电子产品制造中静电防护工作的探讨

王 勇

(西安铁路信号有限责任公司，西安 710048)

近年来，随着元器件向集成化、模块化方向发展，器件尺寸不断的变小及内部氧化膜变薄，很小的电压就足以使器件被击穿。目前电子产品制造过程涉及采购、焊接、组装、调试、包装等多个环节，任何环节都可能发生静电放电而造成对器件的损害，使产品在使用中可靠性降低。在产品质量安全越来越被重视的今天，电子产品制造中的静电防护工作质量对产品质量安全有着重要影响，并已成为电子产品生产管理中一项重要工作。

1 静电及静电损伤

1.1 静电的产生

静电是一种电能，它存留于物体表面，是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果，它是通过电子或离子转换而形成。静电的产生主要有3个来源。

1）摩擦：任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电，而产生静电的最普通方法，就是摩擦生电。材料的绝缘性越好，越容易通过摩擦产生静电。

2）感应：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，导体在静电场的作用下，自由电子进行重新分布，由于同性相斥，异性相吸，电荷发生转移而产生静电。

3）传导：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如与带电物体接触，将发生电荷转移而产生静电。

1.2 静电放电

静电电荷在摩擦、感应、传导情况下不断产生、累积起来，直到产生电荷的作用被停止、泄放或达到足够的强度可以击穿周围物质为止。当电介质被击穿后，静电电荷会很快达到平衡，这种电荷的快速中和就称为静电放电。由于在很小电阻上快速泄放电压，泄放电流会很大，这么大的电流将对设计为仅导通微安或毫安级电流的电路造成严重损害。

1.3 元器件静电损伤的两种表现形式

根据元器件对静电的敏感度不一样，主要分为3个级别，静电敏感电压介于0～1 999 V为1级；静电敏感电压介于2 000～3 999 V为2级；静电敏感电压介于4 000～15 999 V为3级，敏感电压在16 000 V以上属于非敏感元器件。静电敏感元器件被静电损伤后主要表现为两种形式，硬击穿和软击穿，据统计，约有90%为软击穿，10%左右被完全破坏。静电敏感元器件发生硬击穿后，往往会产生某种故障，在生产过程中可以马上检验出来，不留隐患。而被软击穿的元器件，通常在事故发生后数月，甚至更长的时间后工作性能发生变化，这种变化可以导致间接性故障，通常引发参数暂时性的漂移、不稳定或是带负载能力变差，在产品使用中存在安全隐患。

2 电子制造过程中的静电源

电子产品制造中的静电源包括：人体与工作服摩擦产生的静电；工作鞋与地面摩擦产生的静电；元器件的树脂、漆膜、塑料膜封装材料表面与包装材料的摩擦静电；用聚丙烯PP、聚氯乙烯PE、聚胺脂PVR等高分子材料制造的各种包装、料盒、周转箱和PCB板架等因摩擦或冲击产生的静电；普通工作台面及工作椅面摩擦静电；电子生产设备和工具等设备内的高压变压器及交直流电路在设备上感应静电；烘箱内热空气循环流动与箱体的摩擦静电。

3 静电防护工作的重要性

1)多数电子元器件是静电敏感性器件，通过产品设计并不能完全对器件进行静电防护；2)电子产品制造环节多，静电产生随机性强；3)因静电原因造成的损失巨大，据统计，电子行业每年因静电损伤造成的损失达百亿美元；4)客户对产品质量安全要求越来越高。

4 电子产品制造中静电防护工作要点

静电防护工作的基本原则：减少静电积累；将产生的静电及时泄放；确认并有效监测防静电措施[1]。具体来说静电防护工作应从技术措施和日常管理两个方面考虑，并围绕以下几个方面开展工作，通过实践，不断积累经验，逐步提升工作效果。

4.1 防静电工作区设计与施工质量要达标

防静电工作区（EPA）是指配备各种防静电设备和器材，能限制静电电位，具有明确的区域界限和专门标记的适于从事静电防护操作的工作场地，以厂房为例，EPA设计内容包括地面、墙面、吊顶、门窗防静电方案设计，EPA接地系统设计，EPA温湿度控制方案设计，静电防护用品的配备与选择，设计方案内容应符合国家、行业的规范标准要求[2]，并且经过专家评审；同时，EPA施工质量直接影响使用中的有效性，应从施工、监理单位的选择，施工材料及施工工艺的确认，施工过程中的质量监控，到最终验收，严把质量关，保证EPA的施工质量达到设计要求。

4.2 工作区环境湿度控制要合适

降低静电的一个简单经济有效措施是把环境湿度控制在40%或更高，当空气中湿度相对高时，大多数塑料表面因吸附着一层薄的导电水层，使表面电导率有所增加，这不仅有助于防止静电产生，还有助于耗散静电荷。而环境湿度较低时更易产生静电，有资料表明，在相对湿度低于30%以下，一些原可以作为静电防护的材料，如纯棉制品同样可以产生静电，降低了静电防护的有效性。环境湿度控制不宜过高，应兼顾湿敏元器件的管理要求和人体的感受，环境相对湿度保持40%～70%比较合适。

4.3 在工艺方案设计中同时考虑静电防护方案

在进行产品工艺方案设计时，同时考虑静电防护方案的设计并纳入工艺方案评审。静电防护方案应充分考虑产品在实现过程中的静电防护措施是否足够，是否需要提高防护等级；静电防护用品与包装材料的选择是否合适，是否需要对其进行必要的检测与确认；对工艺装备设计或选型时，考虑是否采用防静电材质或经过静电防护处理的材料，对使用非防静电材料(表面或体积电阻>1012Ω)的是否采用离子静电消除器提供静电中和消除产生的静电或采用静电屏蔽措施保护敏感器件；在工艺文件中明确静电防护工作具体要求及注意事项。

