生活,生產中靜電可謂無處不在,無時不在,從舉手投足間服裝的磨擦,到干燥空氣的流動,都是靜電產生的青萍之末.如果條件適宜,發(fā)端乎幾伏,登峰造極于幾百上千伏,瞬間亦可實現.這些都對CMOS等靜電敏感電路造成極大威脅,更不待說設備漏電造成的危害了,故電子行業(yè)無不將靜電當成大敵,盡一切努力將之柜之門外.
靜電是相對于“動電”,即導體中的流動電荷而言,是一般情況下不流動的電荷.多由絕緣體物體間互相磨擦或干燥空氣與絕緣物磨擦產生.當它能量積累到一定程度,防礙它中和的絕緣體再也阻擋不住時,即發(fā)生劇烈放電,即靜電放電(ESD),這時的濟高電壓可達幾千乃至幾萬伏.勢必對靜電敏感組件造成損害(見表1﹑表2)
表1 生產現場易產生的靜電電壓.
生產場合
靜電電壓 
濕度10~20%
濕度65~90%
在地毯上走動時
35000V
1500V
在乙烯樹脂地板上走動時
12000V
250V
手拿乙烯塑料袋裝入器件時
7000V
600V
在流水線工位接觸聚酯塑袋時
20000V
1200V
在操作工位與聚胺酯類接觸時
18000V
1500V

表2 靜電對部分電子器件的擊穿電壓.
器件類型
EOS/ESD的濟小敏感度
(以靜電電壓V表示)
VMOS
MOSFET
砷化鎵FET
EPROM
JFET
SAW(聲表面波濾波器)
運算放大器
CMOS
肖特基二極管
SMD薄膜電阻器
雙極型晶體管
射極耦合邏輯電路
可控硅
肖特基TTL
30~1800
100~200
100~300
100以上
140~7000
150~500
190~2500
250~3000
300~2500
300~3000
380~7800
500~1500
680~1000
100~2500
雷電是氣流與云層中水滴磨擦產生的高壓靜電放電而形成,高壓帶電云層經過建筑物附近時,可由避雷針的"尖、端放電"效應中和掉一部分電荷;當云層中電荷量太大,或云層移動太快而來不及全部中和時,將通過避雷針劇烈放電形成雷擊.這兩種情況下,尤其是雷擊時,整個建筑物及附近地面都是帶電的,雷擊的危害主要是直擊雷和雷電感應.由于人在建筑物中處于"等電位"狀態(tài),象鳥兒落在高壓線上一樣,所以一般不會受到雷擊.但雷電感應(超高壓靜電感應和強電磁感應)會對靜電敏感器件造成損害.
設備漏電,尤其是不會對人造成觸電傷害的徽小漏電并不屬于靜電.雖然大多數情況下人們幾乎感覺不到,但由于其普遍性(任何電器設備多少總有些漏電)和高內阻的特點,產生濟高近似于電源電壓(100~400V),時間很短的尖峰電脈沖,仍足以對靜電敏感器件造成電氣過載(EOS)損害.所以也是靜電防護體系中極為重要的一個方面.
靜電放電(ESD)及電氣過載(EOS)對電子元器件造成損害的主要機理有:熱二次擊穿;金屬鍍層熔融;介質擊穿;氣弧放電;表面擊穿;體擊穿等等。見附表3

元器件類別
元器件組成部分
失效機理
失效標志
MOS結構
MOSFET(分立)
MOS集成
數字集成
線性集成
混合電路
電壓引起的介質擊穿和接著發(fā)生的大電流現象
短路漏電大
半導體結
二極管(PN.PIN肖特基)
雙極晶體管
結型場效應管
可控硅
雙極型集成電路,MOSFET和MOS集成電路

電過剩能量和過熱引起的微等離子體二次擊穿和微擴散
由Si和AL的擴散引起電流束增大(電熱遷移)
失效
薄膜電阻器
混合集成電路(厚膜、薄膜)電阻單片集成電路薄膜電阻器
密封薄膜電阻器
介質擊穿,與電壓有關的電流通路與焦爾熱量有關的微電流通路的破壞
電阻漂移
金屬化條
混合IC
單片IC
梳狀覆蓋式晶體管
與焦爾熱能量有關的金屬燒毀
開路
場效應結構和非導電性蓋板
存貯器
EPROM等
由于ESD使正離子與表面積壘.引起表面反型或柵閥值電壓漂移
性能退化、失效
壓晶體管
晶振聲表面波
電壓過高產生的機械力使晶體破裂
性能退化、失效
電極閥的間距較小部位
聲表面波器件
IC內各種微電路
電孤放電使電極材料熔融
性能退化、失效
防靜電應以防止和抑制靜電荷的產生,積聚,并迅速可靠﹑有效地消除已產生的靜電荷為基本原則.但防靜電諸多措施實為一套系統(tǒng)工程,一個環(huán)節(jié)的疏漏可能就有千里之堤潰于蟻穴之臾,不可不慎.
