靜電對儀表元器件的危害及防護

靜電對儀表元器件的危害及防護

儀表元器件按其種類不同，受靜電破壞的程度也不一樣，低的100V的靜電壓也會對其造成破壞。            

     近年來隨著儀表元件發展趨于集成化，因此要求相應的靜電電壓也在不斷減弱。人體平常所感應的靜電電壓在2-4KV以上，通常是由于人體的輕微動作或與絕緣物的磨擦而引起的。也就是說，倘若我們日常生活中所帶的靜電電位與IC接觸，那么幾乎所有的IC都將被破壞，這種危險存在于任何沒有采取靜電防護措施的工作環境中。靜電對IC的破壞不僅體現在儀表元器件的制造工序當中，而且在IC的組裝、遠輸等過程中都會對IC產生破壞。  

 要解決以上問題，可以采取以下各種靜電防護措施：

  1、操作現場靜電防護。對靜電敏感器件應在防靜電的工作區域內操作；    

2、人體靜電防護。操作人員穿戴防靜電工作服、手套、工鞋、工帽、手腕帶；

3、儲存運輸過程中靜電防護。靜電敏感器件的儲存和運輸不能在有電荷的狀態下進行。  要實現上述功能，基本做法是設法減少帶電物的電壓，達到設計要求的安全值以內。

即要求下式中的電荷（Q）與電阻（R）要小，表電容量（C）要大。                V=I.R Q=C.V       式中V：電壓，Q：電荷量 I：電流 C：靜電容量 R：電阻     當然電阻值也不是越低越好，特別是在大面積場所的防靜電區域內必須考慮漏電等安全措施之后再進行材料的選取。 靜電的防護   一、接地    

      接地就是直接將靜電過一條線的連接泄放到大地，這是防靜電措施中直接有效的，對于導體通常用接地的方法，如人工帶防靜電手腕帶及工作臺面接地等。  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，地墊接地。  

⑥ 防靜電周轉車，箱，架盡可能接地。

⑦ 防靜電椅接地。  

二、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，通常的方法是用靜電屏蔽袋和防靜電周轉箱作為保護。另外防靜電衣對人體的衣服具有一定的屏蔽作用。  

三、離子中和  

A.防靜電儀表  

① 手腕帶/腳帶/防靜電鞋綜合檢測儀－用途：用于檢測手腕帶，腳帶，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線。 

③ 除靜電離子風機檢測儀－用途：定期對離子風機平衡度和衰減時間進行檢測及校驗以確保離子風機工作在安全的指標范圍。  

④ 靜電場探測儀－用途：測量靜電場以反映靜電的存在，以電壓形式讀數，用來測試環境的靜電強度。一般受環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：用于檢測靜電屏蔽袋的屏蔽效果。 

⑥ 表面電阻測量儀－用途：用于測量材料表面電阻，體積電阻。   B.接地類防靜電產品  

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，線長應留有一定余量。

② 防靜電手表：需要其它防靜電措施的補救（如：增設離子風機，戴防靜電腳跟帶等）才能取得較好的防靜電效果。建議不要大量采用佩帶防靜電手表的方式。  

③ 防靜電腳帶/防靜電鞋：廠房使用防靜電地面后，應配戴防靜電鞋帶或穿防靜電鞋，建議車間以穿防靜電鞋為主，可降低灰塵的引入。操作人員工再結合配帶防靜電手腕帶效果將會更佳。  

④ 防靜電臺墊：用于各工作臺表面的鋪設，各臺墊串上1兆歐電阻后與防靜電地可靠連接。  

⑤ 防靜電地板：   防靜電地板分為：PVC地板、聚胺脂地板、活動地板。  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，周轉箱等容器上。 四、ESD的含義及三種型式   ESD的含義：           ESD是代表英文ElectroStatic Discharge即"靜電放電"的意思。ESD是本世紀中期以來形成的以研究靜電的產生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應如電流熱（火花）效應（如靜電引起的著火與爆炸）及和電磁效應（如電磁干擾）等的學科。近年來隨著科學技術的飛速發展、微電子技術的廣泛應用及電磁環境越來越復雜，對靜電放電的電磁場效應如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問題越來越重視。   1、三種型式：  

①人體型式即指當人體活動時身體和衣服之間的摩擦產生摩擦電荷。當人們手持ESD敏感的裝置而不先拽放電荷到地，摩擦電荷將會移向ESD敏感的裝置而造成損壞。  

②微電子器件帶電型式既指這些ESD敏感的裝置，尤其對朔料件，當在自動化生產過程中，會產生摩擦電荷，而這些摩擦電荷通過低電阻的線路非常迅速地瀉放到高度導電的牢固接地表面，因此造成損壞；或者通過感應使ESD敏感的裝置的金屬部分帶電而造成損壞。

  ③場感類型式即有強電場圍繞，這可能來之于塑性材料或人的衣服，會發生電子轉化跨過氧化層。若電位差超過氧化層的介電常數，側會產生電弧以破壞氧化層，其結果為短路。 

④其它還有：機器模式、場增強模型、人體金屬模型、電容耦合模型、懸浮器件模型。

2.靜電術語及定義  

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引起兩物體間的靜電電 荷的轉移。靜電電場的能量達到一定程度后，擊穿其間介質而進行放電的現象就是靜電放電。  

