防静电知识培训教材.docx

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防静电知识培训教材

防静电知识培训教材

一、目的：

了解相关的防静电知识，规范作业，以保证产品质量。

二、适用范围：

1

适用于DSG相关的人员。

本教材为SOHK提供的资料（仅供参考），具体请按《防静电室及防静电管理规定》（DSR/T-600-001）执行！

本教材所涉及到的规格仅供培训的参考，如与相关的技术管理文件相冲突时请参照最新的管理规定、作业指导书或最新的指示执行。

三、内容：

第一章、《作业环境的防静电对策》

第二章、《静电对策手册（案）》

第一章、作业环境的防静电对策

1、前言因操作人员携带的静电导致电子元件损坏，已成为电子行业最难对付的问题。

随着IC产业急速的技术进步——如离子注入法及Lonbeamreaming（离子束邃道法）、电子束directwriting（直接写入）等技术的普及，一方面对IC的集成度增加与性能提高作出了贡献，但同时也成为生产出易受静电影响的IC的原因。

现今，对于某种元件属于耐静电还是不耐静电已不好说。

当然某种元件总会有比另外某些元件容易受静电损坏的倾向，故列为易受静电影响的元件清单一年比一年变长。

表1是从几种参考资料中汇总出来的各种元件有可能被损坏的静电压范围。

表1各种元件因作业者的静电放电导致有可能被损坏的电压范围（1、2、3）

虽然比表1中所揭示元件耐静电性更差的元件现在还有少量使用，但从表1可得出若将作业环境的静电压水平保持在100V以下，则不会发生因静电损坏的现实问题。

虽麻烦或会增加成本，被静电损坏的部品在出货前的检查工序中还是可被剔出的，但是另外即使增加成本也难以查出的难题是——因静电导致的元件的特性的变化，也就是发生了劣化的埸合，这种情形的元件在出货前检查时能在规格范围内动作，但其制品的寿命却极端的短暂。

所幸的是因作业环境而引起的静电损坏问题是可以防止的，因此在生产或使用静电敏感元件的工厂内，必须让所有工序的作业人员及管理人员参与开展提高认识静电的活动，在教育培训过程中要详细说明何为安全的作业者，何为安全的操作方法。

这是因为如表1所示的各种元件均是在作业者能感觉到的静电放电电压（3.000V）以下被破坏的，所以即使在下一个工序或地方不良被发现，也可能不会意识到是在本工序发生的静电故障。

进行了充分的培训后，还要配备使作业者能有效控制静电的设备，作业台上要有导电桌垫，导电性手腕带，导电性地板垫，离子化空气吹风装置。

部品从作业台上移送到别处时，要使用导电性包装材料或容器。

本论文就构成防静电对策系统的导电材料所要求的基本电气特性，以及组成系统的各构成部品的作用进行论述，另外还说到实际使用着的各种防静电对策材料的防静电能力测定数据。

2、概述所谓静电是指物体表面电子的过剩或不足，有多少数量的电子过剩或有多数量的电子不足决定了其表面的电荷量。

物体表面电子过剩时，被称作带负电；物体表面电子不足时，称为带正电。

电子部品防静电对策的基本要求是——防止静电的蓄积并使已带上的静电尽快释放。

静电的释放方法根据带电物体是导体还是绝缘体而有所不同。

电子机器的制造现场中导体和绝缘体两者都有，因此有必要分别采取妥善的方法。

电荷不能通过绝缘体流动，因此将绝缘体接地是毫无意义的，所以此类带电物体如纸箱、塑料容器以及作业者的衣服之类的绝缘体，必须使用离子化空气来去除静电。

若带电物体为象人体一样具有导电性时，如金属容器或导电性包装袋，则只需将其接地即可将静电完全除去。

因此，要制作安全的防静电作业台，要求采用导电性桌面垫、手腕带、导电地板垫，以让导电体接地。

另外，为去除绝缘体上的静电，要有吹出离子化空气的吹风机。

3、通过导体释放静电的方法制作防静电安全作业台时，通过适当地使用导电桌面垫、手腕带、地板垫等能使导电性物体携带的静电被除去，电荷的除去速度则根据带电物体的容量和释放路径的电阻来决定。

图1所示为一包含带有电量为C的导体释放路径电阻为R的等价电路。

图1：

静电放电的等价电路

带电物体的电压与时间t的函数关系如下：

V=V0exp[-

]V：

时间为t时的带电物体电压（伏特）V0：

带电物体的初期电压（伏特）T：

秒R：

释放路径的电阻（欧姆）C：

带电物体的电容量（法拉第）简单地说，静电放电可比作将容器内的水通过漏斗流入水槽，水槽有如接地的大地，容器的尺寸相当于带电物体的电容量，水为电荷（即过剩的或不足的电子数）。

另外，漏斗相当于电路中的电阻，漏斗的直径越小，阻力越大，要流出一定的水需要更多的时间。

作业现场的人和其它导电体通过设置通往大地的电荷流动路径，即可防止静电积蓄。

实际上，图1中的由R所表示的通往大地的路径，是由若干个直联或并联的电阻组成的，以带着防静电手腕带坐在作业台前的作业者为例。

从作业者至大地的电阻，是由手腕带的电阻与连接手腕带的工作台垫至大地的电阻之和，若作业者的脚与导电地板垫接触时，则鞋与通过导电地板胶至大地的电阻与前述手腕带至大地的电阻形成并列。