1. 防靜電地線的埋設:
(1).廠房建筑物的避雷針一般與建筑物鋼筋混凝土焊接在一起妥善接地,當雷擊發(fā)生時,接地點乃至整個大樓的地面都將成為高壓大電流的泄放點,一般認為在泄放接地點20M范圍內都會有"跨步電壓"產生,即在此范圍內不再是理想零電位.另外,三相供電的零線由于不可能平衡而也會有不平衡電流產生并流入零線的接地點,故防靜電地線的埋設點應距建筑物和設備地20米以外.(見圖一)
(2).埋設方法:為保證接地的可靠,致少應有三點以上接地,即每隔5m挖深1.5m以上坑,將2m以上鐵管或角鐵打入坑內(即角鐵插入地下2m以上),再用3mm厚銅排將這三處焊接在一起,用16ｍ㎡絕緣銅芯線焊上引入室內為干線.
(3).坑內施以適量木炭粉和工業(yè)鹽,以增加土壤導電性,填埋后用接地電阻測試儀測量,接地電阻應<4Ω.(見圖2)且每年至少測試一次。
2. 防靜電地線的鋪設和測試:
(1).防靜電地線全部使用6ｍ㎡多股銅芯絕緣線,每樓層或適當區(qū)段用銅排或40A以上開關,閘刀與主干線相連,以利檢查維修.
(2).防靜電地線纜應與設備外殼,工作臺鐵架,工作燈架等良好絕緣,防止短路,搭連或破皮連接.
(3).于分段銅排或開關的"干線端",另鋪一條檢查線.(1.5~2ｍ㎡即可),每車間設2~3檢查點,固定好,標識清楚.
(4).測量:使用指針式萬用表,電阻檔.
a).各防靜電測試點與防靜電地線間電阻5~15Ω,理想應為0Ω.但實際測得為2ｍ㎡導線從測試點到總結點電阻 6ｍ㎡,導線從總結點到被測點電阻之和,這一值約5-15Ω且基本不變,如測量結果趨于無窮大,是為防靜電地線或測量線有一條斷線,應及時修好.
b).防靜電地與設備地間電阻,這一阻值為防靜電地線本身線阻 設備地線本身線阻 兩地線間地電阻組成.但兩接地線間由于地面干濕程度,地電流影響等十分復雜,尤其地電流,每時每刻大小方向頻率等都在變,且主要決定測量結果,故只能用指針表測量,且其值從十幾歐到幾百K都算正常,僅說明兩地間未短路也未開路即可.
3.防靜電地板(見圖4):
濟規(guī)范的防靜電地板是類似防靜電橡膠的復合結構,下層為導電層與防靜電地連在一起,上層為絕緣防靜電產生層,不會因行走的磨擦產生靜電.鋪設時導電層應用絕緣墊與建筑物地面和墻壁隔開,防止雷擊時地板帶靜電,并將導電層通過1MΩ20W電阻與防靜電地接好.起到靜電屏蔽和電磁屏蔽作用.這種地板造價太高,但可以有效防止雷電的各種危害和靜電產生.
一般電子廠多用簡易防靜電地板(僅有絕緣防靜電產生層多為涂料或地板膠),直接鋪在建筑物地面上,大大降低造價,且也可起到防行走產生的靜電作用.但對雷擊產生的超高壓靜電感應和強電磁感應防護作用較差.
4.防靜電工作臺面:如圖4
防靜電橡膠綠色面為防靜電產生層,電阻較大,表面電阻108~1010Ω.
