靜電防護的重要性
ESD在現代制造環境下為什么一直難以控制有兩方面的原因。
首先,ESD破壞電子元件是完全感覺不到的,要產生能聽到“啪啪”聲的放電需要約2000V這么大的電荷積累,3000V電荷可以感到像一次小的電擊,5000V才可看到火花。普通電路如CMOS或EPROM芯片分別受到250V和100V的ESD電勢即可能受到損傷,而越來越多的現代電路器件包括奔騰處理器只要5V的電勢就能使之癱瘓。
其次,產生ESD損傷的主要原因實際上來自于生產員工每天的普通行為。工作臺邊工人的自然動作磨擦會形成400~600V電勢,如果他們在打開或包裝泡沫襯底紙箱或氣泡塑料袋中的PCB過程中一直接觸的都是絕緣體,其身體表面上的凈電荷積累可能達到約26000V。
雖然這根本不是ESD本身的問題,但是如果生產線上的員工沒有嚴格遵守ESD控制制度,或者他們在處理PCB或元件時使用有故障、安裝不當或沒有足夠保護的ESD屏蔽設備,很快就會出現問題。
ESD長期以來受不到重視,但卻是電子裝配中電路板與元件損傷的常見原因之一。盡管大多數公司采用了某種形式的ESD保護措施,但它通常只能給損傷提供較低限度的保護,制造商們總是錯誤地認為他們是在ESD相當可靠的環境里制造產品,實際上卻并不是這樣。
正是出于這些原因,ESD每年在成品率和早期現場失效方面使世界電子工業要蒙受數十億美元的損失。因此有效的ESD防護應和裝配工藝其他任何部分一樣,被看成是對產品產量和質量至關重要的因素之一。
有些供應商制造的ESD設備在聯網和防護能力上取得了一定進展,可以對ESD進行精 確控制和有效監控。簡單地說,它通過將ESD防護產品連成一個網絡,用一個標準PC自動讀取重要的ESD數據并作分析,對整個生產流程進行控制。
這種聯網系統能發現發生的各個ESD事件并記錄下來,同時還找出它們發生的時間和地點(如具體的工作臺、日期和時間),以便于后續的研究。此外,只要給出失效的產品序號,它就能夠把現場失效與工廠里制造該產品時的實際ESD事件聯系在一起。
雖然這種ESD處理的精 確性非常高,但是聯網防護系統不管能力如何還是不能解決所有的ESD問題,要想真正有效加以控制,用戶還需要深入理解ESD損傷的原因以及如何有效實施保護。例如一個有效的ESD方案有哪些要素?現有些什么樣的ESD監控和防護設備?怎樣才能把它們全部連接到一個閉環系統中?這些問題的答案可以徹底結束過去那種無休止的與ESD的斗爭。
操作工人由于頻繁進出劃定的ESD防護區(EPA),所以是對ESD敏感電子元件的很大威脅,因此EPA內的任何人一定要穿戴合適的衣物,如防靜電鞋、工裝褲和腳踝松緊帶等,所有這些都設計能防止員工在工廠走動時攜帶電荷。
另外在裝配過程中和裝配之后,PCB運輸期間也應受到保護不受ESD危害,有很多種電路板包裝產品可以用,包括ESD屏蔽袋、裝運箱和移動推車等。
保護PCB不受ESD危害的主要方法毫無疑問是操作員佩戴的防靜電腕帶,它可以使電壓通過一個很大的電阻(一般為1MΩ)緩慢可靠地從操作工身上流向大地。但問題是整個業界并沒有對操作員腕帶的性能進行有效的監督和控制,結果作為一種防護ESD的方法常常根本起不到作用。
例如許多制造商采用自動測試儀,讓操作員將腕帶插入到里面進行測試,然后出具證明表明他們已通過測試。但是我們更經常看到的是操作員上班后,直接簽上他們的大名不做測試就走開;或者他們并未通過測試,但卻采用一種非正常方式強行通過測試(如用另一只空手抓住松弛的腕帶以達到所要求的皮膚對地接觸)。因此傳統的腕帶測試方法無法進行追查,而且易被誤用,不能使制造商知道其員工什么時候未通過測試,只是知道他們什么時候通過了測試。
現在有一種自動腕帶測試儀能解決這些問題,它還可兼做鞋和服裝測試,這種數據采集產品能讓公司的ESD工作人員在電腦上記錄腕帶測試程序的結果,具有完整的追蹤性。(如ACL-750、ACL-780人體靜電測試儀)
自動測試儀盡管是一大進步,但還不是一個完全獨立解決ESD防護問題的方法,這是因為腕帶測試儀只在墻上的測試點測試腕帶性能合格,而沒有在員工實際接觸產品的工作臺邊進行測試。
產生ESD的另一個主要原因是工作臺和工具接地不 良。雖然接地設備如接地點、工作椅和ESD耗散墊都能使EPA內的一切物品維持在同一電勢上,但接地情況卻很容易被人忽視。所以為了進一步實施ESD防護方案,需要某種方法能連續實時地監控腕帶和其他ESD設施的實際應用場合的性能。除了上述標準ESD設施外,還需要連續式ESD監控設備(可以做在ESD產品中,或者單獨另外一個),當ESD性能超出ESD可靠規范以及ESD事件發生的可以性很高時,它應能自動報警。
這種裝置的另一個優點在于如果在一項ESD設施失效能很快被發現。任何ESD防護方案都不僅要保證培訓員工理解和領會ESD,從而自始至終以ESD可靠的方式規范自己的行為,同時還要保證所有用于防護ESD的設施實際上都起到各自應起的作用。我們經常發現制造商在使用完全失效甚至已經沒用的ESD設施,而他們還根本不知道這一點;同樣,我們還發現有時制造商認為其ESD問題是因為設施有故障,而實際上設施本身工作正常但卻操作不當。