作業(yè)環(huán)境的防靜電對策

1、2008級無線電應(yīng)用技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 課 題 作業(yè)環(huán)境的防靜電對策 姓 名 指導(dǎo)教師 年 月 日摘要為了避免靜電在電子產(chǎn)品生產(chǎn)中的不良影響，在分析靜電產(chǎn)生的原因及造成的危害的基礎(chǔ)上，從導(dǎo)電體、絕緣體兩個方面，有針對性地采取接地、靜電屏蔽、離子中和等靜電防護方法，有效地降低了電子產(chǎn)品的不良率及失效率，提高了電子部件質(zhì)量。實踐操作證明，靜電對電子產(chǎn)品的損害可通過科學(xué)的操作方法、嚴格的管理制度消除。關(guān)鍵詞：靜電防護；元件;作業(yè)環(huán)境；目錄前言.4作業(yè)環(huán)境的防靜電對策.61、概述.62、導(dǎo)電性桌面墊及地板墊.83、手腕帶.124、去除絕緣物體上靜電的方法.145、導(dǎo)電性包裝.156、小結(jié).16參

2、考文獻.18致謝.19前言 因操作人員攜帶的靜電導(dǎo)致電子元件損壞，已成為電子行業(yè)最難對付的問題。隨著ic產(chǎn)業(yè)急速的技術(shù)進步如離子注入法及l(fā)on beam reaming(離子束邃道法)、電子束direct writing(直接寫入)等技術(shù)的普及，一方面對ic的集成度增加與性能提高作出了貢獻，但同時也成為生產(chǎn)出易受靜電影響的ic的原因。 現(xiàn)今，對于某種元件屬于耐靜電還是不耐靜電已不好說。當然某種元件總會有比另外某些元件容易受靜電損壞的傾向，故列為易受靜電影響的元件清單一年比一年變長。 表1是從幾種參考資料中匯總出來的各種元件有可能被損壞的靜電壓范圍。 表1各種元件因作業(yè)者的靜電放電導(dǎo)致有可能被損

3、壞的電壓范圍（1、2、3） 雖然比表1中所揭示元件耐靜電性更差的元件現(xiàn)在還有少量使用，但從表1可得出若將作業(yè)環(huán)境的靜電壓水平保持在100v以下，則不會發(fā)生因靜電損壞的現(xiàn)實問題。雖麻煩或會增加成本，被靜電損壞的部品在出貨前的檢查工序中還是可被剔出的，但是另外即使增加成本也難以查出的難題是因靜電導(dǎo)致的元件的特性的變化，也就是發(fā)生了劣化的埸合，這種情形的元件在出貨前檢查時能在規(guī)格范圍內(nèi)動作，但其制品的壽命卻極端的短暫。 所幸的是因作業(yè)環(huán)境而引起的靜電損壞問題是可以防止的，因此在生產(chǎn)或使用靜電敏感元件的工廠內(nèi)，必須讓所有工序的作業(yè)人員及管理人員參與開展提高認識靜電的活動，在教育培訓(xùn)過程 中要詳細說明何

4、為安全的作業(yè)者，何為安全的操作方法。這是因為如表1所示的各種元件均是在作業(yè)者能感覺到的靜電放電電壓（3.000v）以下被破壞的，所以即使在下一個工序或地方不良被發(fā)現(xiàn)，也可能不會意識到是在本工序發(fā)生的靜電故障。 進行了充分的培訓(xùn)后，還要配備使作業(yè)者能有效控制靜電的設(shè)備，作業(yè)臺上要有導(dǎo)電桌墊，導(dǎo)電性手腕帶，導(dǎo)電性地板墊，離子化空氣吹風(fēng)裝置。部品從作業(yè)臺上移送到別處時，要使用導(dǎo)電性包裝材料或容器。 本論文就構(gòu)成防靜電對策系統(tǒng)的導(dǎo)電材料所要求的基本電氣特性，以及組成系統(tǒng)的各構(gòu)成部品的作用進行論述，另外還說到實際使用著的各種防靜電對策材料的防靜電能力測定數(shù)據(jù)。作業(yè)環(huán)境的防靜電對策1、概述 所謂靜電是指物

