SMT生产线静电防护

1. 静电及其防护的概念

静电电荷的产生是不可避免的，像物体之间的相互摩擦、运动，两种材料分开时，或者 液体和气体的流动都会产生电荷。电子在两种材料的接触表面移动,当它们分开时，两个 表面都带上电荷。物体表面的静电电荷可直接通过静电放电转移到其他表面或者十分敏 感的物体上，带电表面还会通过感应使周围的物体带电,并不需要和这些物体接触。
在电子产品在SMT生产线组装过程中，同样无法避免产生电荷，无法避免电荷的转 移。8000V左右的静电在放电时会产生火花,3000V左右的静电在放电时人们能感觉到, 然而250V的静电放电时就会损坏很多种半导体器件。尤其是在大规模和超大规模的集 成电路，由于这些器件引线间距短、集成度高、低功耗、低电压、输入阻抗高、对静电非常敏 感，静电电场和静电电流对静电敏感器件造成结区击穿和氧化膜击穿现象,使半导体器件 失效，性能下降，或造成电子整机产品产生难以被发现的“软击穿”现象，给电子产品留下 潜在的隐患，直接影响电子产品的质量和使用寿命,所以在SMT生产上应该采取积极措 施，保证把静电对电子产品的影响降为零，使工厂生产出优质廉价的电子产品。
静电的防护，主要是采取相应的防护措施,使静电不至于引起电子整机产品的故障， 包括硬性和软性故障。对静电的防护，涉及电子整机产品从研制到批量生产的全部过程， 其中包括对静电敏感器件的采购、检测、储存、运输、配置等环节，在静电防护上要完全清 除静电是很困难的,但是采取必要的防静电措施，将静电的产生和积累控制在安全值以内 是完全可以实现的。静电防护的基本思路是预防为主，在可能产生的静电的地方防止静 电电荷的积累，对已产生的静电电荷应想方设法将其泄漏掉，所以在工艺上采取“边产生、 边泄漏”的措施，对已积累的电荷使之迅速、可靠地泄漏掉,避免或减少静电危害的产生。


2. 静电防护的措施

静电防护技术涉及面很广，从工作方法上大体可以分为:在生产线上采用防静电的材 料、工具和设备，即所谓的硬件措施，另-方面是加强对防静电的技术管理,即所谓的软件 措施。
(1)硬件措施——建立静电安全工作区
电路板是在SMT生产线上进行组装的，电路板组件中有一部分器件是静电敏感器 件，即对静电反应灵敏的电子器件。这类器件主要是指高密度的集成电路,特别是金属氧 化物半导体(MOS)器件,一般的MOSIC抗静电电荷能量为5_MJ~100_MJ,双极型IC约在 5/J〜500川的范围，击穿电压在100V-500V之间。因此,在电路板组件SMT生产线的 区域内，必须将静电电荷积累的额定值控制在这个范围内。这个区域就是一个特殊的区 域——静电工作安全区，其定义为:工作区域内，包括所有的导电性物体不得存在足够破 坏静电敏感器件的电荷。具体指标为：
静电导体材料电阻率为1 x 10⁶Q以下，其安全静电电压为C100V；
静电亚导体材料电阻率为1 x 10⁶Q~1x 其安全静电电压C500V；
静电非导体材料电阻率为1 x io^lon以上，其安全静电电压为＜5oov_a 静电安全工作区内有能迅速有效泄漏积聚电荷的“等电位工作系统”，工作区内的工 作人员、器材、工具、设备等均有防静电的措施，并有对这些工作区内空间中和静电电荷的 设备，这些就是静电安全区的条件。
① 等电位工作系统
等电位工作系统或称零电位工作系统,是指对SMT生产线上的设备建立一个共接 大地的地线系统，以便将人体、工具、设备、材料等积聚的静电电荷及时地泄漏到大地中 去，如图5.22所示。其中还包括：
金属门帘。门帘置于车间的门上，它由若干条金属建，也可用含有金属丝或碳纤维的 布绳构成，略小于门的宽度,对应的地面上放置接地不锈钢板。这样安排后，凡进入车间 的人员都会脚踏在不锈钢板，身体接触到金属褛，从而把人体带有的静电电荷泄漏到大地 中去，以保证人进入车间的静电安全。
接地母线。将接地母线的入端和经过安装设备的去端与大地相接。母线与接地铜板 间的电阻应小于lOQo
金属地板。供操作人员站立的地板，采用0.8mmX600mmX 1000mm的不锈钢板制 作,用导线将不锈钢板与接地母线联结起来，方法是:导线一端先与不锈钢板焊牢,为防止 发生人员触电事故其另一端串连一个电阻值为1MI）的电阻后再与母线联结,这点很 重要。
接地连接。接地母线与组装设备机体相连接,也表示与车间内工作台（如检验工作 台、修理工作台）的连接;接地母线为直径3.2mm的铜线，与设备或地板连接一定要保证 接触良好,测量其电阻的数值均应低于lOflo
① 防静电器材
在静电安全工作区内，应尽量采取措施以减少静电电荷产生或积累,即要求静电安全 工作区内的工作台、作业台、周转箱等均应具有防静电器材,
防静电器材细分类的品种还很多,并且技术参数指标由于生产厂家的不同而不同。 同时，除防静电指标外，还应该有许多物理性能方面的要求,这些均应与生产厂家联系。 特别需要指出的是:在静电安全工作区内，一定要严格要求,以保证工作区内的静电电荷 不能损坏静电敏感器件。
① 消除静电器材
非导电物体或绝缘体，电荷无法在其中自由移动，因此也就不能用接地的方法来泄漏 电荷，只能采用消除静电的器材来消除带电物体上的静电电荷。一般的方法是由一种吹 出离子风的装置，应用电晕放电原理，以吹向指定空间的正负离子去中和带静电物体上所 带的静电电荷，达到消除静电的目的。
静电消除剂是一种液态物质，喷涂于物体表面，将会改变其导电性，减少摩擦静电的 产生，还会使体积电阻或表面电阻大大降低，加速静电电荷的泄漏,达到消除或防止静电 电荷积聚的目的。
除上面谈到的消除静电器材外，还应该注意静电安全工作区的环境状况，如粉尘、烟 雾，还要注意环境的温度和湿度，以便抑制静电的产生，尤其是湿度管理是非常重要的。 在北方地区，特别是干燥的冬季，静电造成的破坏是相当严重的。但在空气潮湿的夏季， 静电值会低的很多。这两种不同的湿度状况下产生的静电值会相差数十倍，所以要十分 重视环境适度的管理，相对湿度值低于50%的时候，已处于危险的极限状态。这时要进 行人工加湿工作,其方法是多种多样的，最彻底的方法是在整个SMT生产线厂房内的空 调系统中设置加湿装置，使来自集中空调的气体中含有一定水份，无集中加湿条件的厂 房，可根据具体情况进行人工加湿,参照湿度值制定每日人工加湿的次数及加湿量。对于 重点防静电区域，可设置局部重点加湿,选用工业或家庭加湿器来进行。

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