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 接地：電氣連接到能供給或接受大量電荷的物體，如大地，船等.   ⑦ 中和：利用異性電荷使靜電消失  

⑨ 防靜電工作區：配備各種防靜電設備和器材，能限制靜電電位，具有明確的區域界限和專門標記的適于從事靜電防護操作的工作場地。 3.靜電的產生  

① 摩擦：在日常生活中，任何兩個不同材質的物體接觸后再分離，即可產生靜電，而產生靜電的通方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易是使用摩擦生電。另外，任何兩種不同物質的物體接觸后再分離，也能產生靜電。

 ② 感應：針對導電材料而言，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，正負離子就會轉移。 

③ 傳導：針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如與帶電物體接觸，將發生電荷轉移。  

4.靜電對電子工業的影響          

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（Static Electric Field）和靜電電流（ESDcurrent）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用，導致產生靜電的機會大增。日常生活中如走動，空氣流動，搬運等都能產生靜電。人們一般認為只有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。   A．靜電對電子元件的影響  

① 靜電吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產品的功能與壽命。

  ② 因電場或電流破壞元件的絕緣或導體，使元件不能工作（*破壞）。  

③ 因瞬間的電場或電流產生的熱，元件受傷，仍能工作，壽命受損。 B、靜電損傷的特點：  

① 隱蔽性人體不能直接感知靜電，除非發生靜電放電，但發生靜電放電，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為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傷而形成隱患，而且增加了器件對靜電的敏感性。已產生的問題并無任何方法可治愈。

  ③ 隨機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，而這些靜電的產生也具有隨機性。由于靜電的產生和放電都是瞬間發生的，及難預測和防護。

  ④ 復雜性靜電放電損傷分板工作，因電子產品的精細，微小的結構特點而費時、費事、費錢，要求較復雜的技術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象也 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它失效，這是對靜電放電損害未充分認識之前，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 嚴重性ESD問題表面上看來只影響了制成品的用家，但實際上亦影響了各層 次的制造商，如：保用費、維修及公司的聲譽等等 

7.靜電防護的基本原則          

   自然界的所有物質都是由原子組合而成，原子中的質子（正電荷）與電子（負電荷）存在于我們生活中每個角落，可以這樣說：靜電是無處不有，無時不在，時時刻刻存在在我們生活中的一切周圍。在靜電防護過程中打算將靜電*消除是困難的，但是我們可以采取防護措施，將靜電的產生與積聚控制在小的限度之內，經過科學家和工程技術人員多年的研究和實踐，結果表明得出兩個防護靜電危害的基本原則：  

① 在靜電安全區域內使用或安裝靜電敏感元件。  

② 用靜電屏蔽容器運送靜電敏感元件。   

8.防靜電性能的檢測周期及注意事項     防靜電臺墊、地板、工鞋、工衣、周轉容器等應少每月檢測一次。防靜電手腕帶、風槍、風機、儀器等應每天檢測一次。    檢測時，須考慮受檢場所的溫度、濕度等因素。   9.防靜電的一般工藝規程要求   A、防靜電的常規工藝規程要求 

① 操作者必須戴有線防靜電手腕帶 

② 涉及到操作靜電敏感器件的桌臺面須采用防靜電臺墊  

③ ESD敏感型器件必須用靜電屏蔽與防靜電器具轉運。  

④ 準備開封、測試靜電敏感器件時必須在防靜電工作臺上進行，有條件的可配用離子空氣發生器清除空氣中的電荷  

⑤ 組裝所用的焊接設備及成形工裝設備都必須接地，焊接工具使用內熱式

烙鐵，接地要良好，接地電阻要小 

⑥ 電源供電系統要改裝用變壓器進行隔離，地線要可靠，防止懸浮地線，接地電阻小于10歐姆  

⑦ 產品測試時，在電源接通的情況下，不能隨意插拔器件，必須在關掉電源的情況下插拔。  

⑧ 凡ESD敏感型器件不應過早地拿出原封裝，要正確按操作，盡量不能摸ESD敏感型器件管腿。  

⑨ 用波峰焊接時，焊料和傳遞系統必須接地。  

B、在防靜電要求嚴格的場合，下列防靜電工藝要求也是常常需要的。   ① 凡ESD敏感型整機進行高低溫試驗或老化試驗時，必須先對工作場地及高低溫箱進行靜電位測試，其電位不能超過安全值，否則，要進行靜電消除處理。

② 焊接好的印制電路板要作三防處理時，也要采用防靜電措施。不要用一般的 刷光，超聲波清洗或噴洗。  

③ 調試、測量、檢驗時所用的低阻儀器、設備（如訊號、電橋等）應在ESD敏感型器件接上電源后，方可接到ESD敏感型器件的輸入端。  

④ 在ESD敏感型 測試儀器生產線上，應嚴格使用靜電電位測試監視靜電電位的變化情況，以便及時采取靜電消除措施。