防靜電橡膠的黑色面電阻較小,表面電阻104~106,與綠色面良好連接,可保妥善接地.起靜電屏蔽和泄放作用. 可通過扣式連接,由專用靜電手環(huán)導線(內含1M電阻)接地.或在絕緣臺面上放0.2mm厚鐵板或銅箔,焊好導線通過1MΩ電阻連接到靜電地線,然后鋪平防靜電橡膠(黑面向下,貼緊導電片).該1MΩ電阻同樣起提供靜電泄放通路,防止過速放電打火和隔離的作用.
甚至坐椅(凳)也應引起重視,多數生產線上使用普通塑料凳,極易與衣物摩擦產生靜電,有條件應采用防靜電椅,并通過1MΩ電阻接靜電地,至少要將塑料凳用防靜電布料套上.
5.電烙鐵,小錫爐,測試儀器等用電設備的接地與測試:
電烙鐵,小錫爐測試儀器等必須用三端插頭妥善接設備地,做到并不難,但由于經常發(fā)生如:插座接地端松脫,斷線,烙鐵頭因氧化而與外殼(接設備地)斷開等現象,故應每班次檢測,可用自制簡易通斷指示燈測試,發(fā)現問題立即更換.
6.防靜電服(衣,鞋,手套等):
所謂防靜電服,是用特殊合成纖維織成布料,一般情況下揉搓磨擦不會產生靜電.但它不是靜電屏蔽服,它不能消除身上其它衣料產生的靜電.故正確穿著應是里面只著一件襯衣或內衣,外著防靜電服.冬季內穿多件化纖類,毛類衣物穿著防靜電服也無大用.所以做好控制環(huán)境溫度,濕度,戴好靜電手環(huán)比著靜電服重要.防靜電手套則起防止靜電產生;隔離手與產品(絕緣);防止汗?jié)n污染產品等多重作用,是必用的.
7.防靜電手環(huán):
防靜電手環(huán)是由緊貼手腕的不銹鋼外殼通過線內1MΩ電阻由導線,鐵夾接地.目的是既要隨時泄放掉人體上的靜電,又要防止快速放電產生的火花,對靜電敏感器件造成損害,并起隔離作用.而斷線或接觸不好會使靜電手環(huán)形同虛設.所謂無線手環(huán)實際起不到泄放人體攜帶的靜電荷作用。
(1).規(guī)范靜電手環(huán)佩戴,夾持方法:
a. 靜電手環(huán)不銹鋼殼應戴在左手腕內側,此處接觸電阻濟小.
b. 要與皮膚緊密接觸,不得松馳,不得隔以衣物.
c. 鱷魚夾應用根部夾持靜電地線裸露部份,而不應使用前端齒部夾持.
d. 下班或行走時,操作員可摘下手環(huán),流動人員(干部,品管)應取下夾子,將聯機繞在手腕上,以便流動使用.
(2).靜電環(huán)應每班上午,下午各測一次并記錄,松緊以通過測試為準,不合格的應立即調整或更換.
(3).不準佩戴無線手環(huán).
8.加裝離子風扇:
波峰爐預熱部份溫度為80~120℃,在這樣高溫干燥熱風吹佛下極易產生靜電.離子風扇是由高壓將空氣電離成正負離子,由風扇將含大量正負離子的空氣吹入爐內,以中和PCB及組件上因高溫熱風產生的靜電.故波峰爐入口應加裝離子風扇.防靜電工作區(qū)入口處,傳送帶起點或上方也可根據實際需要加裝離子風扇.
9.傳送帶加裝防靜電清潔輥:
自制簡易裝置:將長度略小于傳送帶寬度的硬塑管纏好毛巾布(應較平整),沾濕后中間穿以鐵棍(做軸)固定于傳送帶兩端,并用可樂瓶灌水后彷醫(yī)院吊瓶方法不斷加濕,傳送帶開動時輥在自重下隨傳送帶轉動,起清潔,加濕防靜電作用.這種簡易自制裝置可在一定場合下起到傳送帶離子風扇的作用.
10.PCB在流水線上(主要指DIP后補焊,測試,裝配等工序)即應下墊防靜電海棉墊,防止產生靜電和板面刮傷.工序間轉運應用防靜電板卡儲運車或卡箱. (其表面電阻106Ω以下),通過1MΩ電阻妥善接靜電地.
