電子工業(yè)防靜電技術(shù)綜述
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子、通信、航天航空等高新產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，尤其是電子儀器儀表和設(shè)備等電子產(chǎn)品日趨小型化、多功能及智能化。高密度集成電路已成為電子工業(yè)對上述要求中不可缺少的器件。這種器件具有線間距短、線細(xì)、集成度高、運算速度快、低功率和輸入阻抗高的特點，因而導(dǎo)致這類器件對靜電越來越敏感。

靜電造成的故障與危害，通稱靜電障害。從傳統(tǒng)的觀點來看，它是火電、化工、石油行業(yè)引起火災(zāi)、爆炸的事故的主要誘發(fā)因素之一；也是亞麻、化釬等紡織業(yè)加工過程中質(zhì)量及可靠事故隱患因素；還是造**體電擊危害的重要原因。因此，靜電防護(hù)是各行業(yè)濟(jì)為關(guān)注的可靠問題之一。

降低靜電障害的濟(jì)有效手段是實施靜電防護(hù)。因為，靜電作為一種自然現(xiàn)象，不讓它產(chǎn)生幾乎是不可能的，但是，把它的存在控制在危險的水平下，使其造成的損失盡可能減小，則是可以做得到的。有效地進(jìn)行靜電防護(hù)與控制，依賴于對靜電現(xiàn)象的認(rèn)識和對其發(fā)生、存在、消除的控制；依賴于掌握和了解靜電與環(huán)境條件的關(guān)聯(lián)性和靜電發(fā)生的規(guī)律。

一、術(shù)語及定義

1．靜電：物體表面過剩或不足的靜止的電荷。

2.靜電場：靜電在其周圍形成的電場。

3．靜電放電：兩個具有不同靜電電位的物體，由于直接接觸或靜電場感應(yīng)引起兩物體間的靜電電荷的轉(zhuǎn)移。靜電電場的能量達(dá)到一定程度后，擊穿其間介質(zhì)而進(jìn)行放電的現(xiàn)象就是靜電放電。

4.靜電敏感度：元器件所能承受的靜電放電電壓。

5.靜電敏感器件：對靜電放電敏感的器件。

6.靜電接地：電氣連接到能供給或接受大量電荷的物體。

7.離子中和：利用異性電荷使靜電消失。

8.防靜電工作區(qū)：配備各種防靜電設(shè)備和器材，能限制靜電電位，具有明確的區(qū)域界限和專門標(biāo)記的適于從事靜電防護(hù)操作的工作場地。

二、靜電的產(chǎn)生：

物質(zhì)都是由分子組成，分子是由原子組成，原子中有帶負(fù)電荷電子和帶正電荷的質(zhì)子組成。當(dāng)兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷如電子轉(zhuǎn)移到另一個物體使其帶正電，而另一個體得到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。所以在很多運動的物體在與其它物體接觸與分離的過程（如摩擦）就會帶上靜電。固體、液體和氣體多會帶上靜電。如在干燥的季節(jié)人體就很容易帶上很高的靜電而遭受靜電電擊。

1．摩擦：在日常生活中，任何兩個不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電，而產(chǎn)生靜電的濟(jì)普通方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易產(chǎn)生摩擦生電。另外，任何兩種不同物質(zhì)的物體接觸后再分離，也能產(chǎn)生靜電。

2．感應(yīng)：針對導(dǎo)電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如將其置于一電場中，由于同性相斥，異性相吸，正負(fù)電子就會轉(zhuǎn)移。

3.傳導(dǎo)：針對導(dǎo)電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如與帶電物體接觸，將發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。

三、靜電對電子工業(yè)的影響

集成電路元器件的線路縮小，耐壓降低，線路面積減小，使得器件耐靜電沖擊能力的減弱，靜電電場和靜電電流成為這些高密度元器件的致命殺手。同時大量的塑料制品等高絕緣材料的普遍應(yīng)用，導(dǎo)致產(chǎn)生靜電的機(jī)會大增。日常生活中如走動，空氣流動，搬運等都能產(chǎn)生靜電。人們一般認(rèn)為只有CMOS類的晶片才對靜電敏感，實際上，集成度高的元器件電路都很敏感。

