电装生产中防静电技术

崔春梅

(南京电子技术研究所，江苏南京 210013)

随着国际先进防静电技术的发展，电装生产中防静电技术，一直是大家关注的问题，如何有效地进行生产过程中对静电防护与监控也一直是我们进行研究的对象。

1 静电的产生与危害

1.1 静电产生原理

从原理上讲，静电的产生主要有3种方式，即：摩擦起电、接触带电、感应带电。对于后两种方式比较容易预防与控制。在实际生产中最难以控制、防不胜防的主要是第一种方式-摩擦起电，主要由于人体的动作及设备的运动而产生。

1.2 常见静电的数量级

首先让我们了解一下日常生活中所接触到的静电放电情况：当人耳能听到放电声时，此时的静电电压应在2～3 kV；当能够感到静电电击时电压已达3～4 kV；而当能够看到静电放电火花时，电压至少在5 kV以上！可能很多人，其中包括从事了多年电器装配的工人和技术以及管理人员都对这一情况不甚了解。

表1为电装生产中几项常规动作所产生的静电电压范围。

从表1中可看出，一个很常见很细微的动作，就会引起相当高的静电电压，这也正是在电装生产中静电的产生防不胜防的主要原因。

表1 不同条件下各种动作所产生的静电电压kV

1.3 静电放电的危害

我们通常所说的静电破坏，是指由于静电的放电而造成的破坏。在电装领域人们常说的“防静电”，并非是防止静电的产生，也不可能完全防止，主要是防止静电放电。随着电子元器件的小型化与功能的不断增强，更易受到静电放电（ESD）损害。通常，静电，静电放电对元器件所造成的损坏主要有：

（1）pn结的软击穿，降低产品的可靠性；

（2）击穿芯片单晶硅金属镀膜，造成废品；

（3）击穿器件内引线，造成废品。

按照国军标规定，A级防静电工作区静电电压不超过±100 V，B级防静电工作区的静电电位不超过±1 000 V。而对于特殊产品（如磁头）的生产，则要求人体所带的静电电压值确保不超过5 V，对于这一要求，常规的处理方式很难达到，必须采取特殊的方式加以保证。

2 防止静电损坏的措施

根据静电放电发生的原理与规律，我们在此提出防止静电放电破坏的基本条件：

（1）防止静电电荷的积聚；

（2）建立安全的泻放通道；

（3）对所有防静电措施的有效性进行实施监控。

2.1 防止静电荷的积聚

由前述可知，静电主要是因摩擦而起。不同材料在摩擦后产生的静电电荷量也各不相同。即不同材料的表面起电量不同。因此，在容易产生静电电荷积聚的表面可覆盖一层起电小，甚至不起电的材料，即可减少，甚至不会产生静电。由于静电荷聚积在材料的表面，因此表面电阻率决定了材料本身防静电的技术特性。国军标规定，按照材料的表面电阻率的不同范围，将材料划分3种：

（1）导体：表面电阻率小于1×105Ω；

（2）静电耗散材料：表面电阻率在1×105～1×1012Ω之间，也就是我们常说的防静电材料；

（3）绝缘体：表面电阻率大于1×1012Ω。

对于导电体与静电耗散材料静电荷可通过泄通路得到泄放。而对于绝缘体而言，由于静电荷在其表面不能发生迁移运动，所产生静电荷不能通过泄放的方式消除。此时，唯一行之有效的方法就是采用离子中合法。

离子中和法原理是：绝缘体表面所产生的静电电荷以正、负电荷对称产生，离子中和法是采用风机向静电荷积聚区吹送经电离的含有正、负离子的空气气流，气流中的正、负离子将尊循同性相斥、异性相吸的原理与绝缘体表面所积聚的静电荷进行中和，从而彻底将静电消除。

离子中和法可应用于佩带碗带操作不方便的工位，如设备操作及总装或调试工位等。在这些工位，可以将离子风机悬吊于工作上方，离子风可以将人体及其他工具产生的静电荷即时中和。