分清靜電屏蔽材料(袋)和防靜電材料(袋)很重要,防靜電材料(袋、墊)多為粉紅色,僅用來作為靜電敏感器件的廉價墊襯和中介包裝物,它只是自身不易產生靜電而已,如果有靜電放電發(fā)生,則能穿過這些防靜電材料造成危害.靜電屏蔽包裝多為銀色、黑色、灰色,有鋁箔形不透明和黑色、灰色半透明材料,現在還有柵格狀全透明材料等,其基本原理是在防靜電材料外再真空鍍一層鋁作為導電的靜電屏蔽層,有靜電勢產生時, 屏蔽層將感應靜電勢均勻分布于整個包裝表面,降低表面電勢差,防止局部點高靜電勢差放電,同時對高頻強電磁場也有良好屏蔽作用.隨著防護等級不同靜電屏蔽包裝材料的導電層也分為:外層電阻層─絕緣膜─鍍鋁箔層─絕緣膜; 絕緣膜─鍍鋁箔層─絕緣膜;真空鍍膜層─絕緣膜;印刷導電柵格層─絕緣膜等多種檔次.稍加注意可發(fā)現IC出廠時除外包裝為2~3層靜電屏蔽材料外,內部的支撐材料(如推盤和供料帶)都是黑色高阻導電材料,約106MΩ,也只起屏蔽和中和各引腳靜電勢,提供靜電泄放通路作用。靜電敏感組件(如IC)和制品出貨時,必須用靜電屏蔽材料包裝,而不有使用防靜電袋。
11. 溫度和相對濕度的調控:
電子作業(yè),尤其是SMT對溫度和濕度都有較高要求,一般溫度控制在18~28℃,過高或過低都將影響設備的正常運作和精度;相對濕度應在50%~85%,過低則容易產生靜電(見表1).過高設備易結露,錫膏含水增加,所以應加強監(jiān)測和調控,對防靜電來說,秋冬相對濕度偏低時,可用加濕器或濕布拖地方法解決.
12.其它
(1) 電烙鐵應盡可能采用防靜電低壓恒溫烙鐵,并良好接地.
(2) 使用接地線的低壓直流電動起子(電批).
(3) PCB小批量清洗作業(yè)應使用防靜電刷,不可使用普通塑料刷.
(4) 某些場合,天花板,墻壁都應使用防靜電材料,一般說即使普通石膏板和石灰涂料墻面也可,但禁止使用塑料制品天花板和普通墻紙,塑料墻紙.
13.靜電測試儀:
如條件具備,可考慮添置"手持式非接觸靜電測試儀",這樣才能實時監(jiān)測靜電的產生,大小,追蹤靜電造成的不好,了解改善效果.因其價格過于昂貴,多數企業(yè)不敢問津.
14.監(jiān)測和記錄:
防靜電措施要有專人負責落實,并形成制度,才能真正貫徹實施.否則一切硬件投入可能起不到實際作用。
(1).人員:應由兩人兼職管理,測試,記錄.多數情況下需兩人配合,并防止人員流動斷檔.
(2).測試和記錄:綜上所述,每天應完成下列測試和記錄.
a. 靜電測試點--------靜電地 指針式萬用表
靜電地----------- 設備地 電阻值測量
b. 電烙鐵頭接地/烙鐵尖溫度測量.
c. 小錫爐接地/錫爐溫度測量.
d. 測試儀器接地測量.
e. 靜電手環(huán)接地測試. 靜電手環(huán)測試儀
f. 室內溫度/相對濕度的測量與調控. 溫/濕度計.
(3).檢查防靜電工作區(qū)內工作人員著裝和防靜電各項規(guī)定執(zhí)行情況.
(4).有條件應在工作現場和流水線上用靜電測試儀測各種情況下的靜電電壓.
靜電電壓一般應小于100V,特殊情況應小于25V.
15.培訓和素養(yǎng):應將防靜電知識/措施作為全員培訓的重要內容讓每一員工都弄懂弄通,形成良好的職業(yè)習慣.如:
服裝,圖紙資料等不得接觸元器件,圖紙資料應放入防靜電文件袋內,懸掛;
塑料盒,像皮,紙板,玻璃等易產生靜電的雜物不允許堆放在靜電可靠工作臺上;
必需載好靜電環(huán)和手套后才可接觸元器件,手拿PCB或敏感器件時盡量持邊緣,避免接觸其引線和接線片;
自覺遵守和執(zhí)行防靜電的制度和規(guī)定等.