隨著電子行業技術水準不斷提升的年代,產品質量對靜電要求也是越來越高,近期國人討論較為熱門的話題就是華為被美國ZF封殺,其實華為公司在多年前就對產品進行高要求,布局專業人士研發智能設備的麒麟系列,用于數據中心的鯤鵬系列服務CPU;用于人工智能的場景AI芯片組系列SoC;用于連接的芯片等等,從此可見要做好高質量產品必須是要提前做好準備,而靜電防護同樣也是一樣,不要等到客戶來驗廠時才發現這里不行,那里需要整改,遇到明事理的人還好,會給你整改的機會,有些客戶發現問題不會當面說出來,而是直接PK掉,在靜電防護方面不達標,而失去機會接訂單的客戶不在少數,很可惜!
電子制造業處理靜電主要方法有哪些?
解決問題之前一定要了解靜電產生及帶來的危害,從而更加有效地做好靜電防護措施!
A、靜電的產生和危害
靜電是電子在材料內部或者在材料之間移動(含極化和傳導) 的產物。兩種不同的材料互相接觸,它們之間的小于一定的距離,如10-25cm時,由于隧道效應,兩種材料內的電子穿過界面而相互交換。當交換達到平衡時,材料間將產生一定的電勢差,界面兩側出現了等量正負電荷。若把接觸后的兩種材料分開,兩種材料將分別帶上等量正負電荷,這就是靜電產生的基本原理。
靜電的產生主要有以下三種方式:摩擦起電、傳導帶電、感應帶電。
a、摩擦起電:因不同材料的物體接觸后再分離,由于不同原子核對電子的束縛能力不同,當兩種不同材料物質接觸或者摩擦時,外圍電子將轉移到束縛能力大的一方,導致一材料帶正電,另一材料帶負電。
b、傳導帶電:因為在導體而言,電子能在他的表面自由移動。當與帶電體接觸時,電子會從發生電荷轉移,導致兩者電荷平衡,從而形成靜電現象。
c、感應帶電:是指鄰近電場的感應,對于導體,電子在導電材料表面自由移動,若將該導體放置在另一個靜電場中,由于同性電荷相互排斥,異性電荷相互吸引,正、負離子就會發生轉移,該導體因靜電場感應導致正、負電荷不平衡而形成帶電。
從靜電產生的基本原理與方式可以看出,在一般電子產品的生產制造整個環節中,很多工序都可能產生靜電。電子制造工序中都可能使操作人員、工作臺面、工具、元器件及包裝等產生靜電,只要存在靜電,就一定會有一個ESD(Electro-Static Discharge靜電釋放)過程,主要是在瞬間放電電流對電路的感應所產生的噪聲,以及放電電流使基準地電位如產品地、信號地的電位發生偏移波動,從而導致對電路正常工作的干擾。
靜電危害與一般防雷或電磁干擾有一些不一樣的特點:
a、隱蔽性:一般的靜電放電人體并未感知,而元器件卻在不知不覺中受到損傷。
b、潛在性和累積性:一些元器件受靜電放電損傷后,僅表現出某些性能參數下降,但尚未失效,在繼續使用的情況下可能導致失效,所以靜電對器件的損傷具有潛在性。
c、隨機性:電子元器件的靜電放電損傷可能在產品從加工到制造到使用維護的任一環節、任一步驟、與任何有關帶電人體(或物體)接觸時發生,具有很強的隨機性。
d、復雜性:些靜電損傷也難以與其他原因造成的損傷加以區別,使人誤把靜電損傷失效當作其他失效,從而做了錯誤判斷。
對于電子產品裝配來說,靜電的危害嚴重影響到產品的質量、成品率和可靠性,必須對用于電子產品裝配的凈化間進行系統防靜電措施,將生產過程中的靜電危害程度降至更低。
B、靜電防護
良好的靜電防護通常需要遵循以下三個基本原則:
(a)減少或防止靜電荷積聚的機會;
(b)搭建可靠的靜電泄放通路;
(c)引入必要且有效的靜電監控設備進行系統靜電監控。
B.1良好的接地系統
減少或防止靜電荷積聚的機會以及搭建可靠的靜電泄放通路的基礎,就需要構建良好的靜電接地系統,靜電接地是指將帶靜電物體或有可能產生靜電的物體(非絕緣體)通過導電體與大地構成電氣回路,使它與大地處于同等電勢位。其目的是在于加快靜電流動與泄漏,使帶電材料的靜電荷得到有效且順利地釋放,以避免靜電積聚。
B.2環境控制
靜電的產生及大小與環境濕度和空氣中的離子濃度存在密切的關系。靜電電勢與濕度成反比,同時與在普通場合相比,空氣越純凈的場所(如無塵車間)內,由于空氣中的離子濃度低,所以靜電更易產生。
