隨著電子行業(yè)技術(shù)水準不斷提升的年代,產(chǎn)品質(zhì)量對靜電要求也是越來越高,近期國人討論較為熱門的話題就是華為被美國ZF封殺,其實華為公司在多年前就對產(chǎn)品進行高要求,布局專業(yè)人士研發(fā)智能設備的麒麟系列,用于數(shù)據(jù)中心的鯤鵬系列服務CPU;用于人工智能的場景AI芯片組系列SoC;用于連接的芯片等等,從此可見要做好高質(zhì)量產(chǎn)品必須是要提前做好準備,而靜電防護同樣也是一樣,不要等到客戶來驗廠時才發(fā)現(xiàn)這里不行,那里需要整改,遇到明事理的人還好,會給你整改的機會,有些客戶發(fā)現(xiàn)問題不會當面說出來,而是直接PK掉,在靜電防護方面不達標,而失去機會接訂單的客戶不在少數(shù),很可惜!
電子制造業(yè)處理靜電主要方法有哪些?
解決問題之前一定要了解靜電產(chǎn)生及帶來的危害,從而更加有效地做好靜電防護措施!
A、靜電的產(chǎn)生和危害
靜電是電子在材料內(nèi)部或者在材料之間移動(含極化和傳導) 的產(chǎn)物。兩種不同的材料互相接觸,它們之間的小于一定的距離,如10-25cm時,由于隧道效應,兩種材料內(nèi)的電子穿過界面而相互交換。當交換達到平衡時,材料間將產(chǎn)生一定的電勢差,界面兩側(cè)出現(xiàn)了等量正負電荷。若把接觸后的兩種材料分開,兩種材料將分別帶上等量正負電荷,這就是靜電產(chǎn)生的基本原理。
靜電的產(chǎn)生主要有以下三種方式:摩擦起電、傳導帶電、感應帶電。
a、摩擦起電:因不同材料的物體接觸后再分離,由于不同原子核對電子的束縛能力不同,當兩種不同材料物質(zhì)接觸或者摩擦時,外圍電子將轉(zhuǎn)移到束縛能力大的一方,導致一材料帶正電,另一材料帶負電。
b、傳導帶電:因為在導體而言,電子能在他的表面自由移動。當與帶電體接觸時,電子會從發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移,導致兩者電荷平衡,從而形成靜電現(xiàn)象。
c、感應帶電:是指鄰近電場的感應,對于導體,電子在導電材料表面自由移動,若將該導體放置在另一個靜電場中,由于同性電荷相互排斥,異性電荷相互吸引,正、負離子就會發(fā)生轉(zhuǎn)移,該導體因靜電場感應導致正、負電荷不平衡而形成帶電。
從靜電產(chǎn)生的基本原理與方式可以看出,在一般電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造整個環(huán)節(jié)中,很多工序都可能產(chǎn)生靜電。電子制造工序中都可能使操作人員、工作臺面、工具、元器件及包裝等產(chǎn)生靜電,只要存在靜電,就一定會有一個ESD(Electro-Static Discharge靜電釋放)過程,主要是在瞬間放電電流對電路的感應所產(chǎn)生的噪聲,以及放電電流使基準地電位如產(chǎn)品地、信號地的電位發(fā)生偏移波動,從而導致對電路正常工作的干擾。
靜電危害與一般防雷或電磁干擾有一些不一樣的特點:
a、隱蔽性:一般的靜電放電人體并未感知,而元器件卻在不知不覺中受到損傷。
b、潛在性和累積性:一些元器件受靜電放電損傷后,僅表現(xiàn)出某些性能參數(shù)下降,但尚未失效,在繼續(xù)使用的情況下可能導致失效,所以靜電對器件的損傷具有潛在性。
c、隨機性:電子元器件的靜電放電損傷可能在產(chǎn)品從加工到制造到使用維護的任一環(huán)節(jié)、任一步驟、與任何有關(guān)帶電人體(或物體)接觸時發(fā)生,具有很強的隨機性。
d、復雜性:些靜電損傷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作其他失效,從而做了錯誤判斷。
對于電子產(chǎn)品裝配來說,靜電的危害嚴重影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、成品率和可靠性,必須對用于電子產(chǎn)品裝配的凈化間進行系統(tǒng)防靜電措施,將生產(chǎn)過程中的靜電危害程度降至更低。
B、靜電防護
良好的靜電防護通常需要遵循以下三個基本原則:
(a)減少或防止靜電荷積聚的機會;
(b)搭建可靠的靜電泄放通路;
(c)引入必要且有效的靜電監(jiān)控設備進行系統(tǒng)靜電監(jiān)控。
B.1良好的接地系統(tǒng)
減少或防止靜電荷積聚的機會以及搭建可靠的靜電泄放通路的基礎,就需要構(gòu)建良好的靜電接地系統(tǒng),靜電接地是指將帶靜電物體或有可能產(chǎn)生靜電的物體(非絕緣體)通過導電體與大地構(gòu)成電氣回路,使它與大地處于同等電勢位。其目的是在于加快靜電流動與泄漏,使帶電材料的靜電荷得到有效且順利地釋放,以避免靜電積聚。
B.2環(huán)境控制
靜電的產(chǎn)生及大小與環(huán)境濕度和空氣中的離子濃度存在密切的關(guān)系。靜電電勢與濕度成反比,同時與在普通場合相比,空氣越純凈的場所(如無塵車間)內(nèi),由于空氣中的離子濃度低,所以靜電更易產(chǎn)生。
同樣的動作在不同的濕度下,產(chǎn)生的靜電電壓可以相差一個數(shù)量級以上。但值得注意的是,并不是濕度越高越好,濕度過高會導致設備易結(jié)露水,因此濕度應控制在一個合理范圍內(nèi),如30%~75%。
C、靜電監(jiān)控
