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ESD基础知识第3部分:ESD基本控制程序和材料
发布时间:2020-08-24 09:32浏览次数:

静电放电基础知识第三部分-基本ESD控制程序和材料

防静电工作台

在  第二部分“ ESD控制原理-ESD控制程序开发”中,我们介绍了六种静态控制原理以及ESD程序开发和实施的六个关键要素。在第三部分中,我们将介绍基本的静电控制程序和材料,这些程序和材料将成为您的ESD控制程序的一部分。首先,我们回顾一下这些原则。静电控制的基本原理我们建议在开发和实施有效的ESD控制程序时仅关注六项基本原理:

1、通过设计产品和组件使其在ESD的影响下具有合理的鲁棒性,从而进行保护设计。

2、定义  环境中所需的控制级别

3、识别并定义  静电保护区(EPA),您将在其中处理ESD敏感部件(ESDS)。

4、减少静电电荷产生  通过减少和消除产生静电的过程,保持工艺和材料在相同的静电电势,并且通过提供适当的接地路径,以减少电荷的产生和积聚。

5、通过接地,电离以及使用导电和耗散静电控制材料进行耗散和中和。

6、通过适当的接地或分流以及使用静电控制包装和材料处理产品来保护产品免受ESD的影响

在设施级别,我们的ESD控制工作集中在最后五个原则上。在第三部分中,我们将重点介绍减少静电电荷产生,消除对地电荷以及中和电荷以保护敏感产品免受ESD影响的主要材料和程序。

确定问题区域和控制级别我们需要回答的第一个问题是“我们正在制造或处理的零件和组件对ESD的敏感性如何?” 此信息将指导您确定控制环境中ESD所需的各种步骤和材料。您如何确定零件和组件的灵敏度,或者在哪里可以获取有关其ESD分类或耐压的信息?

第一个来源是零部件本身或零件数据表的制造商或供应商。获得人体模型(HBM)和充电设备模型(CDM)等级至关重要。您可能会发现需要对特定设备进行ESD敏感性测试。但是,请注意,用于设备鉴定的电压与现场测量的静态电压之间的相关性很弱。

您需要回答的第二个问题是“我们设施的哪些区域需要ESD保护?” 这将使您可以定义特定的静电保护区域(EPA),将要处理敏感部件的区域以及需要实施ESD控制原则的区域。通常,无论在哪里处理ESDS设备,您都会发现需要保护的区域比您最初想象的要多。表1列出了需要ESD保护的典型区域。

表1需要ESD保护的典型设施区域

收货检验仓库和仓库组装测试和检验研发包装现场服务维修办公室和实验室洁净室

接地线

图1:公共点接地符号

接地对于有效的ESD控制尤为重要。应明确定义并定期评估。

设备接地导体提供了一条使ESD保护材料和人员处于相同电位的路径。环境中的所有导体和耗散材料,包括人员,都必须粘合或电气连接并连接到已知地面,或在所有物品和人员之间建立等电位平衡。只要系统中的所有项目都处于相同电位,就可以将ESD保护保持在高于“零”电压接地参考的电位或电位。重要的是要注意,绝缘子(按定义是非导体)不会因附着到地面而损失其静电荷。

ESD协会标准ANSI / ESD S6.1-接地针对接地EPA ESD控制项建议分两步进行。第一步是将工作站和人员的所有组件(工作表面,设备等)接地到同一电气接地点,该接地点称为“公共点接地”。该公共点接地被定义为“用于将两个或多个接地导体连接到相同电势的系统或方法”。

应正确识别此ESD公共点接地。ESD协会标准ANSI / ESD S8.1 –符号,建议使用图1中的符号来标识公共点接地。

第二步是将公共点接地连接到设备接地导体(AC接地)或第三根导线(通常为绿色)的电气接地连接。这是首选的接地连接,因为工作站上的所有电气设备均已连接到该接地。将ESD控制材料或设备连接到设备接地,会使工作站的所有组件都具有相同的电位。

如果将用于修理ESDS物品的烙铁连接到电气接地,并将包含ESDS物品的表面连接到辅助接地,则烙铁和ESDS物品之间可能存在电位差。电位差可能会损坏物品。工作站上存在并使用的任何辅助接地(水管,建筑框架,接地桩)必须与设备接地导体相连,以最大程度地减小两个接地之间的电位差。

有关ESD接地的详细信息,请参见ESD协会标准ANSI / ESD S6.1,接地和ESD手册ESD TR20.20和/或CLC / TR 61340-5-2用户指南。

