电子装配过程静电防护及EPA管理分析

孙育刚

（中航工业自控所，陕西　西安　710065）



电子装配过程静电防护及EPA管理分析

孙育刚

（中航工业自控所，陕西西安710065）

摘要：伴随着科技的发展，电子产品集成度越来越高，在电子原件的生产、集成过程中，面临静电的威胁也日益严峻，为了有效的避免静电对电子原件的损伤或损坏，延长产品使用寿命，提高成活率，静电的有效防护是关键所在。通过对静电产生的原理、放电模型、静电防护原则、静电的危害以及防护措施进行一一介绍，分析了电子装配过程防静电应采取的相关措施，以及后续生产过程中静电防护区域的管理维护和注意事项。

关键词：ESD；EPA；防护；防静电

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.02.005

1　静电产生的机理

1.1静电产生的原理

通常在工作人员操作或者生产活动过程中，材料之间的接触、分离或者相对运动都可以导致电荷的产生和积累。静电的产生可以从宏观和微观两个角度去描述，宏观上，物体的接触分离、摩擦、电磁感应等行为都会产生静电，微观上讲，核外电子的转移，形成电子的不均匀分布，使得两个不同的物体带上电荷，进而产生静电。静电大致可以分为以下几种：（1）粉尘静电；（2）固体静电；（3）蒸汽和气体静电；（4）人体静电；（5）液体静电。

1.2静电的放电模型

静电释放的过程是一个随机过程，放电结果也往往受到各种条件的制约，结果不尽相同，为了定量表征ESD（Electrostatic Discharge，静电放电）特性，一般将ESD转化成模型表达方式，但根据不同场合静电放电的主要特点，可以大致概括为四种静电放电模型，即人体模型（HBM）、机器模型（MM）、原件充电模型（CDM）、电场感应模型（FIM）。

1.3静电防护的基本原则

ESD防护设计可分为单板防护设计、系统防护设计、加工环境设计和应用环境防护设计。静电防护的措施有多种，但静电防护的最基本原则是抑制静电荷的产生和集聚，在短时间内能够快速、安全、完全的消除已经产生的静电荷。通常情况下，当静电荷集聚不可避免时，可以采取工艺控制法、静电屏蔽法和复合中和法等三种方法将静电产生的危害控制在允许的范围内。工艺控制法的基本原则就是在生产过程中尽量避免静电荷的产生，从工艺过程中的器具安装、选材、操作和管理流程全过程采取防护措施减少静电危害；静电屏蔽法即采取接地的屏蔽罩将敏感物体和其他物体分隔开，根据隔离的形式又分为场内屏蔽和场外屏蔽；复合中和法一般通过静电消除器所释放的异性离子来中和带电体的电荷，进而降低静电危害。

1.4静电危害的特点

在电子工业领域，全球每年因为静电造成的损失高达近百亿美元，必须引起足够的重视，静电的危害呈现出潜在性、隐蔽性、随机性和复杂性4个特点，静电对电子产品的破坏主要集中在使用寿命缩短、直接损坏、潜在的损坏和电磁干扰4个方面，往往比较重视电子器件的组装实验过程的静电防护，忽视了器件在拆卸、维修过程中的防护，这很容易对器件造成二次伤害。静电的防护贯穿于电子产品的全寿命周期中。表1是部分半导体器件的静电破坏阀电压值。

表1　部分半导体器件的静电破坏电压

电子装配生产过程中静电的危害可以概括为以下五个阶段，第一阶段：元器件制造，静电危害部位主要包括切断、接线、检测、传递、运输几个环节；第二阶段：单板制造，静电危害部位主要包括元器件检测、验收、分发、插装、焊接、清洗、检测、传递、包装、运输几个环节；第三阶段：单板调试，静电危害部位主要包括测试、焊接、插装、传递、包装、运输几个环节；第四阶段：整体调试，静电危害部位主要包括安装、测试、焊接、插装、传递、包装、运输几个环节；第五阶段：产品交付，静电危害部位主要包括产品的验收、包装、运输、通电使用等几个环节。

2　静电的防护措施及具体做法

静电的产生、释放都具有不确定性，相应静电的防治是一项高度综合的系统工程，可以概括为三个基本要素，即防止静电荷的聚集、建立安全的泄放通道、防静电措施有效性的控制。静电的防护工作主要体现在对人、机、料、法、环几个环节的管控。

2.1材料和工艺的控制

材料根据不同的电阻率可以分为三种，即：表面电阻率<105 Ω/m2的材料称为导电体；表面电阻率<105-1012Ω/m2的材料称为防静电材料；表面电阻率>1012Ω/m2的材料称为绝缘材料。在控制ESD材料选择方面，重点关注静电绝缘材料的使用，尽量少用或者不用绝缘材料，地坪、工作台或者操作台使用ESD地板或ESD桌垫。同时建立规范的工艺流程，制定ESD操作规范，在产品周转、运输过程中采取防静电措施，采用防静电电烙铁、镊子等防静电工具等。

