電子產(chǎn)品生產(chǎn)中靜電的危害與防護(hù)

王占輝

【關(guān)鍵詞】靜電 產(chǎn)生 危害 防護(hù)

1. 引言

在電子產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)故障現(xiàn)象越來(lái)越多，除了硬件本身問(wèn)題外，很多時(shí)候是靜電引起的，元器件剛才檢測(cè)性能正常，經(jīng)過(guò)幾個(gè)生產(chǎn)人員的搬運(yùn)，再檢測(cè)損壞了。

2. 靜電的產(chǎn)生

靜電是人們?nèi)粘Ｉ钪幸环N十分常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，靜電源于人們?nèi)粘Ｉ钪懈黝?lèi)型由電荷生成的物質(zhì)，很多因素的存在都會(huì)在一定程度上引發(fā)靜電現(xiàn)象，縱觀以往有關(guān)靜電的研究，目前比較常見(jiàn)兩種容易產(chǎn)生靜電的原因大都集中以下兩種：

其一，生活中接觸的物質(zhì)中，大都含有帶有不同電荷的質(zhì)子，一般情況下，物質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)子數(shù)量相對(duì)平衡，就會(huì)表現(xiàn)出物質(zhì)不帶電的現(xiàn)象，需要注意的是，當(dāng)物質(zhì)處于電子不帶電的狀態(tài)時(shí)，物質(zhì)中帶電的電子并沒(méi)有消失，而是游離在物質(zhì)周邊，如果外部因素致使其帶電的質(zhì)子脫離軌道就會(huì)造成該物質(zhì)的原子發(fā)生轉(zhuǎn)變，進(jìn)而呈現(xiàn)出靜電的現(xiàn)象。

其二，生活中常見(jiàn)的靜電產(chǎn)生原因，因?yàn)閹щ娢矬w與其他元件之間的感應(yīng)而產(chǎn)生的“起電”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的存在大都發(fā)生于帶電物體和不帶電物體相互接觸的過(guò)程中，需要注意的是，就這一環(huán)節(jié)不帶電的物體通常為導(dǎo)體，不帶電的導(dǎo)體會(huì)在帶電物體的感應(yīng)下呈現(xiàn)出明顯正、負(fù)電現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生靜電。

3. 靜電對(duì)電子元器件的影響

近幾年，靜電問(wèn)題造成電子元件損傷的問(wèn)題頻頻出現(xiàn)，尤其是在未通電的狀態(tài)下，靜電也會(huì)對(duì)電路模塊造成損傷的問(wèn)題一直困擾著電力設(shè)計(jì)工作者，由此，在這一背景下探究在實(shí)際電子元件使用過(guò)程中可能會(huì)存在的靜電影響就成為了現(xiàn)階段人們關(guān)注的核心問(wèn)題。

通過(guò)以往的研究，筆者認(rèn)為目前造成電子元件受靜電影響的因素大都包括兩個(gè)方面。首先，當(dāng)電子元件的針腳超過(guò)額定電壓負(fù)荷時(shí)，該元件就會(huì)發(fā)生損壞，這種情況也是造成現(xiàn)階段MOS 元件出現(xiàn)故障的主要原因之一，隨著MOS 元件的革新，MOS 元件的氟化層隨之變薄，由此這一元件對(duì)于靜電的敏感程度也隨之大幅提升，元件出現(xiàn)短路的比例會(huì)隨之增加，同時(shí)相關(guān)元件的故障頻率也隨之發(fā)生了相應(yīng)的提升，為后續(xù)MOS 元件的使用埋下隱患。需要注意的是，對(duì)于MOS 元件這一雙極性元件的使用過(guò)程中，靜電損傷大都出現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了一定金屬?lài)婂兊挠芯壈雽?dǎo)體區(qū)域，這一區(qū)域靜電問(wèn)題的出現(xiàn)在損傷元件的同時(shí)還容易出現(xiàn)泄漏等問(wèn)題，影響實(shí)際元件的使用安全。

其次，靜電放電所產(chǎn)生的脈沖能量堆積而引發(fā)的局部放熱問(wèn)題，這一部分區(qū)域溫度的提升會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體中部分硅的節(jié)點(diǎn)發(fā)生熔解，從而影響實(shí)際電子元器件的運(yùn)行。比如，就日常使用中常見(jiàn)的NPN 型三極管來(lái)說(shuō)，靜電問(wèn)題會(huì)致使其元件極和基極之間出現(xiàn)擊穿情況，從而致使流經(jīng)元件的電流急劇降低，影響元件的使用。

需要注意的是，很多電子器件在受到靜電影響后并不會(huì)馬上出現(xiàn)功能性的損壞，而是會(huì)在后續(xù)使用中出現(xiàn)突發(fā)性的元件損傷，從而對(duì)使用者們?cè)斐蓢?yán)重的影響。所以，在實(shí)際的使用過(guò)程中，應(yīng)尤為重視元件在日常使用中受到的損毀，尤其是在人類(lèi)無(wú)法感知狀態(tài)下出現(xiàn)的靜電損傷則更需要予以關(guān)注。

