近期来咨询静电检测仪器的客户远超静电产品耗材的,突然间发现电子制造业越来越重视静电防护了,难不成产品提升了档次?还是遇到静电防护失败给企业带来重大损失了?但目前来咨询静电检测仪器听到较多的就是:我司为某大型企业或上市公司代加工某产品,对方要求我司的生产环境、生产所用的静电产品进行全方面的检测,指定某品牌的静电检测仪器,无柰只好购买,不然再也没办法拿到加工订单。 (可参考静电防护产业新动态)小编没想到真有这样逼上门的客户。
静电场测试测量出来的静电值!
当今的电子制造/半导体业采取的ESD防护消除静电方式无外乎:接地、加湿、改变材料特性、静电屏蔽以及离子中和;我们可以通过接地的方式让所有的物体尽可能处于等电位状态,消除物体间的电位差从而实现消除ESD风险的目的,我们也可以通过对空气的加湿,增加空气的相对湿度借此使带电体产生的电荷在微观条件里更容易被OH-中和(材料的亲水性)使物体的带电量降低,还可以通过屏蔽的方式将敏感的器件与静电场隔离开来,当然,我们也可以采用离子中和等的方式去消除已经产生的静电荷,应用离子中和等原理消除静电的仪器我们通常称之为电离器或者离子化设备(下简称Ionizer) 随着行业普遍认知的提高;Ionizer已经是ESD防护常规且可以大规模使用的除静电手段了。
弟 一部分:概念
什么是ionization(电离)
中性原子或分子获得正电荷或负电荷的过程。(Theprocess by which a neutral atom or molecule acquires a positive or negativecharge). ANSI-ESD_ADV1.0 Glossary
什么是Ionizer(电离器)
被设计为产生正和/或负空气离子的设备(A device which is designed to generate positive and/or negative airions.)ANSI-ESD_ADV1.0 Glossary
什么是Air ionizer(空气离子发生器)
A source of charged air molecules (ions).带电的空气分子(离子)的来源。ANSI-ESD_ADV1.0 Glossary
弟、二部分:常见的除静电方式
弟 一种:AC/DC Ionizer 直流/交流离子化
从上述图构造大家可以看出,AC可以单数针头,DC必须是双数针头。DC/AC Ionizer根据结构的不同、产生离子的方式不同常见AC/DC离子化分别有:普通DC/普通AC/高频AC/脉冲AC/脉冲DC;结构和工作原理的差异,注定两者的工作模式(正负离子产生的方式、离子浓度)差异会很大,作者不在此处为任何一种AC/DC除静电方式背书,因为他们都没有充值。
弟、二种:X-ray Ionizer 软X射线离子化
什么是X-ray
在讲X-ray和UV ionizer除静电方式之前我们先花点时间讲讲光的波段.
从上图我们可以发现,能够被人的视觉系统所接收到或者所看的的光谱频段其实是一个非常窄小的范围(4000埃~7000埃),那么,对人类而言的UV&软x-ray等非可见光能否在ESD防护领域发挥作用呢?答案当然是肯定的。我们首先举例软X-ray ,我们都知道:
我们常说的X光是一种高速电子的流程跟物质冲突的时候发生波长短的电子波 (Wavelenght : 0.01 ~ 100 Angstorm)根据波长频段我们又可以分为软X-ray和硬X-ray,简单说就是穿透率低就是指软X线 , 穿透率高就是指硬 X线(如医院CT/工业探伤),通常软X-ray的 穿透力(Energy) 会比硬X-ray小几十倍 因为软X-ray直接照射的影响也非常小.所以非常适用于除静电领域。软X-ray的波长跟原子差不多小,每个结晶形成绕射纹.
x-ray是如何产生的?
一般X-ray的产生原理有两种,分别是轫致辐射和特征辐射,我们简单说下轫致辐射
轫致辐射(bremsstrahlung)是指高速电子骤然减速产生的辐射。泛指带电粒子在碰撞(尤指它们之间的库仑散射)过程中发出的辐射。例如一个高能电子与一个原子核相碰撞时就产生这种辐射。根据真空电离公式(此为光除电方式的机理)
X射线管中高电压加速电子所产生轫致辐射具有连续谱的性质,短波极限λ0由加速电压V决定,由下公式:
式中h为普朗克常数,c为真空中的光速,e为电子电荷。X射线源的辐射就是由遵循麦克斯韦速度分布律的电子所产生的轫致辐射,由于麦克斯韦分布常在分子热运动中体现,故又称为热轫致辐射。 辐射的强度在很宽的频谱范围内缓慢 变化。除X射线管中产生的X射线连续谱属于轫致辐射之外,轫致辐射在核聚变反应中也是重要的,β衰变过程中电荷的突然产生或电荷的突然消失(如电子俘获)也伴随有轫致辐射
X-ray除静电的原理是什么
由轫致辐射的产生原理我们可得知:当高速电子流撞击阳极靶受到制动时, 电子在原子核的强电场作用下,速度的量值和方向都发生急剧的变化,一部分动能转化为光子的能量而辐射出去软 X 线的光子和空气分子冲突时 发生非弹性波( Scattering keompeuton ),在空气分子的电子出来之后变成正离子,此离子跟其他空气分子结合 之后变成负离子。
我们前面有讲到,软X-ray的产生伴随着电离辐射的,在导入使用软X-ray ionizer时候应注意以下几点:
1.初次装机使用时候应确保环境辐射量在 1 mSv/hr 以下。
2.避免人体照射.使用环境应配合interlock.