2.2 建立安全的泻放通道

由上结可知，材料可以分为导电体、静电耗散材料和绝缘体三大类，其中绝缘体表面的静电荷主要靠离子中和法消除，以防止静电积聚。对于导电体于静电耗散材料而言，由于静电荷能够迁移，从而可通过接地的方式将生产中所产生的静电荷泄放。但是为保证泄放的安全性，静电的泄放必须通过静电耗散材料进行。所谓的安全性泄放是指无论是对元器件，还是对人身都必须保证绝对的安全。安全性有二个指标：一是静电电压必须在10 s内降至100 V；二是放电电流不能高于500 mA。也就是说，静电的泄放既要快，又不能过快，过快的泄放即是放电。因此，在静电的泄放路径中需有一定的阻值。这也就是为什么在导电体与绝缘体之间分出了一个静电耗散材料范围的原因之所在。

2.2 有效性的实时监控

提起防静电，人们都会想道接地。确实，接地是防静电技术的主要内容之一。多年来，许多电子企业均在此方面投入了大量的资金，但是收效却不很理想。原因很简单，就是因为在进行防静电改造时，只注重了地面与桌面等接地设施，而没有安装实时监控系统，从而对于所具有装置的静电控制装置是否有效？所有的接地系统是否正常等没有绝对的把握。 防静电是一个系统工程，先进的企业管理方法是将电装车间划分出非静电防护区和静电防护区，在静电防护区内不但需要采取相应的防静电措施，如铺设防静电地面、选用防静电的桌椅、建立正确的接地系统，还应安装有效性的监控装置TR-2000—静电、监测、控制、网络。它是由接地保护监测控制器、SAM软件门禁系统组成。

当工作人员进入防静电工作区首先必须经过系统的测试，主要通过腕带或脚带测量人体的接地电阻是否符合要求。只有测试合格的人员才能通过由测试系统控制的门禁系统进入防静电工作区。于此同时，记录仪将被测试人员的工号和被测试时间、测试结果自动存储起来。管理员可以定期将其下载至计算机中，并以数据库格式存档备查。见图1。

进入防静电工作区，由于工作人员的动作，静电还在随时产生，唯一泄放路径是通过手腕带或脚腕带与地连接进行泄放。此时的关键是人体、腕带与接地线连接是否良好。如果某一环节出现问题，就会导致静电无法泄放，也就会产生ESD？损坏，这也正是在电装生产过程中对静电防护的监控难题，也正是许多企业虽然建立防静电的工作区，但没有效果的主要原因之一。

图1 腕带测量记录器

为此OK公司推出了腕带实时监控仪，它可实时监测操作人员和工作台面接地状态，带电量，可进行视觉和声音的报警，并有网络接口，实现网络化实时监控与管理。

TR-2000网络是美国OK集团研制开发的产品，它通过TR648（RS485/232数据转换器）进行数据采集，同时采用SAM软件对采集的数据进行记录、分析达到实时监控。所有采集的数据可转换成MS ACCESS，EXCEL和文本格式保存。

SAM软件可以对静电防护区所有的静电控制设备进行实时监控。该软件具有定义用户ID，建立操作者分布图，模拟输出接口，对各工位的状态（高阻、正常、低阻等）均以相应的图形符号和颜色在计算机显示器显示出来，监控结果可以存人计算机中，作为产品的静电控制档案备查。

实施这种管理可以使管理人员不用离开办公桌即可对整个静电防护区中防静电设施的工作状态一目了然（见图2）。解决了电子装联过程中对静电防护进行监控，计算机中所记录的文件可以随时调用。通过对这些文件进行分析与判断，能快速正确找出故障原因。

图2 防静电实时监控系统

3 结 论

防静电工作是一项系统工程，因此需对每个环节都同样重视，万不可厚此薄彼。防静电工程涉及的部门很多，因此需要相互协调，共同努力。防静电工程所涉及的专业很多技术含量高，因此需要有技术部门总负责，建立合理严格的防静电制度，监督施工与技术验收。

参考资料：

[1] 涂延林.电子工业静电防护技术[M].西安：陕西科学技术出版社，1994.