高濕度雖能夠?qū)a(chǎn)生之靜電降低到人體無法接觸感應到,但是仍足以將敏感組件毀損。正確的觀念是高濕度能抑制靜電產(chǎn)生量,而低濕度則反之,所以針對某些產(chǎn)品裝配對靜電控制的嚴格要求,除了采取傳統(tǒng)的靜電防護措施外,還需對靜電產(chǎn)生環(huán)節(jié)進行監(jiān)控、記錄。根據(jù)實際情況,可采用防靜電門禁系統(tǒng)和靜電在線實時監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對靜電的有效監(jiān)控與記錄。
C.1 防靜電門禁系統(tǒng)
為了對靜電防護更為有效,須從靜電來源進行源頭控制。為此對關(guān)鍵區(qū)域?qū)敕漓o電門禁系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)能檢測出每個進入防靜電區(qū)域的工作人員的防靜電措施或裝備是否合格。系統(tǒng)功能模塊包括:身份與權(quán)限確認、防靜電腕帶和防靜電鞋的檢測、電平控制板等。
進一步為確保防靜電門禁的有效性,對于一些要求工作環(huán)境潔凈度的生產(chǎn)企業(yè),可以將門禁系統(tǒng)與通往工作區(qū)的風淋除塵系統(tǒng)進行聯(lián)動,即將門禁信號融入風淋門控制系統(tǒng)中,采用此類模式,從進入工作區(qū)域時必須就能保證防靜電裝備是合格有效的。
C.2 防靜電實時在線監(jiān)控系統(tǒng)
通常情況下,一般電子制造行業(yè),一般都用靜電測試儀對員工的防靜電手腕進行檢測,為了保證符合ISO9001要求,再在一個表單上作畫圈或畫其他符號以確認有檢測且檢測是合格的。但是,員工的防靜電手腕帶在操作過程中,若失效了,或整個接地系統(tǒng)的某一環(huán)帶突然異常斷開了,或沒有有效連接了,這個時候,就很難發(fā)現(xiàn)防靜電系統(tǒng)已失效了。
結(jié)束語:靜電一般情況下是“難以看見,且不易摸著”,但其又近乎是無處不在、無時不有,所以靜電防護是一項綜合的系統(tǒng)工程,從原則上說靜電防護應從控制靜電的產(chǎn)生和控制靜電的消散兩方面進行,控制靜電產(chǎn)生主要是控制工藝過程和工藝過程中材料的選擇,控制靜電消散則主要是快速而可靠地將靜電釋放和中和。
靜電危害一直是電子產(chǎn)品質(zhì)量管理的難點之一,不僅因為靜電損傷或損壞不易被發(fā)現(xiàn)與鑒別,還有電子產(chǎn)品靜電防護本身難度也很大,往往局部的防護措施或技術(shù)手段很難從根本上杜絕靜電危害,必須要對電子產(chǎn)品從設計到使用全過程進行防護,同時還需保證防護產(chǎn)品的有效性,才可能實現(xiàn)靜電防護效果。另外還有人的靜電防護意識,如果相關(guān)人員不按照要求參與靜電防護,每個操作或動作都將成為產(chǎn)品質(zhì)量管理的漏洞。因此,有效的靜電防護是提高電子產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的重要途徑之一,靜電防護管理也是電子產(chǎn)品質(zhì)量管理的重要內(nèi)容之一,是對產(chǎn)品質(zhì)量管理的局部強化。
靜電防護工作不僅是一項復雜的技術(shù)工作,更是一項復雜系統(tǒng)的管理工作,只有將靜電防護融入到科研生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié),才能為ESDS產(chǎn)品提供不間斷的ESD防護,才能降低ESD對ESDS產(chǎn)品產(chǎn)生的操作。將管理納入靜電防護工作,讓靜電防護從單純的技術(shù)要求上升為“技術(shù)要求加管理要求”,是靜電防護的經(jīng)驗總結(jié)和發(fā)展趨勢。從體系上建立,實施一個靜電防護方案,或建立一個靜電防護管理體系,是減少靜電放電、保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。
實施一個靜電防護方案(大綱)是美國等發(fā)達國家按照現(xiàn)行國際先進標準在靜電防護方面采取的辦法,重點通過培訓、接地系統(tǒng)、人員接地、EPA、包裝、標記、設備等要素要求來實現(xiàn)靜電防護,技術(shù)要求與管理要求均貫穿其中,特別是技術(shù)要求要覆蓋電子產(chǎn)品研制生產(chǎn)全過程,管理上要對EPA以及相應的人員等采取辦法,使防護措施系統(tǒng)、整體,一般也將適度采用靜電防護方案的方式稱為靜電防護體系。
在我國一些企業(yè)特別是外資或合資的生產(chǎn)型企業(yè),已經(jīng)采納并實施了國際通行的靜電防護體系,初現(xiàn)效果,但在大量研究型或研究與生產(chǎn)并行的企業(yè)中實施時,效果不是很明顯,雖然也按照要求對各環(huán)節(jié)靜電防護要求進行了配置與布置,但在實際運行時仍有較多執(zhí)行層面的問題,具體分析主要與現(xiàn)行一些體制特點相關(guān),如缺乏較高管理者支持,缺少組織領導,缺乏制度程序,缺少監(jiān)督管理等。因此本書充分借鑒當前國內(nèi)運行較為成功的質(zhì)量管理體系、環(huán)境管理體系、職業(yè)健康可靠管理體系、實驗室管理體系等管理體系思想,整體汲取國際靜電防護體系精華,強化靜電防護管理要求,采用管理體系思想,整體提升全民靜電防護水平的同時,也整體提高全民靜電防護意識。