靜電放電（ESD）的能量，對傳統(tǒng)的電子元件的影響甚微，人們不易覺察，但是這些高密度集成電路元件，不論是MOS器件，還是雙極型器件都可能因靜電電場和靜電放電電流引起失效，或者造成難以被人們發(fā)現(xiàn)的“軟擊穿”現(xiàn)象，給整機(jī)留下潛在的隱患，直接影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

電子元件及產(chǎn)品在什么情況下會遭受靜電破壞呢？可以這么說：電子產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用的全過程都遭受靜電破壞的威脅。從器件制造到插件裝焊、整機(jī)裝聯(lián)、包裝運輸直至產(chǎn)品應(yīng)用，都在靜電的威脅之下。在整個電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，每一個階段中的每一個小步驟，靜電敏感元件都可能遭受靜電的影響或受到破壞，而實際上濟(jì)主要而又容易疏忽的一點卻是在元件的傳送與運輸?shù)倪^程。在這個過程中，運輸因移動容易暴露在外界電場（如經(jīng)過高壓設(shè)備附近、工人移動頻繁、車輛迅速移動等）產(chǎn)生靜電而受到破壞，所以傳送與運輸過程需要特別注意，以減少損失，避免無所謂的糾紛。

靜電的產(chǎn)生在工業(yè)生產(chǎn)中是不可避免的，其造成的危害主要可歸結(jié)為以下三種機(jī)理：

其一、靜電放電（ESD）造成的危害：

1、引起電子設(shè)備的故障或誤動作，造成電磁干擾；

2、擊穿集成電路和精密的電子元件，或者促使元件老化，降低生產(chǎn)成品率；

3、高壓靜電放電造成電擊，危及人身可靠；

4、在易燃易爆品或粉塵、油霧的生產(chǎn)場所極易引起爆炸和火災(zāi)；

其二、靜電引力（ESA）造成的危害：

1、電子工業(yè)：吸附灰塵，造成集成電路和半導(dǎo)體元件的污染，大大降低成品率；

2、膠片和塑料工業(yè)：使膠片或薄膜收卷不齊；膠片、CD塑盤沾染灰塵，影響品質(zhì)；

3、造紙印刷工業(yè)：紙張收卷不齊，套印不準(zhǔn)，吸污嚴(yán)重，甚至紙張黏結(jié)，影響生產(chǎn)；

4、紡織工業(yè)：造成根絲飄動、纏花斷頭、紗線糾結(jié)等危害；

其三、靜電損傷的特點：

1、隱蔽性：人體不能直接感知靜電，除非發(fā)生靜電放電，但發(fā)生靜電放電，人體也不一定能有電擊的感覺。這是因為人體感知的靜電放電電壓2-3KV；

2、潛伏性：有些電子元器件受到靜電損傷后性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給器件造成內(nèi)傷而形成隱患，而且增加了器件對靜電的敏感性。已產(chǎn)生的問題并無任何方法可**；

3、隨機(jī)性：電子元件什么情況下會遭受到靜電破壞呢？可以這么說，從一個元件生產(chǎn)后一直到它損壞以前所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產(chǎn)生也具有隨機(jī)性。由于靜電的產(chǎn)生和放電都是瞬間發(fā)生的，及難預(yù)測和防護(hù)；

4、復(fù)雜性：靜電放電損傷主板后，因電子產(chǎn)品的精細(xì)，微小的結(jié)構(gòu)特點而費時、費事、費錢，要求較復(fù)雜的技術(shù)往往需要使用掃描電鏡等精密儀器，即使如此有些靜電損傷現(xiàn)象也難以與其他原因造成的損傷加以區(qū)別，使人誤把靜電損傷失效當(dāng)作其它失效，這是對靜電放電損害未充分認(rèn)識之前，常常歸咎于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺的掩蓋了失效的真正原因；

5、嚴(yán)重性：ESD問題表面上看來只影響了制成品的消費者，但實際上亦影響了各層次的制造商，如：保用費、維修及公司的聲譽(yù)等等；

靜電的危害有目共睹，現(xiàn)在越來越多的廠家已經(jīng)開始實施各種程度的防靜電措施和工程。但是，要認(rèn)識到，完善有效的防靜電工程要依照不同企業(yè)和不同作業(yè)對象的實際情況，制定相應(yīng)的對策。防靜電措施應(yīng)是系統(tǒng)的、**的，否則，可能會事倍功半，甚至造成破壞性的反作用。

