靜電在電子裝配中的危害分析及預(yù)防

　靜電放電（ESD）是在電子裝配中電路板與元件損害的一個(gè)熟悉而低估的根源。它影響每一個(gè)制造商，無任其大小。雖然許多人認(rèn)為他們是在ESD安全的環(huán)境中生產(chǎn)產(chǎn)品，但事實(shí)上，ESD有關(guān)的損害繼續(xù)給世界的電子制造工業(yè)帶來每年數(shù)十億美元的代價(jià)。
　　ESD究竟是什么？靜電放電（ESD）定義為，給或者從原先已經(jīng)有靜電（固定的）的電荷（電子不足或過剩）放電（電子流）。電荷在兩種條件下是穩(wěn)定的：
　　當(dāng)它陷入導(dǎo)電性的但是電氣絕緣的物體上，如，有塑料柄的金屬的螺絲起子。
　　當(dāng)它居留在絕緣表面（如塑料），不能在上面流動(dòng)時(shí)。
　　可是，如果帶有足夠高電荷的電氣絕緣的導(dǎo)體（螺絲起子）靠近有相反電勢(shì)的集成電路（IC）時(shí)，電荷跨接,引起靜電放電（ESD）。
　　ESD以極高的強(qiáng)度很迅速地發(fā)生，通常將產(chǎn)生足夠的熱量熔化半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部電路，在電子顯微鏡下外表象向外吹出的小子彈孔，引起即時(shí)的和不可逆轉(zhuǎn)的損壞。
　　更加嚴(yán)重的是，這種危害只有十分之一的情況壞到引起在最后測(cè)試的整個(gè)元件失效。其它90%的情況，ESD損壞只引起部分的降級(jí) - 意味著損壞的元件可毫無察覺地通過最后測(cè)試，而只在發(fā)貨到顧客之后出現(xiàn)過早的現(xiàn)場(chǎng)失效。其結(jié)果是最損聲譽(yù)的，對(duì)一個(gè)制造商糾正任何制造缺陷最付代價(jià)的地方。
　　可是，控制ESD的主要困難是，它是不可見的，但又能達(dá)到損壞電子元件的地步。產(chǎn)生可以聽見嘀噠一聲的放電需要累積大約2000伏的相當(dāng)較大的電荷，而3000伏可以感覺小的電擊，5000伏可以看見火花。
　　例如，諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS, complementary metal oxide semiconductor）或電氣可編程只讀內(nèi)存（EPROM, electricall programmable read-only memory）這些常見元件，可分別被只有250伏和100伏的ESD電勢(shì)差所破壞，而越來越多的敏感的現(xiàn)代元件，包括奔騰處理器，只要5伏就可毀掉。
　　該問題被每天的引起損害的活動(dòng)復(fù)合在一起。例如，從 乙烯基的工廠地板走過，在地板表面和鞋子之間產(chǎn)生摩擦。其結(jié)果是純電荷的物體，累積達(dá)到3~2000伏的電荷，取決于局部空氣的相當(dāng)濕度。
　　甚至工人在臺(tái)上的自然移動(dòng)所形成的摩擦都可產(chǎn)生400~6000伏。如果在拆開或包裝泡沫盒或泡泡袋中的PCB期間，工人已經(jīng)處理絕緣體，那么在工人身體表面累積的凈電荷可達(dá)到大約26000伏。
　　因此，作為主要的ESD危害來源，所有進(jìn)入靜電保護(hù)區(qū)域（EPA, electrostatic protected area）的工作人員必須接地，以防止任何電荷累積，并且所有表面應(yīng)該接地，以維持所有東西都在相同的電勢(shì)，防止ESD發(fā)生。
　　用來防止ESD的主要產(chǎn)品是碗帶（wristband），有卷毛燈芯絨和耗散性表面或墊料 - 兩者都必須正確接地。另外的輔助物諸如耗散性鞋類或踵帶和合適的衣服，都是設(shè)計(jì)用來防止人員在靜電保護(hù)區(qū)域（EPA）移動(dòng)時(shí)累積和保持凈電荷。
　　在裝配期間和之后，PCB也應(yīng)該防止來自內(nèi)部和外表運(yùn)輸中的ESD.有許多電路板包裝產(chǎn)品可用于這方面，包括屏蔽袋、裝運(yùn)箱和可移動(dòng)推車。雖然以上設(shè)備的正確使用將防止90%的ESD有關(guān)的問題，但是為了達(dá)到最后10%,需要另一種保護(hù)：離子化。