4.4 做好静电防护系统状态监测工作

在电子产品制造过程中，静电防护措施是否在一段时间后还能保持良好的静电防护作用，需要定期对静电防护设施进行检查和测量，及时发现静电防护失效的环节并恢复其作用。

1）配备必要的静电测量工具。常见的如地电阻测量仪、兆欧表、手腕带测量仪、表面电阻测量仪、静电测量仪等测量仪器。

2）编制详细的静电测量文件，明确测量方法、周期及指标，测试人员须经过培训和学习并且掌握正确的测量方法，严格按照文件规定进行测量，对测量数据进行统计分析并作为后续改进的依据。

3）对生产设备、测量仪器、工具工装进行定期检查与测量，以保证它们不产生破坏性的电能。同时，对设备、测量仪器、工具工装做好日常保养工作，防止因长期使用导致其性能下降而引起静电损害。

4）定期检查各种接地方式是否连接正确及接地部位是否氧化，状态是否良好，包括厂房、生产线、设备、工具、货架等有接地要求的设施。

5）定期检测静电防护品的有效性，如防静电服、帽、鞋、手套及腕带，静电工作台面、椅面，防静电地面、地板和地垫，防静电周转器具（车、架、盘），防静电包装材料、离子风机等物品的有效性，并做好日常保养维护工作[3]。

6）严格静电测量仪器的管理。静电测量仪器由专人保管及使用，定期到鉴定部门进行鉴定，建立测量仪器的校准档案记录，超出鉴定有效期应及时送检，无校准合格标识的不能使用。

7）跟踪目前静电防护产品发展，引进先进的静电监测、保护设备，完善与加强现有的静电防护系统。

4.5 制定详细的工作规范及操作要求，做好培训工作

电子产品制造过程环节多，静电产生随机性强，通过编制具体的操作规范，以确保每一个操作过程能够按照正确的方法操作，从而有效实施静电防护工作，编制如静电敏感器件储存与运输管理规范、静电防护区管理规范等基础性规范及各种作业指导书，明确对静电防护的具体要求，将静电防护工作规范化、文件化、标准化，所有的生产环节与过程的防静电操作都应有文件支持。做好培训工作，要对每一名员工分层次，分阶段，采用内外培训相结合方式讲授包括静电原理、静电防护操作规范及静电管理制度等方面的内容。做好操作技能训练，如调测、返修、手工焊接等过程中的静电操作，只有正确操作，才能有效减少生产过程中的静电损伤事件。应定期对相关人员日常静电防护工作的执行效果进行检查，找出执行中的问题，作为下一次培训改进的输入，通过培训与训练促使员工养成良好的工作习惯与职业素养。

4.6 严格现场管理做好“5S”工作

做好工作现场的“5S”管理，定期检查在防护区内或附近是否存放普通塑料、绝缘胶带、纸盒等非防静电物料；在防护区内是否将各种静电防护用品定点放置，是否将非静电物品远离静电工作区定点放置；保证作业现场清洁整齐，保持各种静电防护用品、工具、设备等内外清洁；严肃生产纪律，保证生产人员各司其职，无闲杂人员存在；对于不可避免的外来人员，先要宣传静电防护制度及注意事项，在专人陪同下沿参观通道进入指定区域工作，避免其对生产的污染及干扰。

4.7 聘请权威机构进行静电防护系统检测与评估

目前，许多有资质的专业评估机构能够对电子产品制造现场进行全方位静电防护评估，帮助客户发现漏洞，并给出针对性的建议。在日益严峻的成本与质量压力下，借助专业机构先进的技术与成熟的管理经验，帮助企业改进与完善静电防护工作，既有益于企业取得较高的成品一次通过率，又能使产品获得高质量高可靠性，赢得市场声誉。

4.8 重视对电子产品静电失效原因的分析，建立静电失效案例数据库

虽然大多数静电损伤不易被传统显微镜发现，通常需要扫描式显微镜进行分析确认，比较费时、费事和费钱，但是通过对产品静电失效原因分析，建立静电失效案例数据库，掌握电子产品的静电失效的原因、规律，可以为在产品设计、制造过程中改进静电防护手段与措施提供依据，也可以为分析质量事故提供参考，数据库中的案例还可以作为静电防护培训的资料素材使用。虽然目前一般电子制造企业还难以建立失效分析实验室，但是可以联合科研院所、大学、独立实验室等方式进行合作研究，成果共享，不断提高企业静电防护工作的效能。

5 结束语

在电子产品制造过程中，静电敏感性元器件会受到许多不同来源有害电能的损害，这些有害的电能多数是静电电压的结果，虽然制造过程中静电无法完全消除，但是可以通过科学的方法，严谨的管理，有效地降低静电损伤的发生。此外，静电防护工作是涉及技术、管理、培训等多个方面，只重视其中一方面是不够的，需要各个部门和各级管理层协作起来，形成有机整体，保证防静电的各种措施落实到位，做到防患于未然，才能取得较好的静电防护工作效果。

[1] 孙延林．电子工业静电防护指南[M]．北京：电子工业出版社，2006.

[2] GJB 3007A-2009 防静电工作区技术要求[S].

[3] SJ/T 10694-2006 电子产品制造与应用系统防静电检测通用规范[S].