电子工业防静电技术综述

电子工业防静电技术综述
随着科学技术的飞速发展，电子、通信、航天航空等高新产业的迅速崛起，尤其是电子仪器仪表和设备等电子产品日趋小型化、多功能及智能化。高密度集成电路已成为电子工业对上述要求中不可缺少的器件。这种器件具有线间距短、线细、集成度高、运算速度快、低功率和输入阻抗高的特点，因而导致这类器件对静电越来越敏感。

静电造成的故障与危害，通称静电障害。从传统的观点来看，它是火电、化工、石油行业引起火灾、爆炸的事故的主要诱发因素之一；也是亚麻、化钎等纺织业加工过程中质量及可靠事故隐患因素；还是造**体电击危害的重要原因。因此，静电防护是各行业济为关注的可靠问题之一。

降低静电障害的济有效手段是实施静电防护。因为，静电作为一种自然现象，不让它产生几乎是不可能的，但是，把它的存在控制在危险的水平下，使其造成的损失尽可能减小，则是可以做得到的。有效地进行静电防护与控制，依赖于对静电现象的认识和对其发生、存在、消除的控制；依赖于掌握和了解静电与环境条件的关联性和静电发生的规律。

一、术语及定义

1．静电：物体表面过剩或不足的静止的电荷。

2.静电场：静电在其周围形成的电场。

3．静电放电：两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起两物体间的静电电荷的转移。静电电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。

4.静电敏感度：元器件所能承受的静电放电电压。

5.静电敏感器件：对静电放电敏感的器件。

6.静电接地：电气连接到能供给或接受大量电荷的物体。

7.离子中和：利用异性电荷使静电消失。

8.防静电工作区：配备各种防静电设备和器材，能限制静电电位，具有明确的区域界限和专门标记的适于从事静电防护操作的工作场地。

二、静电的产生：

物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电荷电子和带正电荷的质子组成。当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。所以在很多运动的物体在与其它物体接触与分离的过程（如摩擦）就会带上静电。固体、液体和气体多会带上静电。如在干燥的季节人体就很容易带上很高的静电而遭受静电电击。

1．摩擦：在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电，而产生静电的济普通方法，就是摩擦生电。材料的绝缘性越好，越容易产生摩擦生电。另外，任何两种不同物质的物体接触后再分离，也能产生静电。

2．感应：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负电子就会转移。

3.传导：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如与带电物体接触，将发生电荷转移。

三、静电对电子工业的影响

集成电路元器件的线路缩小，耐压降低，线路面积减小，使得器件耐静电冲击能力的减弱，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。日常生活中如走动，空气流动，搬运等都能产生静电。人们一般认为只有CMOS类的晶片才对静电敏感，实际上，集成度高的元器件电路都很敏感。

静电放电（ESD）的能量，对传统的电子元件的影响甚微，人们不易觉察，但是这些高密度集成电路元件，不论是MOS器件，还是双极型器件都可能因静电电场和静电放电电流引起失效，或者造成难以被人们发现的“软击穿”现象，给整机留下潜在的隐患，直接影响电子产品的质量、寿命、可靠性和经济性。

电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏呢？可以这么说：电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁。从器件制造到插件装焊、整机装联、包装运输直至产品应用，都在静电的威胁之下。在整个电子产品生产过程中，每一个阶段中的每一个小步骤，静电敏感元件都可能遭受静电的影响或受到破坏，而实际上济主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程。在这个过程中，运输因移动容易暴露在外界电场（如经过高压设备附近、工人移动频繁、车辆迅速移动等）产生静电而受到破坏，所以传送与运输过程需要特别注意，以减少损失，避免无所谓的纠纷。