2.2人员和设备的防护

静电防护区的工作人员必须配备防静电腕带、ESD鞋、ESD桌椅、防静电服等防护装备，对工作人员进行定期的ESD培训，增强工作人员防静电意识，必要时进行考核；为了有效提高产品的防静电能力，设备可以通过接地释放静电电流，或者采取静电屏蔽法，隔离电磁干扰。即在设计阶段针对产品的电磁兼容性和静电防护，进行有效的静电屏蔽设计，将敏感器件或部件进行通过金属外壳进行屏蔽。

2.3对EPA区域环境的管控

对EPA（Electrostatic Discharge Protected Area，防静电工作区）温湿度及洁净度的管控是静电防护的重要工作内容。材料表面电阻的大小很大程度上取决于环境湿度，通常情况下，湿度与表面电阻成反比，提高湿度，材料表面电阻率下降，电荷泄放时间缩短，相应起点成都降低。当相对湿度<30%时，静电产生显著，当相对湿度>65%时，材料上积聚的电荷几乎可以完全泄放。在控制温湿度方面通常采用恒温恒湿调节器或者高湿度空气静电消除器，需要注意的是，高湿度环境本身增加运行成本而且过程产生静电，在使用中有它本身的局限性，应用时针对不同领域采取不同的方式。同时，对EPA区域的粉尘应加以控制，以提高静电防护水平。

3　静电防护案例简介

本电子装配区域单块防静电面积为千余平米，提供稳定可靠接地，且接地电阻＜1Ω，接地效果良好。针对防静电地面的材料，我们采用环氧防静电自流平地面，该地面防静电寿命周期长，且不受温湿度的影响，可靠性高，接地可靠；在主要入口处设有静电释放球，进入该区域的人员首先通过静电释放球消除自身携带的静电荷。地坪、人员、操作设备接地安全可靠。

3.1静电防护管理措施

静电防护区域（EPA）必须有严格的管理制度，同时在进入静电防护区域应张贴EPA警告标示，经典敏感原件、静电敏感工作区、静电敏感包装都应有明显的防护标记和标识，对进入该区域的工作人员必须进行ESD专项培训，进入该区域需按照要求穿好防静电工作服和防静电鞋，只有佩带好腕带或者脚带并通过相关静电测试才能接触静电敏感元件或者打开防静电包装。静电服、鞋严禁穿出工作区域，并按要求定时清洗。同时对进入EPA区域的物品也要严格把关，比如塑料、纸质物品等不得带进该区域

静电防护区域的工作人员，每日在操作前必须对工位的接地线、离子风机、工作台面、脚环或者手环等进行常规检查以确保防静电效果良好，静电防护管理人员必须定期对接地设施、防静电服及鞋、腕带、EPA区域的地/台面等进行静电防护测试，确保其在静电防护过程中可靠、有效。同时建立一套严格的ESD培训制度，让员工从原理上、操作上明白静电的产生及防护，引导员工养成良好的职业素养，积极主动的参与到静电防护工作中来。

3.2静电防护维护注意事项

首先，静电防护区域工作台是该区域的核心部位，它可以消除台面及腕带的静电，如果安装一台适当大小的离子发生器，则静电控制效果更优。其次，静电的破坏在不经意间，且不易发觉，必须严格控制进入该区域的人员身份，没有经过ESD培训的人员必须由专业人员带入。最后要杜绝工作人员的私人物品进入该区域，特别是纸质或者塑料物件，日常需要管理者加强对EPA区域工作人员的习惯培养和科学引导，定期的培训和考核也是必不可少的，只有硬件设施可靠有效，工作人员严格按照规定执行，才能为有效的静电防护打下坚实的基础。

4　结束语

电子产品从设计之初到最终形成产品，每一个步骤都需要恰当的静电防护措施，只有行之有效的防护措施，才能克服静电对产品的危害，提高产品成活率、延长使用寿命。然而，静电又被形象的比喻为科学之鼠，处处吞噬科学成果，也充分说明静电危害的紧迫性和静电防护的必要性。但是静电防护又是一项复杂的系统工程，并非一朝一夕可以完成，可靠的硬件设施、齐全的静电防护设备、严格的防静电管理制度等每一个环节都必须足够重视，多管齐下，静电防护工作才能落到实处，产品质量才能得到保障。

参考文献：

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作者简介：孙育刚（1982-），男，汉族，陕西咸阳人，硕士，工程师，主要从事项目管理工作。

收稿日期：2016-1-5

中图分类号：TN03

文献标识码：A