電子產品制造中靜電防護工作的探討

王 勇

(西安鐵路信號有限責任公司，西安 710048)

近年來，隨著元器件向集成化、模塊化方向發(fā)展，器件尺寸不斷的變小及內部氧化膜變薄，很小的電壓就足以使器件被擊穿。目前電子產品制造過程涉及采購、焊接、組裝、調試、包裝等多個環(huán)節(jié)，任何環(huán)節(jié)都可能發(fā)生靜電放電而造成對器件的損害，使產品在使用中可靠性降低。在產品質量安全越來越被重視的今天，電子產品制造中的靜電防護工作質量對產品質量安全有著重要影響，并已成為電子產品生產管理中一項重要工作。

1 靜電及靜電損傷

1.1 靜電的產生

靜電是一種電能，它存留于物體表面，是正負電荷在局部范圍內失去平衡的結果，它是通過電子或離子轉換而形成。靜電的產生主要有3個來源。

1）摩擦：任何兩個不同材質的物體接觸后再分離，即可產生靜電，而產生靜電的最普通方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易通過摩擦產生靜電。

2）感應：針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如將其置于一電場中，導體在靜電場的作用下，自由電子進行重新分布，由于同性相斥，異性相吸，電荷發(fā)生轉移而產生靜電。

3）傳導：針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如與帶電物體接觸，將發(fā)生電荷轉移而產生靜電。

1.2 靜電放電

靜電電荷在摩擦、感應、傳導情況下不斷產生、累積起來，直到產生電荷的作用被停止、泄放或達到足夠的強度可以擊穿周圍物質為止。當電介質被擊穿后，靜電電荷會很快達到平衡，這種電荷的快速中和就稱為靜電放電。由于在很小電阻上快速泄放電壓，泄放電流會很大，這么大的電流將對設計為僅導通微安或毫安級電流的電路造成嚴重損害。

1.3 元器件靜電損傷的兩種表現(xiàn)形式

根據(jù)元器件對靜電的敏感度不一樣，主要分為3個級別，靜電敏感電壓介于0～1 999 V為1級；靜電敏感電壓介于2 000～3 999 V為2級；靜電敏感電壓介于4 000～15 999 V為3級，敏感電壓在16 000 V以上屬于非敏感元器件。靜電敏感元器件被靜電損傷后主要表現(xiàn)為兩種形式，硬擊穿和軟擊穿，據(jù)統(tǒng)計，約有90%為軟擊穿，10%左右被完全破壞。靜電敏感元器件發(fā)生硬擊穿后，往往會產生某種故障，在生產過程中可以馬上檢驗出來，不留隱患。而被軟擊穿的元器件，通常在事故發(fā)生后數(shù)月，甚至更長的時間后工作性能發(fā)生變化，這種變化可以導致間接性故障，通常引發(fā)參數(shù)暫時性的漂移、不穩(wěn)定或是帶負載能力變差，在產品使用中存在安全隱患。

2 電子制造過程中的靜電源

電子產品制造中的靜電源包括：人體與工作服摩擦產生的靜電；工作鞋與地面摩擦產生的靜電；元器件的樹脂、漆膜、塑料膜封裝材料表面與包裝材料的摩擦靜電；用聚丙烯PP、聚氯乙烯PE、聚胺脂PVR等高分子材料制造的各種包裝、料盒、周轉箱和PCB板架等因摩擦或沖擊產生的靜電；普通工作臺面及工作椅面摩擦靜電；電子生產設備和工具等設備內的高壓變壓器及交直流電路在設備上感應靜電；烘箱內熱空氣循環(huán)流動與箱體的摩擦靜電。

3 靜電防護工作的重要性

1)多數(shù)電子元器件是靜電敏感性器件，通過產品設計并不能完全對器件進行靜電防護；2)電子產品制造環(huán)節(jié)多，靜電產生隨機性強；3)因靜電原因造成的損失巨大，據(jù)統(tǒng)計，電子行業(yè)每年因靜電損傷造成的損失達百億美元；4)客戶對產品質量安全要求越來越高。

4 電子產品制造中靜電防護工作要點

靜電防護工作的基本原則：減少靜電積累；將產生的靜電及時泄放；確認并有效監(jiān)測防靜電措施[1]。具體來說靜電防護工作應從技術措施和日常管理兩個方面考慮，并圍繞以下幾個方面開展工作，通過實踐，不斷積累經驗，逐步提升工作效果。