　　中和那些可產(chǎn)生靜電電荷的裝配設(shè)備和表面的最有效方法是使用離子發(fā)生器（ionizer） - 一種設(shè)備吹出離子化空氣流在工作區(qū)域，來中和累積在絕緣材料上的任何電荷。
　　一個(gè)常見的謬論是認(rèn)為因?yàn)樵诠ぷ髡編狭送霂?，該區(qū)域的絕緣體，如聚苯乙烯杯或紙板盒，所帶的電荷將安全地消散。按定義，絕緣體不會(huì)導(dǎo)電，除了通過離子化不可能放電。
　　如果一個(gè)帶電荷的絕緣體保留在EPA,它將輻射一個(gè)靜電場(chǎng)，引發(fā)凈電荷到任何附近的物體上，因此增加對(duì)產(chǎn)品的ESD損壞的危險(xiǎn)性。雖然許多制造商企圖從其EPA禁止絕緣材料，但這個(gè)方法是很難實(shí)施的。絕緣材料是日常生活中太多的一部分 - 從操作員坐落舒適的泡沫墊，到塑料蓋中的一些東西。
　　由于離子發(fā)生器的使用，制造商可以接受一些絕緣材料在其EPA中出現(xiàn)的事實(shí)。因?yàn)殡x子發(fā)生系統(tǒng)連續(xù)地中和可能發(fā)生在絕緣體上面的任何電荷累積，所以對(duì)于任何的ESD計(jì)劃，它們都是合理的投資。
　　標(biāo)準(zhǔn)電子裝配中的離子發(fā)生設(shè)備有兩種基本的形式：
　　桌面型（單個(gè)風(fēng)扇）
　　過頂型設(shè)備（在單個(gè)過頂?shù)膯卧獌?nèi)，有一系列的風(fēng)扇）
　　也有室內(nèi)離子發(fā)生器，但現(xiàn)在主要用于清潔房的環(huán)境。
　　選擇決定于需要保護(hù)區(qū)域的大小。桌面型離子發(fā)生器將覆蓋單一等工作表面，而過頂式離子發(fā)生器將覆蓋兩或三個(gè)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是離子發(fā)生器也可防止灰塵靜電附著于產(chǎn)品，可能使外觀降級(jí)。
　　可是，如果沒有對(duì)ESD設(shè)備有效性的正常測(cè)試和監(jiān)測(cè)，那么沒有一個(gè)保護(hù)計(jì)劃是完善的。一流的ESD控制和離子化專家報(bào)告了使用失效的（因此是無用的）ESD設(shè)備而不知其失效的制造商的例子。
　　為了防止這種情況，除了標(biāo)準(zhǔn)的ESD設(shè)備，ESD供應(yīng)商還提供各種恒定監(jiān)測(cè)器，如果一項(xiàng)表現(xiàn)超出規(guī)定即自動(dòng)報(bào)警。監(jiān)測(cè)器可用作一個(gè)獨(dú)立單元或在網(wǎng)絡(luò)中連接在一起。也有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)軟件，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)操作員和工作站的系統(tǒng)表現(xiàn)。
　　監(jiān)測(cè)器可通過消除許多日常任務(wù)來簡(jiǎn)化ESD計(jì)劃，如保證碗帶每天適當(dāng)測(cè)量，離子發(fā)生器的平衡與正確維護(hù)，工作臺(tái)接地點(diǎn)沒有損壞。
　　結(jié)論
　　防止ESD的第一步是正確評(píng)價(jià)如果忽視，怎樣小的細(xì)節(jié)可能造成不可修復(fù)的損壞。一個(gè)有效的計(jì)劃要求不僅使用有效的ESD保護(hù)設(shè)備，而且嚴(yán)密的運(yùn)作程序來保證所有工廠地面人員的行為是ESD安全的。
　　雖然許多制造商使用自動(dòng)碗帶測(cè)試儀，但常?？梢钥吹讲僮鲉T因?yàn)橥霂啥蛘咄ㄟ^測(cè)試或者失效。許多操作員企圖通過用另一只手簡(jiǎn)單抓著測(cè)試儀靠近其手腕來通過測(cè)試。
　　盡管如此，好消息是ESD是可避免的。投資在正確設(shè)備和改善安全程序中的時(shí)間與金錢將通過相應(yīng)的合格率提高而得到回報(bào)。