浅谈电子产品生产中防静电技术的应用

浅谈电子产品生产中防静电技术的应用

摘 要：本文首先概述了电子产品生产中静电的影响及损伤的特点，继而就防静电的三要素进行了论述，希望能为电子产品生产防静电提供理论参考。

关键词：电子产品；防静电；元器件；中和；检测

随着电子产品元器件的小型化、集成化以及模块化，电子产品的静电防护技术有了更高的要求。应该高度重视静电防护技术，因为静电来自电子元器件本身存在的静电敏感结构，元器件的小尺寸，新型特种元器件为静电敏感元器件，各种高分子材料越来越被广泛地采用。

一、静电简介及其影响

由于现在的集成电路元器件线路日益集中，耐压降低，线路面积减小，使得器件耐静电冲击能力减弱，静电电场和静电电流成为这些高密度元器件的致命杀手，同时大量的塑料制品等高绝缘材料的普遍应用，导致产生静电的机会大增。集成度高的元器件电路对静电是相当敏感的。

（一）静电对电子元件的影响

静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命；因电场或电流破坏电子元件的绝缘或导体，使元件不能工作(完全破坏)；因瞬间的电场或电流产生的热，虽使元件受伤，但仍能工作，可是使用寿命缩短。

（二）静电损伤的特点

隐蔽性：人体不能直接感知静电，除非发生静电放电，但发生静电放电，人体也不一定能有电击的感觉。这是因为人体感知的静电放电电压为2～3kV。

潜伏性：有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患，而且增加了器件对静电的敏感性。

随机性：从一个元件生产后一直到它损坏以前所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有随机性。由于静电的产生和放电都是瞬间发生的，极难预测和防护。

复杂性：静电放电损伤分析工作，因电子产品的精细，微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较复杂的技术，往往需要使用扫描电镜等精密仪器。

严重性：对产品的质量造成损坏。产生维修费、影响公司的声誉等等。

二、防静电的三要素简述及其工作

要做到实时有效地对电子产品做到防静电保护，应该做到以下几点：第一，防止静电荷积聚；第二，建立安全的静电泄放通路；第三，确认并有效监测防静电措施。这三个要素是可靠有效的防静电监测手段。防静电仪器设备可分为中和类静电消除设备、测试仪器和监测仪器等。在电子产品生产和加工装配环境中，要对带电离子进行中和，以防止静电荷积聚，常用的是离子风机和离子风等设备， 即为中和类静电消除设备。这种设备能够在现场将产生的静电随时被中和或随时被泄放掉，不会造成静电荷积聚，也就不会形成危害。

在生产现场中，防静电门禁系统和腕带接地实时接地监控系统等即为静电泄放、检测和实时监控设备。常用的方法是：事前预防，采用防静电门禁系统对防静电设施检测；过程实时监控，对人体的静电监控、对腕带接地和工作台面接地进行实时监控。

（一）离子中和

进行离子中和，即进行正负离子平衡的设备就是离子风机，它的作用是能够有效地将带正负电荷的离子中和，随时消除环境中所产生的静电，防止静电荷积聚。绝缘体是最容易产生静电的，对此处静电接地方法是无效的，通常采用的方法是离子中和，少部分采用屏蔽，即在工作环境中使用离子风机，提供一个等电位的工作区域。

离子风机目前有两种，一种是交流静电消除器，低端静电防护产品；另一种是直流静电消除器(稳态直流)，高端静电防护产品，它采用的是离子中和技术。经过反复试验证明：直流稳态自反馈离子风机消除静电的能力为安全对地释放，它能在短短的2S内使静电压降至100V以下，放电电流不高于5mA，并自动维持±5 V的平衡电压，内部带有计算机进行智能化处理，这样就能够完全保护电子产品不受静电的损害。

离子中和的原理是：由离子平衡器释放出正、负离子云团，去中和在电子元器件周围及上面的正、负离子，使其不至于积累大量的单元电荷通过放电的方式击穿电子元器件。这种方法能直接中和和消除产品外表面、PCB表面和生产线体等场合产生或存在的静电，特别是绝缘体表面的静电。