控制人员和移动设备的静电

人们可以成为静电的主要产生者之一。到处走动或修理电路板所需的简单动作都会在人体上产生数千伏的静电荷。如果控制不当,这种静电很容易释放到ESD敏感设备中-典型的人体模型放电。同样,一个人可以将电荷转移到电路板或其他物品上,从而使其在后续过程中容易受到“充电设备模型”事件的影响。

即使在高度自动化的组装和测试过程中,人们仍然可以在仓库,维修,实验室,运输中处理ESDS……。因此,ESD控制程序非常重视控制人员产生的静电放电。同样,移动设备(例如手推车或手推车)和其他带轮设备在设施中的移动也会产生大量静电荷,这些静电荷可转移到在此设备上运输的产品上。

腕带

通常,腕带是接地人员的主要手段。正确佩戴并接地后,腕带可以使佩戴者保持接地电位。由于人员和工作区域中的其他接地物体处于或接近相同的电位,因此它们之间不会存在危险的放电。此外,静电会从人身上移到地面,并且不会积累。当人员坐在不适合EPA的椅子上时,应使用腕带接地。

腕带有两个主要组成部分:缠绕在人手腕上的腕带和将腕带连接到公共点地面的接地线。大多数腕带的限流电阻模制在连接腕带一端的接地线中。该电阻器最常见的是一个兆欧,额定功率至少为1/4瓦,额定工作电压为250伏。

腕带有几种故障机制,因此应定期进行测试。建议在特定的测试站进行日常测试,或者在工作台上使用连续监测仪。

地板,地板垫,地板饰面

接地人员的第二种方法是将ESD地板与ESD控制鞋或脚接地件结合使用的地板/鞋类系统。导电或耗散地板材料与鞋类的这种组合为消散静电荷提供了安全的接地路径,从而减少了人员上电荷的积累。除了耗散电荷外,某些地板材料(和地板饰面)还可以减少摩擦带电。在需要增加人员流动性的区域中,地板/鞋类系统的使用尤其合适。此外,地板材料可以最大程度地减少椅子,移动设备(例如手推车和手推车),叉车和其他在地板上移动的物体上的电荷积累。然而,这些物品需要耗散或导电的脚轮或轮子与地板进行电接触,并需要进行电气连接。当用作人员接地系统时,包括人员,鞋子和地板在内的接地电阻必须与腕带(<35兆欧)和标准行走电压测试(ANSI / ESD STM97)中规定的累积人体电压相同。 2)必须小于100伏。

鞋,地面,脚轮

与ESD地板结合使用时,防静电鞋,防静电地板,脚轮和脚轮可在人或物体与地板之间提供必要的电接触。绝缘鞋,脚轮或轮子可防止静电荷从身体或移动设备流到地板和地面,因此必须避免。

服装

在某些ESD防护区域中,尤其是在洁净室和非常干燥的环境中,应考虑穿着服装。服装材料,尤其是由合成纤维制成的服装材料,可能会产生静电电荷,这些电荷可能会排放到ESDS中,或者会产生静电场,从而产生电荷。由于衣物通常与人体绝缘或绝缘,因此衣物织物上的电荷不一定会散布到皮肤上,然后再散布到地面上。防静电衣服可能会抑制或影响穿着在衣服下面的衣服产生的电场。根据ANSI / ESD S20.20和服装标准ANSI / ESD STM2.1,有三类ESD防护服:

ESD 1类服装;不接地的防静电服装。但是,如果不接地,电荷可能会积聚在衣服的导电或耗散元件上(如果存在),从而导致带电源。

ESD 2类服装;当接地时,可接地的静电控制服装可更高程度地抑制穿着在该服装下面的服装产生的电场影响。

ESD 3类服装;接地的防静电服装系统还将人的皮肤粘结到已确定的地面路径上。包括人员,衣服和接地线在内的系统总电阻应小于35兆欧。

工作站和工作台

图2:典型的ESD工作站

ESD保护工作站是指一个人的工作区域,该工作区域由构造和配备材料和设备来限制对ESD敏感物品的损坏。它可以是仓库,仓库或装配区中的独立工作站,也可以是诸如商用飞机中计算机机架之类的现场位置。工作站也可以位于受控区域,例如无尘室。组成大多数工作站的主要ESD控制元件是静电耗散的工作表面,接地人员的设备(通常是腕带),公共点接地以及适当的标志和标签。典型的工作站如图1所示。

工作站提供了一种将所有工作台面,固定装置,搬运设备和接地设备连接到公共点地面的方法。此外,可以提供用于连接其他人员接地设备,设备和附件的设备,例如恒定或连续的监测器和电离器。