四、靜電防護(hù)

靜電防護(hù)的基本原則是：a、抑制靜電荷的積聚；b、迅速、可靠、有效地消除已經(jīng)產(chǎn)生的靜電荷。具體措施如下：

1.接地

接地就是直接將靜電通過一條線的連接泄放到大地，這是防靜電措施中濟(jì)直接濟(jì)有效的方法，對于導(dǎo)體通常用接地的方法，如有繩防靜電手腕帶、地板及工作臺面接地等。

接地通過以下方法實施：

1） 人體通過手腕帶接地。

2） 人體通過防靜電鞋（或鞋帶）和防靜電地板接地。

3） 工作臺面接地。

4） 測試儀器，工具夾，烙鐵接地。

5） 防靜電地板，地（臺）墊接地。

6） 防靜電周轉(zhuǎn)車，箱，架接地。

7） 防靜電椅接地。

2.靜電屏蔽

靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露于有靜電的區(qū)域中，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對電子元件的影響，濟(jì)通常的方法是用靜電屏蔽袋和防靜電周轉(zhuǎn)箱作為保護(hù)。另外防靜電衣對人體的衣服具有一定的屏蔽作用。

3.離子中和

絕緣體往往是易產(chǎn)生靜電，對絕緣體靜電的消除，用接地方法是無效的，通常采用的方法是離子中和（部分采用屏蔽），即在工作環(huán)境

五、靜電防護(hù)材料與靜電防護(hù)設(shè)施

因此在防靜電材料和防靜電設(shè)施中，均是按這三種方式派生出來的產(chǎn)品，可分為防靜電儀表，接地系統(tǒng)類防靜電產(chǎn)品，屏蔽類防靜電包裝，運輸及儲存防靜電材料，中和類靜電消除設(shè)備，以及其它防靜電用品。

A.防靜電儀表

1.手腕帶/腳筋帶/防靜電鞋綜合檢測儀用途：檢測手腕帶，腳筋帶，防靜電鞋是否符合要求。

2.測試腳帶及防靜電鞋時，需增加一塊金屬板及儀表連接的導(dǎo)線。

3.除靜電離子風(fēng)機(jī)檢測儀用途：定期對離子風(fēng)機(jī)平衡度和衰減時間進(jìn)行檢測及校驗以確保離子風(fēng)機(jī)工作在可靠的指標(biāo)范圍。

4.靜電場測試儀用途：測量靜電場以反映靜電的存在，以電壓形式讀數(shù)，用來測試環(huán)境的靜電強(qiáng)度。一般受環(huán)境影響和靜電瞬間特性，很難真實反映實際情況。

5.靜電屏蔽袋測試儀用途：檢測靜電屏蔽袋的屏蔽效果。

6.表面電阻測量儀用途：測量材料表面電阻，體積電阻。

B．接地類防靜電產(chǎn)品

1.防靜電手腕帶：廣泛用于各種操作工位，手腕帶種類很多，建議一般采用配有1兆歐姆電阻的手腕帶，線長應(yīng)留有一定余量。

2.防靜電腳筋帶/防靜電鞋：廠房使用防靜電地面后，應(yīng)配備防靜電鞋，建議車間以穿防靜電鞋為主，可降低灰塵的引入。操作人員再結(jié)合配帶防靜電手腕帶效果將會更佳。

3．防靜電臺墊：用于各工作臺表面的鋪設(shè)，每個臺墊串上1兆歐電阻后與防靜電地可靠連接。

4. 防靜電地板：

防靜電地板分為：PVC地板、環(huán)氧樹脂地板、活動地板、陶瓷地板。

防靜電蠟和防靜電油漆：防靜電蠟可用于各種地板表面增加防靜電功能及使地板更加明亮干凈。

防靜電油漆可用于各種地板表面，也可涂于各種貨架，周轉(zhuǎn)箱等容器上。

C.屏蔽類防靜電包裝運輸及儲存材料

1.防靜電周轉(zhuǎn)箱、防靜電元件盒：用于車間單板和部件的周轉(zhuǎn)，運輸及儲存。

2.防靜電屏蔽袋：用于單板和部件的包裝、運輸和儲存，具有一定的防潮效果。

3.防靜電膠帶：用于各種包裝箱等。

4.防靜電IC條管及IC托盤：用于生產(chǎn)車間IC元器件的儲存、搬運。禁止在使用前，露天存放IC；或拆開包裝運輸。

5.防靜電貨架、手推車及工作臺：防靜電貨架、手推車廣泛用于電子裝配車間的單板、部件的周轉(zhuǎn)，搬運等。防靜電貨架及工作臺要有防靜電接地，手推車應(yīng)有金屬鏈與大地接觸。