5、體表面電子的過?；虿蛔?，有多少數(shù)量的電子過剩或有多數(shù)量的電子不足決定了其表面的電荷量。物體表面電子過剩時，被稱作帶負電；物體表面電子不足時，稱為帶正電。 電子部品防靜電對策的基本要求是防止靜電的蓄積并使已帶上的靜電盡快釋放。靜電的釋放方法根據(jù)帶電物體是導(dǎo)體還是絕緣體而有所不同。電子機器的制造現(xiàn)場中導(dǎo)體和絕緣體兩者都有，因此有必要分別采取妥善的方法。 電荷不能通過絕緣體流動，因此將絕緣體接地是毫無意義的，所以此類帶電物體如紙箱、塑料容器以及作業(yè)者的衣服之類的絕緣體，必須使用離子化空氣來去除靜電。若帶電物體為象人體一樣具有導(dǎo)電性時，如金屬容器或?qū)щ娦园b袋，則只需將其接地即可將靜電完全除去。 因此

6、，要制作安全的防靜電作業(yè)臺，要求采用導(dǎo)電性桌面墊、手腕帶、導(dǎo)電地板墊，以讓導(dǎo)電體接地。另外，為去除絕緣體上的靜電，要有吹出離子化空氣的吹風(fēng)機。 制作防靜電安全作業(yè)臺時，通過適當?shù)厥褂脤?dǎo)電桌面墊、手腕帶、地板墊等能使導(dǎo)電性物體攜帶的靜電被除去，電荷的除去速度則根據(jù)帶電物體的容量和釋放路徑的電阻來決定。 圖1所示為一包含帶有電量為c的導(dǎo)體釋放路徑電阻為r的等價電路。 圖1：靜電放電的等價電路t=0rc帶電物體的電容量量v0初期電壓帶電物體的電壓與時間t的函數(shù)關(guān)系如下：v=v0 exp-v：時間為t時的帶電物體電壓（伏特）v0：帶電物體的初期電壓（伏特）t：秒r：釋放路徑的電阻（歐姆）c：帶電物體的

7、電容量（法拉第） 簡單地說，靜電放電可比作將容器內(nèi)的水通過漏斗流入水槽，水槽有如接地的大地，容器的尺寸相當于帶電物體的電容量，水為電荷（即過剩的或不足的電子數(shù)）。另外，漏斗相當于電路中的電阻，漏斗的直徑越小，阻力越大，要流出一定的水需要更多的時間。作業(yè)現(xiàn)場的人和其它導(dǎo)電體通過設(shè)置通往大地的電荷流動路徑，即可防止靜電積蓄。實際上，圖1中的由r所表示的通往大地的路徑，是由若干個直聯(lián)或并聯(lián)的電阻組成的，以帶著防靜電手腕帶坐在作業(yè)臺前的作業(yè)者為例。從作業(yè)者至大地的電阻，是由手腕帶的電阻與連接手腕帶的工作臺墊至大地的電阻之和，若作業(yè)者的腳與導(dǎo)電地板墊接觸時，則鞋與通過導(dǎo)電地板膠至大地的電阻與前述手腕帶至

8、大地的電阻形成并列。若一定的條件下下降至安全靜電水平的容許最長時間定下來后，則可以通過上述靜電放電計算式求出構(gòu)成靜電對策系統(tǒng)各部品的最佳許容電阻值。2、導(dǎo)電性桌面墊及地板墊導(dǎo)電性地板墊的主要目的是為消除靠近作業(yè)臺周邊的人員（如管理人員等）的靜電。另外，也是因為偶爾存在作業(yè)者回到作業(yè)臺時忘記帶手腕帶的情況，雖然僅靠鋪地板墊不能完全防止靜電事故，但可作為一種對于有較多非作業(yè)者出入的電子元件組裝現(xiàn)場的有效的防靜電對策。一般，作業(yè)者踏入防靜電地板墊時距離對靜電敏感的部品或機器只有12步，因此從時間上來說有一秒鐘左右不耐靜電的部品或機器處在作業(yè)者攜帶的靜電威脅中，故從這一點來說地板墊的最大許容電阻必須滿