静电保护性工作表面的接地电阻为1兆欧至1兆欧,其表面电位与工作站上的其他ESD控制项目相同。它们还为接地提供了一条电气路径,以控制与表面接触的材料上的所有静电荷消散。工作表面还有助于定义要在其中处理ESDS的特定工作区域。工作面连接到公共点接地。

连续或恒定监视器

连续(或恒定)监控器旨在提供对腕带系统的持续测试。尽管使用了多种技术,但目标仍然是一致的:在佩戴者操作ESDS时,对接地点,接地线,腕带和人的身体之间的电连接进行了测试。连续监测器还可以为ESD工作表面或其他设备与地面参考的连接提供监测电路。

典型的测试程序建议应每天测试每天使用的腕带。但是,如果所生产的产品具有一定的价值,则需要了解连续可靠的基础知识,则应考虑甚至需要进行连续监控。如果使用连续监测,则可以不进行每日腕带测试。

生产设备和生产辅助

尽管人员可以成为静电电荷的主要产生者,但自动化的制造和测试设备也可能带来ESD问题。例如,ESDS设备可能会因为从零件进料器向下滑动而变得带电。如果设备随后接触到插入头或另一个导电表面,则会从设备向金属物体快速放电-带电设备模型(CDM)事件。如果不能避免对ESDS充电(由于IC绝缘,在现代装配线中经常会出现这种情况),则应通过使用电离器来减少电荷存储。此外,各种生产辅助工具(例如手动工具,胶带或溶剂)也可能会引起ESD问题。

接地是控制设备和许多生产辅助设备上静电的主要手段。《国家电气规范》要求将许多电气设备连接到设备接地(绿线),以承载故障电流。此接地也可用于ESD控制。用于处理ESD敏感硬件的所有电气工具和设备都需要3针接地AC插头。通常不使用电动工具的手动工具(例如钳子,剪钳和镊子)通过ESD工作表面和接地人员使用导电/耗散工具接地。固定装置应尽可能用导电或耗散静电的材料制成。处理非常敏感的设备时,通常建议使用静电耗散材料。对于不与ESD工作表面接触或未由接地人员处理的导电或耗散装置,可能需要使用单独的接地线。对于由绝缘材料组成的物品,可能需要使用电离或使用局部抗静电剂来控制静电荷的产生和静电荷的积累。

手套和手指套

当然,操作ESDS的接地人员切勿戴着由绝缘材料制成的手套或手指套。如果使用手套或手指套,则该材料应具有耗散性或导电性。

符合性验证ESD TR53提供了测试程序,用于与系统中的人员一起测量手套或指套的电阻。

包装与装卸

在EPA包装和材料处理容器内部应保持低电荷状态,并具有耗散性或导电性。在EPA包装和材料处理容器的外部还应具有提供静电放电屏蔽的结构。

通过屏蔽袋,瓦楞纸箱以及硬性或半硬性塑料包装等包装材料,可以直接保护ESDS设备免受静电释放。这些物品的主要用途是在产品离开工厂时(通常是在运送给客户时)保护产品。此外,搬运箱和其他容器之类的物料处理产品主要在设施间或设施内运输期间提供保护。

这些包装和材料处理产品的主要ESD功能是限制摩擦电荷产生,直接放电以及某些情况下的静电场对ESD的可能影响。最初的考虑是使低电荷材料与ESD敏感物品接触。例如,低充电特性将控制由于将板或组件滑入包装或容器中而产生的摩擦电荷。第二个要求是材料可以接地,因此电阻范围必须是导电的或耗散的。EPA之外需要的第三个属性是提供针对直接静电放电(作为放电屏蔽)的保护。

提供三种特性的许多材料可供选择:低充电,电阻和放电屏蔽。这些包装材料的内部具有低电荷层,但是也具有具有导电或耗散范围的表面电阻的外层。根据包装标准ANSI / ESD S541,在EPA内进行包装或材料处理时,需要使用低电荷,导电或耗散的包装。在EPA之外,包装还必须具有放电屏蔽性能。在制定包装决策时,必须权衡各种机制的有效性,成本和设备易损性(有关更多详细信息,请参见ANSI / ESD S541,ESD手册ESD TR20.20和/或CLC / TR 61340-5-2用户指南)。 )。