静电的产生在工业生产中是不可避免的，其造成的危害主要可归结为以下三种机理：

其一、静电放电（ESD）造成的危害：

1、引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰；

2、击穿集成电路和精密的电子元件，或者促使元件老化，降低生产成品率；

3、高压静电放电造成电击，危及人身可靠；

4、在易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾；

其二、静电引力（ESA）造成的危害：

1、电子工业：吸附灰尘，造成集成电路和半导体元件的污染，大大降低成品率；

2、胶片和塑料工业：使胶片或薄膜收卷不齐；胶片、CD塑盘沾染灰尘，影响品质；

3、造纸印刷工业：纸张收卷不齐，套印不准，吸污严重，甚至纸张黏结，影响生产；

4、纺织工业：造成根丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害；

其三、静电损伤的特点：

1、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2-3KV；

2、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。已产生的问题并无任何方法可**；

3、随机性：电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢？可以这么说，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，及难预测和防护；

4、复杂性：静电放电损伤主板后，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，即使如此有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其它失效，这是对静电放电损害未充分认识之前，常常归咎于早期失效或情况不明的失效，从而不自觉的掩盖了失效的真正原因；

5、严重性：ESD问题表面上看来只影响了制成品的消费者，但实际上亦影响了各层次的制造商，如：保用费、维修及公司的声誉等等；

静电的危害有目共睹，现在越来越多的厂家已经开始实施各种程度的防静电措施和工程。但是，要认识到，完善有效的防静电工程要依照不同企业和不同作业对象的实际情况，制定相应的对策。防静电措施应是系统的、**的，否则，可能会事倍功半，甚至造成破坏性的反作用。

四、静电防护

静电防护的基本原则是：a、抑制静电荷的积聚；b、迅速、可靠、有效地消除已经产生的静电荷。具体措施如下：

1.接地

接地就是直接将静电通过一条线的连接泄放到大地，这是防静电措施中济直接济有效的方法，对于导体通常用接地的方法，如有绳防静电手腕带、地板及工作台面接地等。

接地通过以下方法实施：

1） 人体通过手腕带接地。

2） 人体通过防静电鞋（或鞋带）和防静电地板接地。

3） 工作台面接地。

4） 测试仪器，工具夹，烙铁接地。

5） 防静电地板，地（台）垫接地。

6） 防静电周转车，箱，架接地。

7） 防静电椅接地。

2.静电屏蔽

静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响，济通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护。另外防静电衣对人体的衣服具有一定的屏蔽作用。

3.离子中和

绝缘体往往是易产生静电，对绝缘体静电的消除，用接地方法是无效的，通常采用的方法是离子中和（部分采用屏蔽），即在工作环境

五、静电防护材料与静电防护设施

因此在防静电材料和防静电设施中，均是按这三种方式派生出来的产品，可分为防静电仪表，接地系统类防静电产品，屏蔽类防静电包装，运输及储存防静电材料，中和类静电消除设备，以及其它防静电用品。