9、足使作業(yè)者的靜電壓在1秒鐘內(nèi)降到100v以下。導(dǎo)電性桌面墊不僅是使桌面上無靜電，還要能將放置在桌上的種種導(dǎo)電性容器的靜電去除，例如由作業(yè)者拿來各種裝著電子部品的導(dǎo)電性容器或?qū)щ娦园b袋時，該容器或包裝袋帶著與作業(yè)者相同的靜電壓，如果未鋪設(shè)可使作業(yè)者拿來的容器及包裝袋的靜電放電的地板墊，則桌面墊必須要能除靜電，要求的能力與地板膠同，即在1秒鐘內(nèi)使靜電壓達到100v以下。正如前所說：決定放電時間的要因是至大地的電阻與帶電物體的電容量，各種參考文獻所載的人體的電容量值存在很大差異。但報道的值的范圍均在100pf至400pf，故平均值為200pf。導(dǎo)電性容器根據(jù)其尺寸與形狀，有著35300pf的電容量

10、。為計算桌面墊或地面墊至大地的最大許容電阻，將人體的容量設(shè)為200pf。人體上所帶靜電的初期電壓，根據(jù)各種狀況不同，差異較大，一般來說，在通常的作業(yè)環(huán)境中步行會帶有5000v以上的人體靜電。因此，作為要滿足這種情況的桌面墊及地板墊，必須具有能在1秒鐘內(nèi)從5000v放電達到 100v安全電壓的足夠低的電阻值。至大地的最大容許電阻按下述方式來計算：v=v0 exp-v=100v（安全電壓）v0=5000v（人體或帶電物體的初期電壓）t=1秒（要達成100v安全電壓的最長許容時間）c=200pfr=至大地的最大容許電阻，單位因此有：100=5000exp-1/20010-12r計算得：r=1.310

11、9m根據(jù)該計算結(jié)果，若桌面墊或地板墊至大地的電阻在109以下的話，則能達成在1秒內(nèi)放電至100v安全電壓，電子部品可免遭靜電的破壞。為調(diào)查實際應(yīng)用于作業(yè)臺的使用效果，通過實測對幾種材料的靜電放電特性進行了測定。作為靜電放電特性調(diào)查的代表性方法是：使某種材料的小塊樣品帶電，再測定接地后放電至初期電壓的10%時所需放電時間。但是該方法易對結(jié)論產(chǎn)生誤導(dǎo)。因該方法不知道在這種材料上放置導(dǎo)電性物體后其所帶靜電的放電特性。也就是說，樣品自身表現(xiàn)出非常短的放電時間（1秒以內(nèi)）的材料也有可能不適合用于作業(yè)臺。為防止出現(xiàn)這種差錯，在上述實測中，將帶上靜電的導(dǎo)電性容器放置于各種桌面墊上進行放電特性調(diào)查。另外，對地

12、板墊也讓帶上靜電的人踏在其上進行了放電特性的測定。導(dǎo)電性容器桌面墊限流電阻（1 m）桌面墊上所放置的導(dǎo)電性容器至地線的電阻為容器的底與桌面墊表面的接觸電阻加上其接觸面至桌面墊地線端子間的電阻之和。地線端子與地線相連，此外插入以免作業(yè)者受到放電刺激的限制電流用的電阻。該電阻為1m。圖2為表示了以上內(nèi)容的等價電路。導(dǎo)電性容器的電容量5000vc導(dǎo)電性容器與桌面墊的接觸電阻桌面墊電阻限流電阻r圖2.導(dǎo)電性容器至大地的放電路徑與等價電路合計電阻值r是使用高壓恒壓源（在導(dǎo)電性容器上加上5000v恒定電壓）測定至大地的穩(wěn)定電流后用歐姆定律計算出來的。導(dǎo)電容器的放電特性按以下方法測得：將導(dǎo)電容器加上5000