同樣的動作在不同的濕度下,產生的靜電電壓可以相差一個數量級以上。但值得注意的是,并不是濕度越高越好,濕度過高會導致設備易結露水,因此濕度應控制在一個合理范圍內,如30%~75%。
C、靜電監控
高濕度雖能夠將產生之靜電降低到人體無法接觸感應到,但是仍足以將敏感組件毀損。正確的觀念是高濕度能抑制靜電產生量,而低濕度則反之,所以針對某些產品裝配對靜電控制的嚴格要求,除了采取傳統的靜電防護措施外,還需對靜電產生環節進行監控、記錄。根據實際情況,可采用防靜電門禁系統和靜電在線實時監控系統實現了對靜電的有效監控與記錄。
C.1 防靜電門禁系統
為了對靜電防護更為有效,須從靜電來源進行源頭控制。為此對關鍵區域導入防靜電門禁系統。門禁系統能檢測出每個進入防靜電區域的工作人員的防靜電措施或裝備是否合格。系統功能模塊包括:身份與權限確認、防靜電腕帶和防靜電鞋的檢測、電平控制板等。
進一步為確保防靜電門禁的有效性,對于一些要求工作環境潔凈度的生產企業,可以將門禁系統與通往工作區的風淋除塵系統進行聯動,即將門禁信號融入風淋門控制系統中,采用此類模式,從進入工作區域時必須就能保證防靜電裝備是合格有效的。
C.2 防靜電實時在線監控系統
通常情況下,一般電子制造行業,一般都用靜電測試儀對員工的防靜電手腕進行檢測,為了保證符合ISO9001要求,再在一個表單上作畫圈或畫其他符號以確認有檢測且檢測是合格的。但是,員工的防靜電手腕帶在操作過程中,若失效了,或整個接地系統的某一環帶突然異常斷開了,或沒有有效連接了,這個時候,就很難發現防靜電系統已失效了。
結束語:靜電一般情況下是“難以看見,且不易摸著”,但其又近乎是無處不在、無時不有,所以靜電防護是一項綜合的系統工程,從原則上說靜電防護應從控制靜電的產生和控制靜電的消散兩方面進行,控制靜電產生主要是控制工藝過程和工藝過程中材料的選擇,控制靜電消散則主要是快速而可靠地將靜電釋放和中和。
靜電危害一直是電子產品質量管理的難點之一,不僅因為靜電損傷或損壞不易被發現與鑒別,還有電子產品靜電防護本身難度也很大,往往局部的防護措施或技術手段很難從根本上杜絕靜電危害,必須要對電子產品從設計到使用全過程進行防護,同時還需保證防護產品的有效性,才可能實現靜電防護效果。另外還有人的靜電防護意識,如果相關人員不按照要求參與靜電防護,每個操作或動作都將成為產品質量管理的漏洞。因此,有效的靜電防護是提高電子產品質量和可靠性的重要途徑之一,靜電防護管理也是電子產品質量管理的重要內容之一,是對產品質量管理的局部強化。
靜電防護工作不僅是一項復雜的技術工作,更是一項復雜系統的管理工作,只有將靜電防護融入到科研生產的各個環節,才能為ESDS產品提供不間斷的ESD防護,才能降低ESD對ESDS產品產生的操作。將管理納入靜電防護工作,讓靜電防護從單純的技術要求上升為“技術要求加管理要求”,是靜電防護的經驗總結和發展趨勢。從體系上建立,實施一個靜電防護方案,或建立一個靜電防護管理體系,是減少靜電放電、保證產品質量的有效手段。
實施一個靜電防護方案(大綱)是美國等發達國家按照現行國際先進標準在靜電防護方面采取的辦法,重點通過培訓、接地系統、人員接地、EPA、包裝、標記、設備等要素要求來實現靜電防護,技術要求與管理要求均貫穿其中,特別是技術要求要覆蓋電子產品研制生產全過程,管理上要對EPA以及相應的人員等采取辦法,使防護措施系統、整體,一般也將適度采用靜電防護方案的方式稱為靜電防護體系。
在我國一些企業特別是外資或合資的生產型企業,已經采納并實施了國際通行的靜電防護體系,初現效果,但在大量研究型或研究與生產并行的企業中實施時,效果不是很明顯,雖然也按照要求對各環節靜電防護要求進行了配置與布置,但在實際運行時仍有較多執行層面的問題,具體分析主要與現行一些體制特點相關,如缺乏較高管理者支持,缺少組織領導,缺乏制度程序,缺少監督管理等。因此本書充分借鑒當前國內運行較為成功的質量管理體系、環境管理體系、職業健康可靠管理體系、實驗室管理體系等管理體系思想,整體汲取國際靜電防護體系精華,強化靜電防護管理要求,采用管理體系思想,整體提升全民靜電防護水平的同時,也整體提高全民靜電防護意識。