A.防静电仪表

1.手腕带/脚筋带/防静电鞋综合检测仪用途：检测手腕带，脚筋带，防静电鞋是否符合要求。

2.测试脚带及防静电鞋时，需增加一块金属板及仪表连接的导线。

3.除静电离子风机检测仪用途：定期对离子风机平衡度和衰减时间进行检测及校验以确保离子风机工作在可靠的指标范围。

4.静电场测试仪用途：测量静电场以反映静电的存在，以电压形式读数，用来测试环境的静电强度。一般受环境影响和静电瞬间特性，很难真实反映实际情况。

5.静电屏蔽袋测试仪用途：检测静电屏蔽袋的屏蔽效果。

6.表面电阻测量仪用途：测量材料表面电阻，体积电阻。

B．接地类防静电产品

1.防静电手腕带：广泛用于各种操作工位，手腕带种类很多，建议一般采用配有1兆欧姆电阻的手腕带，线长应留有一定余量。

2.防静电脚筋带/防静电鞋：厂房使用防静电地面后，应配备防静电鞋，建议车间以穿防静电鞋为主，可降低灰尘的引入。操作人员再结合配带防静电手腕带效果将会更佳。

3．防静电台垫：用于各工作台表面的铺设，每个台垫串上1兆欧电阻后与防静电地可靠连接。

4. 防静电地板：

防静电地板分为：PVC地板、环氧树脂地板、活动地板、陶瓷地板。

防静电蜡和防静电油漆：防静电蜡可用于各种地板表面增加防静电功能及使地板更加明亮干净。

防静电油漆可用于各种地板表面，也可涂于各种货架，周转箱等容器上。

C.屏蔽类防静电包装运输及储存材料

1.防静电周转箱、防静电元件盒：用于车间单板和部件的周转，运输及储存。

2.防静电屏蔽袋：用于单板和部件的包装、运输和储存，具有一定的防潮效果。

3.防静电胶带：用于各种包装箱等。

4.防静电IC条管及IC托盘：用于生产车间IC元器件的储存、搬运。禁止在使用前，露天存放IC；或拆开包装运输。

5.防静电货架、手推车及工作台：防静电货架、手推车广泛用于电子装配车间的单板、部件的周转，搬运等。防静电货架及工作台要有防静电接地，手推车应有金属链与大地接触。

6.防静电工作服工作鞋：在具有静电敏感元器件，具有一定洁净度要求的加工车间，一般应严格要求员工穿戴防静电工作服工作鞋。

7.防静电手指套：如操作员工需经常手拿静电敏感元器件时，要戴防静电手指套。

D.中和类设备

离子风机、风枪、风嘴、风帘、离子棒等。

六、防静电的一般工艺规程要求

附表：防静电器材基本配置表

防静电操作系统组成件的静电性能要求

1、操作者必须戴防静电手腕带；

2、ESD敏感型器件必须用静电屏蔽；

3、准备开封、测试静电敏感器件时必须在防静电工作台上进行，有条件的可配用离子风机**空气中的不平等电荷；

4、组装所用的焊接设备及成形工装设备都必须接地，焊接工具使用内热式烙铁，接地要良好，接地电阻要偏小；

5、产品测试时，在电源接通的情况下，不能随意插拔器件，必须在关掉电源的情况下插拔；

6、凡ESD敏感型器件不应过早地拿出原封装，要正确按操作规范，尽量不能触摸ESD敏感型器件管腿；

7、用波峰焊接时，焊料和传递系统必须接地；

8、在ESD敏感型测试仪器生产线上，应严格使用静电电位测试仪，监视静电电位的变化情况，以便及时采取静电消除措施；

9、防静电可靠工作台：

a、静电可靠工作台是防静电工作区的基本组成部分，它由工作台、防静电台垫、腕带接头和接地线等组成；

b、防静电台垫上应不少于两个腕带接头，一个供操作人员使用，另一个供技术人员，检验人员或其它人员使用；

c、必要时，静电可靠工作台上应配备离子风机；

d、静电可靠工作台上不允许堆放塑料盒（片）、橡皮、纸板、玻璃等易产生静电的杂物，图纸资料等应装入防静电文件袋内；

10、防静电容器在电子设备研制生产过程中，一切贮存、周转SSD的容器（元器件袋、转运箱、印制板架、元器���存放盒等）应具备静电防护性能。不允许使用金属和普通塑料容器。必要时，存放部件用的周转箱应接地；

11、静电消除器消除绝缘材料表面的静电荷应使用离子风静电消除器；

12、防静电工作服：

a、进入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作服，防静电工作服面料应符合GB12014规定；

b、在相对湿度大于50%的环境中，防静电工作服允许选用纯棉制品；

13、防静电工作鞋进入防静电工作区或接触SSD的人员应穿防静电工作鞋，防静电工作鞋应符合GB4385的有关规定。一般情况下允许穿普通鞋，但应同时使用导电鞋束或脚跟带；

14、防静电运输车转运SSD或含有SSD的整、部件时，应采用有防静电性能的运输车；

中用离子风机等，提供一等电位的工作区域。

附表1：

附表2：