13、v電壓放置于30cm30cm的方形試測用桌面墊觀察其電壓降下的測定情況。電壓降下的觀察是用靜電電位計進行的。表2是各種材質(zhì)的實測結(jié)果。表2、各種桌面墊上所放置導(dǎo)電性容器的放電特性桌面墊的材質(zhì)至大地的電阻（r）5000v100v所需時間不銹鋼11060.001秒口牌桌面墊11060.001秒3m#8210牌桌面墊11080.060秒三聚氰氨樹脂3101110分鐘后300v非帶電性聚乙烯4101210分鐘后800v木材1101310分鐘后1000v注：1.導(dǎo)電性容器容量為138pf。尺寸17cm24cm高15cm。2.所有的樣品均在相對濕度30%環(huán)境下放置48小時后測定。3.至大地的電阻（r）中包

14、含了限流用電阻1m。 正如理論推斷，至大地電阻為109以下的桌面墊，確實能在1秒鐘內(nèi)讓靜電釋放至安全電壓。1m以下的低電阻性桌面墊的放電特性，因地線間插入了1m的限流電阻故集中在1msec。 超過109的高電阻桌面墊，10分鐘后，也不能將導(dǎo)電性容器的電壓下降到100v。這類高電阻性桌面墊上所放置的導(dǎo)電性容器的電壓不能按指數(shù)函數(shù)衰減，不是向0v而是向某一電壓漸近，出現(xiàn)這種比所期待的結(jié)果要惡劣的情況的主要原因是因為導(dǎo)電容器與桌面墊間的接觸電阻有明顯的增大。繼電器行業(yè)已經(jīng)認識到要在兩種接觸的導(dǎo)體界面有電流流過，需要有一定的閾值電壓以突破界面的勢壘。勢壘的高度取決于表面粗糙度（決定實際接觸面積）、表面

15、的污垢、表面壓力。導(dǎo)電性容器開始放電后其電壓下降到勢壘電位附近時，容器與膠墊間的接觸電阻增大，放電停止。雖這種勢壘電位各種材料均存在，但對于表2所示的與大地間的電阻在109以下的材料，不會產(chǎn)生惡劣影響。 地板墊與桌面墊相同，采用與現(xiàn)實的使用條件接近的方法進行實測。地板墊至大地的電阻，為作業(yè)者的鞋（含接觸電阻）及與鞋接觸部至地線連接端子間的地板墊的電阻加上限流電阻的和。圖3所示為其等價回路。地板膠墊限流電阻（1 m）人體的電容量5000vc鞋的電阻地板膠墊電阻限流電阻圖3 1m的限流用電阻不會使放電時間延遲1毫秒以上，但穿了橡膠底或纖維織物底的鞋時，則無論使用何種地板墊也不能使人體放電。 表3是

16、各種不同鞋底到大地電阻的實測測定結(jié)果。表3 鞋的電阻類型鞋的電阻（單足）皮革底10100m一部分皮革底175750m纖維或橡膠底1000500000m 皮革底的鞋與部分皮革底鞋的電阻，隨著鞋的新舊、鞋底的臟污情況以及足汗的情況的不同其變化劇烈。 表3中所示的皮革鞋與一部分皮鞋，充分具有釋放人體靜電所必要的導(dǎo)電性。纖維織物或橡膠底鞋則電阻太高。實際上完全禁止穿著此類鞋是較困難的，但在操作不耐靜電的電子部品的生產(chǎn)現(xiàn)場則無論如何不穿為好。或者作為較實際的解決方法，可采用導(dǎo)電性腳腕帶或安全鏈。 對各種導(dǎo)電地板墊的靜電釋放能力采取使人體帶上5000v靜電后，踏上膠墊觀察人體電壓降下衰減的測定方法。所有地

17、板墊均接上1m的限流電阻后接地。測定將各種地板墊與皮革底鞋的組合情況下的總電阻與其放電時間。表4 穿皮革鞋的人體至地板墊間的放電時間 地板墊材質(zhì)至大地的電阻（r）5000v100v所需時間不銹鋼41070.010秒口牌地板墊41070.010秒3m#8210牌地板墊11080.080秒三聚氰氨樹脂3101110分鐘后200v非帶電性聚烯4101210分鐘后700v木材1101310分鐘后1000v注：1.人體的容量為196pf，鞋的電阻為39m。2.所有的樣品均在相對濕度30%的環(huán)境下放置48小時后再測定。3.至大地的電阻（r），含有限流電阻1m。與予想一樣，地板墊的放電特性與桌面墊相同，只是