靜電影響在實(shí)際電子元器件制作、組裝、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中具體體現(xiàn)：（1）靜電吸附灰塵，能夠在一定程度上改變線路間元件所表現(xiàn)出的電阻數(shù)值從而縮短電子元件的使用壽命;（2）在靜電釋放的過(guò)程中，會(huì)存在一定可能造成電子元件工作效能的轉(zhuǎn)變。需要注意的是，人們?nèi)粘Ｉ钪锌梢愿惺艿撵o電范圍大都集中在幾千伏及以上，然而能夠損壞電子元件的靜電壓力大都只需要幾百伏;（3）靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)幅度很大（ 達(dá)幾百伏/米），頻譜極寬（ 從幾十兆到幾千兆），對(duì)電子產(chǎn)品造成干擾甚至損壞（ 電磁干擾）;（4）靜電釋放瞬間產(chǎn)生的電場(chǎng)、電流所引發(fā)的元件損傷會(huì)在一定程度上影響元件的使用壽命。

4. 靜電損傷的特點(diǎn)

結(jié)合以往對(duì)常見(jiàn)靜電損傷的研究，可以認(rèn)為目前比較常見(jiàn)的靜電損傷大都具備以下三方面特點(diǎn)：（1）隱蔽性;（2）潛伏性;（3）隨機(jī)性。由于這些特點(diǎn)，讓人們很難預(yù)防靜電的危害。

5. 靜電的相關(guān)防護(hù)舉措研究

隨著人們對(duì)于靜電研究的逐步深入，人們對(duì)于靜電的防護(hù)舉措也隨之增多，一般情況下的常見(jiàn)的靜電防護(hù)舉措是將人體和元件的作業(yè)場(chǎng)進(jìn)行平衡，以此實(shí)現(xiàn)預(yù)防靜電的目標(biāo)。首先，佩戴防靜電手腕帶。人體是導(dǎo)體，并且是主要靜電產(chǎn)生發(fā)源地。所以，接地就成為了比較好的防靜電方式之一。將測(cè)試儀、工具、烙鐵等接地。其次，為工作臺(tái)面鋪設(shè)防靜電裝置后后接地。也能實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)面電荷的導(dǎo)出，從而實(shí)現(xiàn)防靜電的目標(biāo)。第三，操作人員穿戴防靜電服、工鞋。尤其是市場(chǎng)上常見(jiàn)的防靜電工作服，其原料大都采用靜電防塵面料，不僅能夠滿足人們的著裝需求，同時(shí)也能夠有效的幫助人體進(jìn)行放電。第四，可以選擇在工作地面上鋪設(shè)具備防靜電能力的地板或橡膠。第五，在元件運(yùn)輸或者包裝的過(guò)程中操作者也應(yīng)針對(duì)性的對(duì)電子元件予以相應(yīng)的靜電防護(hù)舉措。

需要注意的是，在實(shí)際操作環(huán)節(jié)，針對(duì)電子元器件的防靜電裝置的檢測(cè)周期不易太長(zhǎng)，尤其是針對(duì)工作臺(tái)墊、工作地板、勞保服裝以及運(yùn)輸周轉(zhuǎn)容器等設(shè)備的防靜電裝置應(yīng)至少每月檢測(cè)一次。對(duì)于一些比較小型的防靜電裝置，比如，手腕帶、風(fēng)槍等設(shè)備、儀器則應(yīng)至少每天檢測(cè)一次。并在檢測(cè)時(shí)，確定被檢驗(yàn)場(chǎng)所的相對(duì)環(huán)境，從而避免環(huán)境對(duì)防靜電效果的檢測(cè)造成影響，為后續(xù)相關(guān)工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

5.1 靜電接地保護(hù)

靜電接地是電子產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中較為常用的一種消除靜電危害的方法，通常情況下，針對(duì)供電系統(tǒng)采取三相五線制的接法，即從電源主變電箱的大地地線處引出電源零線的同時(shí)，將引出的地線作為防止靜電地線的主干線，并將主干線引入生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域，需要注意的是，從電源主變電箱引出的大地地線的電阻應(yīng)當(dāng)小于4 歐姆。這種靜電接地的方法能夠迅速將生產(chǎn)作業(yè)人員身體上靜電電荷傳導(dǎo)至地面，有效避免了靜電電荷堆積的情況。

5.2 人體靜電防護(hù)系統(tǒng)

電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)靜電產(chǎn)生機(jī)理，組成人體靜電防護(hù)系統(tǒng)，比如穿戴防靜電服裝、佩戴防靜電手腕帶、腳腕帶以及配備防靜電椅凳等，這種人體靜電防護(hù)系統(tǒng)具有泄露靜電、屏蔽與中和靜電的功能，能夠有效消除靜電。目前，一些電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)對(duì)靜電危害防護(hù)尤為重視，并且在生產(chǎn)車(chē)間等重要場(chǎng)所設(shè)置了人體靜電測(cè)試儀器，專(zhuān)門(mén)用于測(cè)量人體攜帶的靜電量，如果靜電量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，作業(yè)人員需要在車(chē)間以外區(qū)域采取放電措施，以確保生產(chǎn)過(guò)程的安全性。

6. 結(jié)束語(yǔ)

人們?cè)谏a(chǎn)電子產(chǎn)品過(guò)程中，靜電危害一直存在，我們要經(jīng)常檢查周?chē)慕拥匮b置是否良好，并養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，避免發(fā)生靜電危害事故。