6.防靜電工作服工作鞋：在具有靜電敏感元器件，具有一定潔凈度要求的加工車間，一般應(yīng)嚴(yán)格要求員工穿戴防靜電工作服工作鞋。

7.防靜電手指套：如操作員工需經(jīng)常手拿靜電敏感元器件時，要戴防靜電手指套。

D.中和類設(shè)備

離子風(fēng)機(jī)、風(fēng)槍、風(fēng)嘴、風(fēng)簾、離子棒等。

六、防靜電的一般工藝規(guī)程要求

附表：防靜電器材基本配置表

防靜電操作系統(tǒng)組成件的靜電性能要求

1、操作者必須戴防靜電手腕帶；

2、ESD敏感型器件必須用靜電屏蔽；

3、準(zhǔn)備開封、測試靜電敏感器件時必須在防靜電工作臺上進(jìn)行，有條件的可配用離子風(fēng)機(jī)**空氣中的不平等電荷；

4、組裝所用的焊接設(shè)備及成形工裝設(shè)備都必須接地，焊接工具使用內(nèi)熱式烙鐵，接地要良好，接地電阻要偏小；

5、產(chǎn)品測試時，在電源接通的情況下，不能隨意插拔器件，必須在關(guān)掉電源的情況下插拔；

6、凡ESD敏感型器件不應(yīng)過早地拿出原封裝，要正確按操作規(guī)范，盡量不能觸摸ESD敏感型器件管腿；

7、用波峰焊接時，焊料和傳遞系統(tǒng)必須接地；

8、在ESD敏感型測試儀器生產(chǎn)線上，應(yīng)嚴(yán)格使用靜電電位測試儀，監(jiān)視靜電電位的變化情況，以便及時采取靜電消除措施；

9、防靜電可靠工作臺：

a、靜電可靠工作臺是防靜電工作區(qū)的基本組成部分，它由工作臺、防靜電臺墊、腕帶接頭和接地線等組成；

b、防靜電臺墊上應(yīng)不少于兩個腕帶接頭，一個供操作人員使用，另一個供技術(shù)人員，檢驗人員或其它人員使用；

c、必要時，靜電可靠工作臺上應(yīng)配備離子風(fēng)機(jī)；

d、靜電可靠工作臺上不允許堆放塑料盒（片）、橡皮、紙板、玻璃等易產(chǎn)生靜電的雜物，圖紙資料等應(yīng)裝入防靜電文件袋內(nèi)；

10、防靜電容器在電子設(shè)備研制生產(chǎn)過程中，一切貯存、周轉(zhuǎn)SSD的容器（元器件袋、轉(zhuǎn)運箱、印制板架、元器件存放盒等）應(yīng)具備靜電防護(hù)性能。不允許使用金屬和普通塑料容器。必要時，存放部件用的周轉(zhuǎn)箱應(yīng)接地；

11、靜電消除器消除絕緣材料表面的靜電荷應(yīng)使用離子風(fēng)靜電消除器；

12、防靜電工作服：

a、進(jìn)入防靜電工作區(qū)或接觸SSD的人員應(yīng)穿防靜電工作服，防靜電工作服面料應(yīng)符合GB12014規(guī)定；

b、在相對濕度大于50%的環(huán)境中，防靜電工作服允許選用純棉制品；

13、防靜電工作鞋進(jìn)入防靜電工作區(qū)或接觸SSD的人員應(yīng)穿防靜電工作鞋，防靜電工作鞋應(yīng)符合GB4385的有關(guān)規(guī)定。一般情況下允許穿普通鞋，但應(yīng)同時使用導(dǎo)電鞋束或腳跟帶；

14、防靜電運輸車轉(zhuǎn)運SSD或含有SSD的整、部件時，應(yīng)采用有防靜電性能的運輸車；

中用離子風(fēng)機(jī)等，提供一等電位的工作區(qū)域。

附表1：

附表2：