18、對于電阻值低的地板墊，其放電特性受作業(yè)者的鞋（種類）的制約，而與桌面墊有所不同。 電阻值非常低的不銹鋼的值與加入碳的塑膠表現(xiàn)出幾乎一樣的放電特性。同樣，與大地間的電阻值在109以上的材料，不適合用作地板墊，也不適宜用作桌面墊。 至此已清楚要安全地且完全地釋放靜電，桌面墊及地板墊的材料要選用至大地的電阻為11000m的材料。3、手腕帶 手腕帶的目的是將作業(yè)時的人體動作產(chǎn)生的靜電通過對作業(yè)者進行持續(xù)的接地而保持在安全電壓的水平。 其原理是根據(jù)釋放電量與發(fā)生電量相等則電荷無積蓄為前提的。 經(jīng)過w、e公司的調(diào)查，坐在作業(yè)臺邊作業(yè)的作業(yè)者平均帶有500v的電壓，該電壓的產(chǎn)生除了因磨擦發(fā)生的電荷（如與桌椅

19、、衣服的磨擦）以外，另一有一重要的電壓發(fā)生源，即人體的電容量的變化而發(fā)生的電壓。 人體的電容量，隨人體與其它物體的靠近程度而發(fā)生變化，同時人體的電容量隨著坐下、單足離地、雙足離地或站立等姿勢變化有很大的差別，各種不同動作造成的人體電容量的變化量如表5所示。表5 作業(yè)現(xiàn)場人體的電容量的變化 動作的種類初期容量動作后容量變化量（%）坐著的作業(yè)者單足離地192pf163pf15%減少坐關(guān)的作業(yè)者雙足抬起放到腳踏桿192pf129pf33%減少坐著的作業(yè)者身體前屈（帶靠背的椅子）192pf184pf4%減少站立的作業(yè)者單足上抬167pf141pf16%減少坐著的作業(yè)者站立起來192pf167pf13%

20、減少 人體的電壓理論上為人體的總電荷量（電子的多余或不足）除以人體的電容量的值。即使人體的電壓測出為0v，但由于作業(yè)者衣服帶電或地面帶電而或多或少在體內(nèi)存在著誘導(dǎo)電荷。因作業(yè)者若未接地，體內(nèi)的電荷量是不變的，所以當作業(yè)者的電容量發(fā)生變化時，作業(yè)者的電壓變化是當然的。 這個問題在電子業(yè)界已有報告。 根據(jù)bendix公司的調(diào)查記錄報告，作業(yè)者坐著兩足離地時電壓可達1000伏。 westing house公司的advanced technology laboralories的報告，坐著的作業(yè)者起立接觸到ic盒蓋，其產(chǎn)生的靜電即可破壞內(nèi)部元件。 對此應(yīng)注意的事情是，隨著人體的電容量變化所產(chǎn)生的電壓是在

21、瞬間形成的，而作業(yè)者又隨時接觸著不耐靜電的電子部品，所以手腕帶須具備在該情況下保持作業(yè)者的電壓在100v以下的性能。 做出幾種不同的至大地電阻的手腕帶，以調(diào)查控制作業(yè)者的電容量變化所產(chǎn)生的電壓所需的適當?shù)碾娮柚怠?帶著手腕帶的作業(yè)者坐在放在地板墊的椅子上，作業(yè)者的電壓用高阻抗靜電探針與存儲示波器進行測量。此時作業(yè)者腳尖抬起、鞋跟著地，因作業(yè)者穿的是橡膠鞋跟的皮革底鞋，所以腳尖抬起、鞋跟著地則除了手腕帶另無電荷的流動路徑。該動作使作業(yè)者的電容量減少（約30%），在未佩帶手腕帶時，作業(yè)者的電壓在0.1秒內(nèi)峰值電壓 可達440v。帶上手腕帶做同一動作，并在手腕帶至大地間加入幾種不同的電阻（以改變?nèi)梭w