（二）防静电门禁系统

防静电门禁系统能检测出每个进入防静电区域的工作人员的防静电措施或装备是否合格。通过检测系统来确认该工作人员是否可以进入工作区，避免带进去大量的静电，进而造成产品损失。检测结果通过与门禁系统直接相连建立通讯联系，并把检测数据上传到计算机，同时传输到控制单元，控制单元处理后再把执行信号传递给门锁，这样来决定是否准许被检测者进入工作区，同时在计算机内形成记录文件，避免了人力检测的诸多不便之处。防静电门禁系统通过对主要通道的静电控制，极大地防止了静电从正常通道的侵入。

防静电监控系统功能模块包括：员工身份确认、权限确认以及防静电腕带和

防静电鞋的检测、进入控制部分、计算机控制中心和数据传输联网通讯等。典型的门禁系统如图1所示。

图1防静电门禁检测系统及其连接示意图

a、人体防电通路检测记录器

该记录器用于防静电区的入口，可对所有进入生产区人员的自身防静电措施进行检测和记录，并对员工的身份和工卡号进行确认以及防静电鞋和手腕带的静电检测结果和记录数据进行存储，在记录器中的数据可上传到计算机中进行分析、存储及打印。对于被检测者，可根据不同要求进行设置，通常设置成VIP卡、手腕带检测、脚腕带检测和两者都要求检测等。

b、人体防电通路静电检测器(腕带检测器)

该人体放电通路记录器可对每个工作人的脚腕带(防静电鞋和套)和手腕带进行测试，可同时或单独测试，测试时，被测人员只要双脚站在检测踏板的金属板上，把腕带插入检测插座，按住测试开关即可完成测试，测试结果以声光形式来显示，同时测试结果可上传到计算机进行存储和分析。

c、人体防电通路检测踏板

人体双脚防静电鞋检测踏板用于人体双脚防静电鞋的静电检测，检测时，人双脚要穿戴好防静电鞋站在踏板上按动开关即可进行检测。与人体放电通路静电检测器一起使用。

d、数据传输转换器

数据传输转换器在防静电门禁检测系统中，用于数据转换，把检测和记录的具体数据通过RS485数据网络传输到计算机中去，这之间就要用数据传输转换器。

（三）接地实时监控系统

a、接地：就是直接将静电通过一条线的连接泄放到大地，这是防静电措施中最直接最有效的，对于导体通常用接地的方法，如人工带防静电手腕带及工作台面接地等。

接地通过以下方法实施：人体通过手腕带接地；人体通过防静电鞋(或鞋带)和防静电地板接地；工作台面接地；测试仪器，工具夹，烙铁接地；防静电地板，地垫接地；防静电转运车、箱、架尽可能接地；防静电椅接地。该系统采用先进的组网技术，把软件、网络控制器、腕带监控器、腕带、数据转换器和计算机等

组成一个完整的静电监控系统，并且实现了实时监控、数据储存、分析和考勤等完整的功能集合。解决了长期以来在工厂里静电的监控和数据采集记录等问题，这种监控系统的构成示意图如图2所示。

图2监控系统的构成示意图

系统通过计算机联网对工作区内每个工位的工作人员的腕带接地、工作人员指尖电压、台垫接地和机架接地等情况进行实时监控，以保证ESD安全。根据工厂实际情况在分区域安装DN2000网络集线控制器，每台网络集线控制器最多可同时接驳16台腕带接地监控器，每台腕带接地监控器可同时对2个工位的接地情况进行监控。

每台腕带接地实时监控器对每个工作人员的腕带接地情况、每个工位工作台垫的接地情况、工作台面防静电台垫本身的静电安全情况、工作台机架或夹具的防静电接地情况进行实时监控，当某一项的接地或本身性能出现问题时，腕带接地监控器都会进行声光报警。同时将检测到的信息通过网络经过网络集线控制器上传到工厂的ESD控制中心，在计算机界面上，代表每个防静电区域内相应工位的项目符号就会发生改变，进行报警和记录。双工位腕带接地实时监控器主要用于工厂工作区内，可以通过计算机网络对工作区内每个工位的工作人员的腕带接地、台垫接地和机架接地等情况进行实时监控，还可随时监控台垫的接地质量以保证ESD安全。整个系统由双工位腕带接地实时监控器、连接线缆、腕带插座和接地腕带等构成。

参考文献：

[1]孙延林．电子工业静电防护指南[M]．北京：电子工业出版社，2006．

[2]田智会．电装车间的静电危害及静电防护[J]．电子工艺技术，2007，28(2)：97-99．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。