4.1 防靜電工作區(qū)設計與施工質量要達標

防靜電工作區(qū)（EPA）是指配備各種防靜電設備和器材，能限制靜電電位，具有明確的區(qū)域界限和專門標記的適于從事靜電防護操作的工作場地，以廠房為例，EPA設計內容包括地面、墻面、吊頂、門窗防靜電方案設計，EPA接地系統(tǒng)設計，EPA溫濕度控制方案設計，靜電防護用品的配備與選擇，設計方案內容應符合國家、行業(yè)的規(guī)范標準要求[2]，并且經過專家評審；同時，EPA施工質量直接影響使用中的有效性，應從施工、監(jiān)理單位的選擇，施工材料及施工工藝的確認，施工過程中的質量監(jiān)控，到最終驗收，嚴把質量關，保證EPA的施工質量達到設計要求。

4.2 工作區(qū)環(huán)境濕度控制要合適

降低靜電的一個簡單經濟有效措施是把環(huán)境濕度控制在40%或更高，當空氣中濕度相對高時，大多數(shù)塑料表面因吸附著一層薄的導電水層，使表面電導率有所增加，這不僅有助于防止靜電產生，還有助于耗散靜電荷。而環(huán)境濕度較低時更易產生靜電，有資料表明，在相對濕度低于30%以下，一些原可以作為靜電防護的材料，如純棉制品同樣可以產生靜電，降低了靜電防護的有效性。環(huán)境濕度控制不宜過高，應兼顧濕敏元器件的管理要求和人體的感受，環(huán)境相對濕度保持40%～70%比較合適。

4.3 在工藝方案設計中同時考慮靜電防護方案

在進行產品工藝方案設計時，同時考慮靜電防護方案的設計并納入工藝方案評審。靜電防護方案應充分考慮產品在實現(xiàn)過程中的靜電防護措施是否足夠，是否需要提高防護等級；靜電防護用品與包裝材料的選擇是否合適，是否需要對其進行必要的檢測與確認；對工藝裝備設計或選型時，考慮是否采用防靜電材質或經過靜電防護處理的材料，對使用非防靜電材料(表面或體積電阻>1012Ω)的是否采用離子靜電消除器提供靜電中和消除產生的靜電或采用靜電屏蔽措施保護敏感器件；在工藝文件中明確靜電防護工作具體要求及注意事項。

4.4 做好靜電防護系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測工作

在電子產品制造過程中，靜電防護措施是否在一段時間后還能保持良好的靜電防護作用，需要定期對靜電防護設施進行檢查和測量，及時發(fā)現(xiàn)靜電防護失效的環(huán)節(jié)并恢復其作用。

1）配備必要的靜電測量工具。常見的如地電阻測量儀、兆歐表、手腕帶測量儀、表面電阻測量儀、靜電測量儀等測量儀器。

2）編制詳細的靜電測量文件，明確測量方法、周期及指標，測試人員須經過培訓和學習并且掌握正確的測量方法，嚴格按照文件規(guī)定進行測量，對測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并作為后續(xù)改進的依據(jù)。

3）對生產設備、測量儀器、工具工裝進行定期檢查與測量，以保證它們不產生破壞性的電能。同時，對設備、測量儀器、工具工裝做好日常保養(yǎng)工作，防止因長期使用導致其性能下降而引起靜電損害。

4）定期檢查各種接地方式是否連接正確及接地部位是否氧化，狀態(tài)是否良好，包括廠房、生產線、設備、工具、貨架等有接地要求的設施。

5）定期檢測靜電防護品的有效性，如防靜電服、帽、鞋、手套及腕帶，靜電工作臺面、椅面，防靜電地面、地板和地墊，防靜電周轉器具（車、架、盤），防靜電包裝材料、離子風機等物品的有效性，并做好日常保養(yǎng)維護工作[3]。

6）嚴格靜電測量儀器的管理。靜電測量儀器由專人保管及使用，定期到鑒定部門進行鑒定，建立測量儀器的校準檔案記錄，超出鑒定有效期應及時送檢，無校準合格標識的不能使用。