3.确保人员可靠。人员应定期做一次辐射剂量检测。
4.防止软X线照射,使用环境必须安装合适的屏蔽材质. - 屏蔽材质必须 1mm 以上的钢铁 – 5mm 以上的能屏蔽的物质。
弟三种:UV Ionizer 紫外线离子化
2017年8月17号LGD在ELSEVIER发表的一篇关于显示面板行业真空除静电的论文在面板制造行业里可谓是一石激起万重浪。为什么这么说呢,搬个小板凳听我慢慢道来
我们从前面的AC/DC以及X-ray除静电原理可以知道产生的正负离子来源是什么?没错,是空气;但是在显示面板行业很多的制程条件面临的环境是高真空甚至超高真空(1*10-5Pa),如果你还没有什么概念的话,可以参考正常的标准大气压为101.325kPa;也就是说在高真空甚至超高真空氛围里,我们的物质残留量通常是10的-11次方克甚至10的-12次方克的存在的,真空中的除静电方式一直都是业界的一个难题。但是就在2017年,这个问题被正式攻克。
研究认为:即使在高真空下,真空室中也会残留一些残留原子或分子,并且可以使用紫外线通过UV辐射电离器将其电离。已经发现VUV辐射会引入光电离效应,而物理过程是由光子与原子或分子的相互作用形成离子,可以使电子-空穴对产生离子。真空中的光电离反应可以表示为
式中R是真空室中的残留分子,h是普朗克常数,是光的频率,单位Hz,R +是残留分子的离子,e-是光发射电子。
真空中的除静电方案可以简述如下:
弟四种:α同位素除静电 阿尔法/同位素射线
阿尔法射线亦称α粒子束,是放射性物质所放出的α粒子流,高速运动的氦原子核。
可由多种放射性物质发射出来,α粒子的动能可达4-9MeV,从α粒子在电场和磁场中偏转的方向,可知它们带有正电荷。
上图展示的使用EPP(聚丙烯塑料发泡材料)带静电条件下使用α同位素除静电装置有成功消除了其表面的静电。
80年代末云南大学物理系/中国科学院高能物理研究所的前辈们就已经在纺织,印刷,造纸,光学等领域用 α同位素静电消除 器做了一 些消除有害静电的初步实验
注:只释放出α粒子的放射性同位素在人体外部不构成危险。然而,释放α粒子的物质(镭、铀等等)一旦被吸入或注入,那将十分危险,它能直接破坏细胞内的DNA。
弟五种:等离子体(Plasma)除静电
plasma,也就是等离子体,等离子体是一种由 自由电子和带电 离子为主要成分的物质形态,广泛存在于 宇宙中,常被视为是物质的弟四态,被称为等离子态,或者“超气态”,也称“电浆体”。
等离子体是一种由 自由电子和带电 离子为主要成分的物质形态,广泛存在于 宇宙中,常被视为是物质的弟四态,被称为等离子态,或者“超气态”,也称“电浆体”。等离子体具有很高的 电导率,与 电磁场存在极强的 耦合作用。它是部分电离的气体, 由电子, 离子, 自由基, 中性粒子, 及光子组成. 等离子体本身是含有物理和化学活泼粒子的电中性混合物. 这些活泼自由基粒子能够做化学功, 而带电原子和分子通过溅射能够做物理功, 结果, 通过物理轰击和化学反应, 等离子工艺能够完成各种材料表面改性, 包括表面活化、 污染物去除、刻蚀等功效
归纳总结:
在电子制造过程中,我们做ESD Control的方式主要还是从减少静电荷的产生和消除已经产生的静电荷还有就是消除放电途径来解决ESD失效问题,对已经产生的静电荷本文简单从原理和结构上给大家介绍了了AC/DC ionizer/x-rayionizer/UV ionizer等方式,而消除静电是否完 美是要有一个标准实施方案、精准的测检仪器,发现任何达不到要求的静电防护都是来源于测量数据,测量出来的数据是让我们去判断解决方案的重要依据。
静电防护让好多人失望的原因就在于自己心里没数,不知道问题出在哪里?为什么摩擦电压那么高?产品质量下滑找不出原因,其实只要大家注意到生产各环节的技术参数,掌控好标准尺度,有效提升防护措施,要解决静电问题还是可以实现的,关键是大家手上没有测量工具,对生产环境不了解,电子产品被击穿或坏死没有进行有效分析,一切努力归零。
为什么要分享实战静电防护的干货呢?这也是我司想帮助更多的客户解决静电问题,提升静电防护,搞升产品成品率,搞高生产效率,望客户不断发展壮大,我司承诺免费提供ESD技术支持!提供高品质品质的静电耗材,努力做好服务。
上图为EFM022静电场测试仪套件
手持式EFM022静电场测试仪设计轻巧测试范围广, 不同的测试距离V/m-V自动转换 单键操作, 非常方便 2行液晶显示 (前排显示测试距离; 弟、二行显示测试数值) 开机自动清零, 待机时间过长, 自动关机 可转换为CPS模式测量静电消除器离子平衡度和散电时间 仪器外壳为EMV塑料, 有效防止电磁波影响测试精度。有了它可以让你了解生产现场是否有静电,离子风机是否能在合理的时间内正常消除静电,这些对于生产来说都是比较重要的指标。