只在发货到顾客之后出现过早的现场失效。其结果是最损声誉的,对一个制造商纠正任何制造缺陷最付代价的地方。

  可是,控制ESD的主要困难是,它是不可见的,但又能达到损坏电子元件的地步。产生可以听见“嘀哒”一声的放电需要累积大约2000伏的相当较大的电荷,而3000伏可以感觉小的电击,5000伏可以看见火花。
  例如,诸如互补金属氧化物半导体(CMOS, complementary metal oxide semiconductor)或电气可编程只读内存(EPROM, electricall programmable read-only memory)这些常见元件,可分别被只有250伏和100伏的ESD电势差所破坏,而越来越多的敏感的现代元件,包括奔腾处理器,只要5伏就可毁掉。
  该问题被每天的引起损害的活动复合在一起。例如,从 乙烯基的工厂地板走过,在地板表面和鞋子之间产生摩擦。其结果是纯电荷的物体,累积达到3~2000伏的电荷,取决于局部空气的相当湿度。
  甚至工人在台上的自然移动所形成的摩擦都可产生400~6000伏。如果在拆开或包装泡沫盒或泡泡袋中的PCB期间,工人已经处理绝缘体,那么在工人身体表面累积的净电荷可达到大约26000伏。
  因此,作为主要的ESD危害来源,所有进入静电保护区域(EPA, electrostatic protected area)的工作人员必须接地,以防止任何电荷累积,并且所有表面应该接地,以维持所有东西都在相同的电势,防止ESD发生。

防静电放电产品  用来防止ESD的主要产品是碗带(wristband),有卷毛灯芯绒和耗散性表面或垫料 - 两者都必须正确接地。另外的辅助物诸如耗散性鞋类或踵带和合适的衣服,都是设计用来防止人员在静电保护区域(EPA)移动时累积和保持净电荷。
  在装配期间和之后,PCB也应该防止来自内部和外表运输中的ESD。有许多电路板包装产品可用于这方面,包括屏蔽袋、装运箱和可移动推车。虽然以上设备的正确使用将防止90%的ESD有关的问题,但是为了达到最后10%,需要另一种保护:离子化。

  中和那些可产生静电电荷的装配设备和表面的最有效方法是使用离子发生器(ionizer) - 一种设备吹出离子化空气流在工作区域,来中和累积在绝缘材料上的任何电荷。
  一个常见的谬论是认为因为在工作站带上了碗带,该区域的绝缘体,如聚苯乙烯杯或纸板盒,所带的电荷将安全地消散。按定义,绝缘体不会导电,除了通过离子化不可能放电。
  如果一个带电荷的绝缘体保留在EPA,它将辐射一个静电场,引发净电荷到任何附近的物体上,因此增加对产品的ESD损坏的危险性。虽然许多制造商企图从其EPA禁止绝缘材料,但这个方法是很难实施的。绝缘材料是日常生活中太多的一部分 - 从操作员坐落舒适的泡沫垫,到塑料盖中的一些东西。
  由于离子发生器的使用,制造商可以接受一些绝缘材料在其EPA中出现的事实。因为离子发生系统连续地中和可能发生在绝缘体上面的任何电荷累积,所以对于任何的ESD计划,它们都是合理的投资。

    标准电子装配中的离子发生设备有两种基本的形式:
  • 桌面型(单个风扇)
  • 过顶型设备(在单个过顶的单元内,有一系列的风扇)

  也有室内离子发生器,但现在主要用于清洁房的环境。
  选择决定于需要保护区域的大小。桌面型离子发生器将覆盖单一等工作表面,而过顶式离子发生器将覆盖两或三个。另一个优点是离子发生器也可防止灰尘静电附着于产品,可能使外观降级。
  可是,如果没有对ESD设备有效性的正常测试和监测,那么没有一个保护计划是完善的。一流的ESD控制和离子化专家报告了使用失效的(因此是无用的)ESD设备而不知其失效的制造商的例子。
  为了防止这种情况,除了标准的ESD设备,ESD供应商还提供各种恒定监测器,如果一项表现超出规定即自动报警。监测器可用作一个独立单元或在网络中连接在一起。也有自动数据采集的网络软件,实时显示有关操作员和工作站的系统表现。
  监测器可通过消除许多日常任务来简化ESD计划,如保证碗带每天适当测量,离子发生器的平衡与正确维护,工作台接地点没有损坏。

结论
  防止ESD的第一步是正确评价如果忽视,怎样小的细节可能造成不可修复的损坏。一个有效的计划要求不仅使用有效的ESD保护设备,而且严密的运作程序来保证所有工厂地面人员的行为是ESD安全的。
  虽然许多制造商使用自动碗带测试仪,但常常可以看到操作员因为碗带太松而或者通过测试或者失效。许多操作员企图通过用另一只手简单抓着测试仪靠近其手腕来通过测试。
  尽管如此,好消息是ESD是可避免的。投资在正确设备和改善安全程序中的时间与金钱将通过相应的合格率提高而得到回报。

Acknowledgement
Thanks to Semtronics for help in preparing this article.

  Simon Hawkins, European product manager, may be contacted at Semtronics, a Div. of Metcal, 12151 Monarch St. Garden Grove, CA 92841; (714) 799-9810; Fax: (714) 799-9764.

责任编辑: skylee
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