电阻或电阻率测量有助于定义材料提供静电屏蔽或电荷耗散的能力。静电屏蔽减弱了包装表面上的静电场,以防止包装内部存在电位差。根据ANSI / ESD STM11.11进行测试时,其表面电阻等于或小于1公里,或者根据方法进行测试时,其体积电阻率等于或小于1×10 ohm-cm,这些材料可提供放电屏蔽。符合ANSI / ESD STM11.12。另外,包装材料可以提供有效的屏蔽,在包装和ESDS内容物之间提供足够大的气隙。耗散材料提供电荷耗散特性。根据ANSI / ESD STM11.11进行测试时,这些材料的表面电阻大于10千欧,但小于100吉欧,或者当根据ANSI / ESD STM11.11进行测试时,其体积电阻率大于1.0×105 ohm-cm但小于或等于1.0×1012 ohm-cm。根据ANSI / ESD STM11.12的方法进行测试。某些包装提供放电屏蔽的能力可以使用ANSI / ESD STM11.31进行评估,该标准测量传递到包装内部的能量。材料的低充电性能不一定由其电阻或电阻率来预测。某些包装提供放电屏蔽的能力可以使用ANSI / ESD STM11.31进行评估,该标准测量传递到包装内部的能量。材料的低充电性能不一定由其电阻或电阻率来预测。某些包装提供放电屏蔽的能力可以使用ANSI / ESD STM11.31进行评估,该标准测量传递到包装内部的能量。材料的低充电性能不一定由其电阻或电阻率来预测。

电离

大多数静态控制程序还处理未接地的绝缘导体,或不能接地的绝缘材料(例如,最常见的塑料)。在某些情况下,局部抗静电药可能会提供暂时的消散静电荷的能力。

但是,更常见的是,通过产生平衡的正负离子源,使用空气电离来中和绝缘和隔离对象上的静电荷。通过从空气中吸引相反极性的电荷,可以减少,消除和消除工作环境中物体上存在的任何静电荷。因为它仅使用工作环境中已经存在的空气,所以即使在无法使用化学喷雾剂和某些静电消散材料的洁净室中,也可以使用空气电离。

空气电离是完整ESD控制程序的一个组成部分,不能替代接地或其他方法。如果无法正确接地,则应使用电离器,并作为其他静态控制方法的备份。在无尘室中,空气电离可能是少数几种可用的静电控制方法之一。

请参见电离标准ANSI / ESD STM3.1,ANSI / ESD SP3.3和ESD TR53,以测试离子发生器的偏移电压(平衡)和放电时间。

无尘室

尽管此处讨论的静态控制基本方法适用于大多数环境,但无尘室制造过程仍需要特别考虑。

半导体制造过程中不可或缺的许多物体(石英,玻璃,塑料和陶瓷)固有地会产生电荷。由于这些材料是绝缘体,因此不能通过接地消除电荷。许多静电控制材料包含碳颗粒或表面活性剂添加剂,有时会限制其在洁净室中的使用。人员流动性的需求和无尘室衣服的使用常常使腕带的使用变得困难。在这种情况下,电离和地板/鞋类接地系统成为抵抗静电的关键武器。

身份证明

图3:ESD敏感性符号

ESD控制程序中的最后一个元素是使用适当的符号来标识ESD敏感项目以及旨在控制ESD的专用产品。ESD协会标准ANSI / ESD S8.1 — ESD意识符号中定义了两种最广泛使用的用于识别ESDS零件或ESD控制保护材料的符号。

ESD易感性符号(图3)由三角形,伸手和伸手的斜线组成。三角形表示“小心”,伸手的斜线表示“请勿触摸”。由于其用途广泛,三角形的指针已与ESD相关联,并且该符号字面意思是“ ESD敏感物品,请勿触摸”。

ESD易感性符号直接应用于对ESD敏感的集成电路,电路板和组件。表示如果不采取适当的预防措施,使用该物品可能会导致ESD损坏。操作人员应在操作前接地。如果需要,可以将项目的敏感度级别添加到标签上。

图4:ESD保护符号

ESD保护符号(图4)由三角形中的伸出手组成。三角形周围的弧线代替斜线。这种“伞”是指保护。该符号表示ESD保护材料。它适用于垫子,椅子,腕带,服装,包装和其他提供ESD保护的物品。它也可以用于特别设计或修改以提供ESD控制特性(低充电,导电/耗散电阻和/或放电屏蔽)的设备,例如手动工具,传送带或自动装卸机。

摘要

有效的ESD控制程序需要多种程序和材料。ESD协调员应定期发布和控制程序中允许使用的特定EPA ESD控制产品清单。我们提供了最常用产品的简要概述。在ESD协会出版的ESD手册(ESD TR20.20)或CLC / TR 61340-5-2用户指南等出版物中,可以找到有关各个材料和程序的其他深入讨论。

您的程序已启动并正在运行。您如何确定它是否有效?您如何确保您的员工遵守?在第四部分中,我们将讨论审计和培训的主题。

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