7）跟蹤目前靜電防護產品發(fā)展，引進先進的靜電監(jiān)測、保護設備，完善與加強現(xiàn)有的靜電防護系統(tǒng)。

4.5 制定詳細的工作規(guī)范及操作要求，做好培訓工作

電子產品制造過程環(huán)節(jié)多，靜電產生隨機性強，通過編制具體的操作規(guī)范，以確保每一個操作過程能夠按照正確的方法操作，從而有效實施靜電防護工作，編制如靜電敏感器件儲存與運輸管理規(guī)范、靜電防護區(qū)管理規(guī)范等基礎性規(guī)范及各種作業(yè)指導書，明確對靜電防護的具體要求，將靜電防護工作規(guī)范化、文件化、標準化，所有的生產環(huán)節(jié)與過程的防靜電操作都應有文件支持。做好培訓工作，要對每一名員工分層次，分階段，采用內外培訓相結合方式講授包括靜電原理、靜電防護操作規(guī)范及靜電管理制度等方面的內容。做好操作技能訓練，如調測、返修、手工焊接等過程中的靜電操作，只有正確操作，才能有效減少生產過程中的靜電損傷事件。應定期對相關人員日常靜電防護工作的執(zhí)行效果進行檢查，找出執(zhí)行中的問題，作為下一次培訓改進的輸入，通過培訓與訓練促使員工養(yǎng)成良好的工作習慣與職業(yè)素養(yǎng)。

4.6 嚴格現(xiàn)場管理做好“5S”工作

做好工作現(xiàn)場的“5S”管理，定期檢查在防護區(qū)內或附近是否存放普通塑料、絕緣膠帶、紙盒等非防靜電物料；在防護區(qū)內是否將各種靜電防護用品定點放置，是否將非靜電物品遠離靜電工作區(qū)定點放置；保證作業(yè)現(xiàn)場清潔整齊，保持各種靜電防護用品、工具、設備等內外清潔；嚴肅生產紀律，保證生產人員各司其職，無閑雜人員存在；對于不可避免的外來人員，先要宣傳靜電防護制度及注意事項，在專人陪同下沿參觀通道進入指定區(qū)域工作，避免其對生產的污染及干擾。

4.7 聘請權威機構進行靜電防護系統(tǒng)檢測與評估

目前，許多有資質的專業(yè)評估機構能夠對電子產品制造現(xiàn)場進行全方位靜電防護評估，幫助客戶發(fā)現(xiàn)漏洞，并給出針對性的建議。在日益嚴峻的成本與質量壓力下，借助專業(yè)機構先進的技術與成熟的管理經驗，幫助企業(yè)改進與完善靜電防護工作，既有益于企業(yè)取得較高的成品一次通過率，又能使產品獲得高質量高可靠性，贏得市場聲譽。

4.8 重視對電子產品靜電失效原因的分析，建立靜電失效案例數(shù)據(jù)庫

雖然大多數(shù)靜電損傷不易被傳統(tǒng)顯微鏡發(fā)現(xiàn)，通常需要掃描式顯微鏡進行分析確認，比較費時、費事和費錢，但是通過對產品靜電失效原因分析，建立靜電失效案例數(shù)據(jù)庫，掌握電子產品的靜電失效的原因、規(guī)律，可以為在產品設計、制造過程中改進靜電防護手段與措施提供依據(jù)，也可以為分析質量事故提供參考，數(shù)據(jù)庫中的案例還可以作為靜電防護培訓的資料素材使用。雖然目前一般電子制造企業(yè)還難以建立失效分析實驗室，但是可以聯(lián)合科研院所、大學、獨立實驗室等方式進行合作研究，成果共享，不斷提高企業(yè)靜電防護工作的效能。

5 結束語

在電子產品制造過程中，靜電敏感性元器件會受到許多不同來源有害電能的損害，這些有害的電能多數(shù)是靜電電壓的結果，雖然制造過程中靜電無法完全消除，但是可以通過科學的方法，嚴謹?shù)墓芾?，有效地降低靜電損傷的發(fā)生。此外，靜電防護工作是涉及技術、管理、培訓等多個方面，只重視其中一方面是不夠的，需要各個部門和各級管理層協(xié)作起來，形成有機整體，保證防靜電的各種措施落實到位，做到防患于未然，才能取得較好的靜電防護工作效果。

[1] 孫延林．電子工業(yè)靜電防護指南[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2] GJB 3007A-2009 防靜電工作區(qū)技術要求[S].

[3] SJ/T 10694-2006 電子產品制造與應用系統(tǒng)防靜電檢測通用規(guī)范[S].