静电放电(ESD)在电子装联中的危害及防护
静电放电(ESD)在电子装联中的危害及防护
发表时间：2019-08-07T10:55:08.470Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：王俊峰
[导读] 另一方面，它也能带来灾害，特别是在石油化工、电子工业等生产领域。
中国电子科技集团第三十八研究所安徽省合肥市 230001
摘要：静电是一种电能，留存于物体表面，是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果，是通过电子或离子的转移而形成的。静电无处不在，在一般工业生产中，静电具有高电位、低电量、小电流(瞬时大电流)和作用时间短的特点。静电荷较之流动电荷受环境条件影响，特别是湿度的影响比较大。静电是日常生活中常见的一种物理现象，所以同世上任何事物一样具有两重性：既能造福于人类——如静电喷涂、涂敷、静电除尘及静电复印等应用技术；另一方面，它也能带来灾害，特别是在石油化工、电子工业等生产领域。
关键词：ESD；静电；防护
静电在日常生活中可以说是无处不在，不同物质的接触、分离或相互摩擦即可产生静电，这些静电也许对人体的影响并不大，但对于某些静电敏感元件，静电放电ESD可能造成其性能下降，或完全丧失正常功能。因静电损害具有隐蔽性、潜在性和累积性、随机性和复杂性的特点，在很长一段时间内没能引起人们足够的重视，但随着静电的危害被越来越多的人们所熟知，人们的ESD 防护意识也越来越强，下面将主要介绍防静电的基本知识，以及在电子装联生产线EDS 防护的一些经验。
一、静电防护的基本原则
1、静电接地。物体通过导电、防静电材料或其制品与大地在电气上可靠连接，确保静电导体与大地的静电电位接近，是使物体所带电荷向大地泄漏的一种措施。按接地方式不同可分为：直接静电接地：通过金属导体构成的静电接地系统称为直接静电接地，简称“直接接地”或“接地”。间接静电接地：通过含有非金属导体、防静电材料或其制品使物体静电接地称为间接静电接地，简称“间接接地”。EPA 区域内工具、设备、人员、胶垫等接地需要考虑的主要有以下方面：静电接地系统设计时应考虑到人身安全；人体防静电地线使用多芯导线，接头处尽可能采用焊接，地线黄绿色为主；静电接地电阻太小，带电体接近静电接地系统时，可能产生火花放电，引起燃爆事故；泄露电阻过大，静电泄漏过于缓慢而在物体上积累起足以致害的静电，失去静电接地的作用；仅当物体具有电荷泄漏特性时静电接地才是有效的。绝缘体基本上不具有转移电荷的能力，不用接地。因而，根据不同的对象有不同的静电接地方式：1）固定的设备、工具、金属导体一般是直接接地的对象；活动的金属导体或特殊的金属导体有时需要间接接地。2）一些经常要移动的设备、产品、工具是通过静电耗散材料来间接接地的对象。3）绝缘体一般不能作为接地对象。4）人体作为特殊的静电导体，是间接接地对象（如通过手腕，防静电鞋和防静电地面等达到静电接地的目的）。接地类防静电用品主要有：防静电环、防静电鞋、防静电台垫、防静电地板等。
2、静电屏蔽（静电屏蔽袋和防静电周转箱）静电屏蔽分主动屏蔽和被动屏蔽：通常将静电场封闭在屏蔽体内称为主动屏蔽，其静电屏蔽效果与接地有很大关系，只有将屏蔽体接地，才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄漏；而将静电场屏蔽在屏蔽体以外称为被动屏蔽，由于被动屏蔽体内空间处于等电位不存在电场，从理论上讲不一定接地。遮蔽类防静电产品主要有：防静电周转箱，防静电元件盒，防静电包装袋，防静电胶带，防静电IC 包装管及IC 托盘，防静电货架、手推车、工作台，防静电工作服，防静电手、指套等。
3、静电中和。静电中和是指带电体上的电荷与其内部和外部相反符号的电荷的复合而使所带静电荷部分或全部消失的现象。其原理为：利用无源自感式、直流高压、交流高压、同位素电离空气等原理，通过金属放电针或放射线使空气电离产生正负离子与静电源上的正负电荷中和，主要用于EPA 内绝缘体和无法接地的金属导体存在的静电消除，从而消除静电源上积累的静电。离子中和类设备和工具主要有：离子风机、风枪、风嘴、风帘及离子棒等。
二、电子装联中的静电危害
根据静电的力学和放电两大效应，相应的可把电子装联中的静电危害大体分为两类：
1、静电吸附——由静电力引起。在积聚有静电荷的物体周围存在着静电场，静电场可以使介质极化，在库仑力的作用下，悬浮在空气中的尘埃被吸附在带静电的物体上污染环境，影响产品质量。静电吸附在电子装联中具体表现为印制板和元器件吸附灰尘、杂物以及潮气，从而可以改变线路之间的阻抗，影响绝缘性、安全性，甚至影响组件的功能和寿命。
2、静电击穿——由静电放电引起。静电放电(ESD)是指两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起的两物体间的静电电荷的转移。静电放电(ESD)是高电位、强电场、瞬时大电流的过程，会产生强烈的电磁辐射形成的电磁脉冲。放电瞬间回路通过的大电流几十安培或上百安培)使空气气隙电离、击穿、发光、发热，形成局部的高温热源。当如此大功率的短脉冲电流作用于器件上，足以在绝热的情况下，使硅片上微区熔化，电流集中处使铝互连局部发生球化，甚至烧毁PN结和金属互连线，形成破坏性的“热电击穿”，导致电路损坏失效。ESD引起的元器件击穿损害是电子装联中比较普遍的静电危害。从元器件的预处理、插装、焊接、清洗，至单板测试、总装、调试，直到包装、储存、发运等工序，由于接触一分离、摩擦、碰撞、感应等作用，都会使与元器件、组件、产品接触或接近的操作人员、工具、器具及工作台面等带电；加之在生产和工作环境中广泛使用合成橡胶、塑料、化纤等高分子绝缘材料制品，而使带电加剧，随时可能发生对器件的ESD损害。
三、电子装联中的静电防护
静电防护在生产过程中的核心是“静电消除”。因此静电防护技术是指在静电不可避免的前提下，采用综合性措施，将静电危害的因素控制在允许的范围内。
全方位静电防护。电子产品的生产过程很复杂，涉及的主要环节有：静敏器件的采购、入所检验、老化筛选与测试、运输、库存与保管、验收配料，齐套、预处理、插装与贴装、焊接、检验、单板测试、PCB装入整机、调试、环境试验、周转、返修等。因此就静电防护而言，它是一个综合处理的过程，渗透到生产的全过程。应该根据各工艺环节的具体静电防护要求建立防静电工作区(EPA)或针对岗位的防静电工作点；同时，在设计文件和工艺文件的拟制上必须明确规定相关的要求。
全方位培训。根据生产过程中的工艺环节可以看出，静电防护一般应涉及到诸如采购、设计、工艺、检验、加工、调试、包装和运输等各部门的相关人员。因此，静电安全培训应是全方位的相关人员。所谓“一个监控”，是指静电防护中对防静电器材、设备、场地的防静电