22、至大地的電阻），其實測結(jié)果如下：表6 手腕帶至大地的電阻 手腕帶的電阻伴隨動作產(chǎn)生的峰值電壓0.5m1v以下1m1v以下10m6v以下100m85v以下1000m240v以下（手腕帶無）440v以下 根據(jù)該實測結(jié)果可知109（100m）以上電阻的手腕帶會產(chǎn)生100v以上的電壓，故不合適。更如表6所示手腕帶限流電阻在1 m以下則毫無限流作用。因此從安全性與足夠滿足靜電對策要求來考慮，手腕帶至大地的電阻在1100m較合適。 4、去除絕緣物體上靜電的方法 將不耐靜電的電子部品使用現(xiàn)場的絕緣物體清除掉，是解決絕緣物帶電問題的最佳方法，但這是不可能的。像糖塊的包裝紙、記錄用紙、咖啡杯、作業(yè)者的衣服等物品

23、，均可能成為靜電事故的原因，所以這時必須采取離子化空氣吹風(fēng)的防靜電對策。 離子化空氣吹風(fēng)是指用或離子化空氣不斷向絕緣物吹拂，將絕緣物上所帶的電荷中和。帶電物體會吸引極性相反的離子進行自行中和。同時，未被采用的離子和與帶電物體同極性的離子會被推向遠方，與其他的離子再結(jié)合，或與已接地的設(shè)備機架、地面接觸而被中和。 此外應(yīng)注意的是，空氣離子化吹風(fēng)不能代替手腕帶，人體產(chǎn)生的靜電不能采用空氣離子化吹風(fēng)去除。其理由是：人體的電容量比通常的絕緣物大一到二個數(shù)量級，因此由于應(yīng)中和的電子的過?；虿蛔悖ㄒ粋€電子必須對應(yīng)一個離子），使大量的靜電在要求的短時間內(nèi)下降到安全電壓水平是不可能的。 正如前一章所述，要在0.

24、1秒以內(nèi)除去作業(yè)者的動作導(dǎo)致電容量變化所產(chǎn)生的電壓，必須佩帶防靜電手腕帶。5、導(dǎo)電性包裝 采取防靜電對策，僅在工作臺使用導(dǎo)電性桌面墊，地板墊和手腕帶是不充分的。 不耐靜電的電子部品從已有靜電對策的作業(yè)臺移放到別處時，必須要用防靜電對策用的材料進行包裝或放入導(dǎo)電性的容器。 近年來，一直在進行不耐靜電的電子部品的輸送保存用包裝物所需的電氣特性的研究。靜電對策用包裝不但不能因磨擦而產(chǎn)生自身帶電，還要能屏蔽外部電場，以保護內(nèi)部物體。、 一般的antistatic（防靜電）材料其電阻值較高，可以抑制三相電導(dǎo)致的電荷發(fā)生。且因其材質(zhì)表面的柔滑還具有相當?shù)膶?dǎo)電性（104/sq以下），所以能防止內(nèi)容物或包裝材

25、料自身的磨擦造成電荷蓄積。但是，這些材料還不能完全防止靜電事故的發(fā)生。因為這些材料不能屏蔽外部靜電電場。 因外部電場導(dǎo)致裝在防靜電塑料袋中電子部品端子間、印刷基板上產(chǎn)生感應(yīng)電位差，從而損壞某些半導(dǎo)體元件的現(xiàn)象時有發(fā)生。 要防止來自帶電人體或包裝用泡沫塑料等外部物體的靜電影響，要求具有比一般防靜電材料更高的電氣特性。 要形成靜電屏蔽以保護內(nèi)部部品，包裝用薄膜至少必須具有一層非常導(dǎo)電的物質(zhì)。 通過對各種具有不同表面電阻的包裝內(nèi)部靜電場差別的測定；發(fā)現(xiàn)104/sq105/sq點的靜電屏蔽能力下降得非常明顯。所以作靜電對策用包裝的靜電屏蔽性的表面電阻應(yīng)在104/sq以下。 工廠內(nèi)部臨時用于電子部品的保管輸送用導(dǎo)電性容器，部品箱托盤等也要能完全保護內(nèi)容物不受靜電的影響。象金屬或體積電阻在105.cm以下的塑料可適用這種用途且已被長期沿用下來。6、小結(jié) 防靜電對策的基本是要教育接觸不耐靜電電子部品的人們正確的處理方法。在徹底進行了有