若一定的条件下下降至安全静电水平的容许最长时间定下来后，则可以通过上述静电放电计算式求出构成静电对策系统各部品的最佳许容电阻值。

导电性桌面垫及地板垫

导电性地板垫的主要目的是为消除靠近作业台周边的人员（如管理人员等）的静电。

另外，也是因为偶尔存在作业者回到作业台时忘记带手腕带的情况，虽然仅靠铺地板垫不能完全防止静电事故，但可作为一种对于有较多非作业者出入的电子元件组装现场的有效的防静电对策。

一般，作业者踏入防静电地板垫时距离对静电敏感的部品或机器只有1~2步，因此从时间上来说有一秒钟左右不耐静电的部品或机器处在作业者携带的静电威胁中，故从这一点来说地板垫的最大许容电阻必须满足使作业者的静电压在1秒钟内降到100V以下。

导电性桌面垫不仅是使桌面上无静电，还要能将放置在桌上的种种导电性容器的静电去除，例如由作业者拿来各种装着电子部品的导电性容器或导电性包装袋时，该容器或包装袋带着与作业者相同的静电压，如果未铺设可使作业者拿来的容器及包装袋的静电放电的地板垫，则桌面垫必须要能除静电，要求的能力与地板胶同，即在1秒钟内使静电压达到100V以下。

正如前所说：

决定放电时间的要因是至大地的电阻与带电物体的电容量，各种参考文献所载的人体的电容量值存在很大差异。

但报道的值的范围均在100pF至400pF，故平均值为200pF。

导电性容器根据其尺寸与形状，有着35~300pF的电容量。

为计算桌面垫或地面垫至大地的最大许容电阻，将人体的容量设为200pF。

人体上所带静电的初期电压，根据各种状况不同，差异较大，一般来说，在通常的作业环境中步行会带有5000V以上的人体静电。

因此，作为要满足这种情况的桌面垫及地板垫，必须具有能在1秒钟内从5000V放电达到100V安全电压的足够低的电阻值。

至大地的最大容许电阻按下述方式来计算：

V=V0exp[-

]

V=100V（安全电压）

V0=5000V（人体或带电物体的初期电压）

T=1秒（要达成100V安全电压的最长许容时间）

C=200Pf

R=至大地的最大容许电阻，单位Ω

因此有：

100=5000exp[-1/200×10-12R]

计算得：

R=1.3×109MΩ

根据该计算结果，若桌面垫或地板垫至大地的电阻在109Ω以下的话，则能达成在1秒内放电至100V安全电压，电子部品可免遭静电的破坏。

为调查实际应用于作业台的使用效果，通过实测对几种材料的静电放电特性进行了测定。

作为静电放电特性调查的代表性方法是：

使某种材料的小块样品带电，再测定接地后放电至初期电压的10%时所需放电时间。

但是该方法易对结论产生误导。

因该方法不知道在这种材料上放置导电性物体后其所带静电的放电特性。

也就是说，样品自身表现出非常短的放电时间（1秒以内）的材料也有可能不适合用于作业台。

为防止出现这种差错，在上述实测中，将带上静电的导电性容器放置于各种桌面垫上进行放电特性调查。

另外，对地板垫也让带上静电的人踏在其上进行了放电特性的测定。

桌面垫上所放置的导电性容器至地线的电阻为容器的底与桌面垫表面的接触电阻加上其接触面至桌面垫地线端子间的电阻之和。

地线端子与地线相连，此外插入以免作业者受到放电刺激的限制电流用的电阻。

该电阻为1MΩ。

图2为表示了以上内容的等价电路。

R

图2.导电性容器至大地的放电路径与等价电路

合计电阻值R是使用高压恒压源（在导电性容器上加上5000V恒定电压）测定至大地的稳定电流后用欧姆定律计算出来的。

导电容器的放电特性按以下方法测得：

将导电容器加上5000V电压放置于30cm×30cm的方形试测用桌面垫观察其电压降下的测定情况。

电压降下的观察是用静电电位计进行的。

表2是各种材质的实测结果。

表2、各种桌面垫上所放置导电性容器的放电特性

桌面垫的材质

至大地的电阻（R）

5000V~100V所需时间

不锈钢

1×106Ω

0.001秒

ベ口スタツト牌桌面垫

1×106Ω

0.001秒

3M#8210牌桌面垫

1×108Ω

0.060秒

三聚氰氨树脂

3×1011Ω

10分钟后300V

非带电性聚乙烯

4×1012Ω

10分钟后800V

木材

1×1013Ω

10分钟后1000V

注：

1.导电性容器容量为138PF。

尺寸17cm×24cm高15cm。

2.所有的样品均在相对湿度30%环境下放置48小时后测定。

3.至大地的电阻（R）中包含了限流用电阻1MΩ。

正如理论推断，至大地电阻为109Ω以下的桌面垫，确实能在1秒钟内让静电释放至安全电压。

1MΩ以下的低电阻性桌面垫的放电特性，因地线间插入了1MΩ的限流电阻故集中在1msec。

超过109Ω的高电阻桌面垫，10分钟后，也不能将导电性容器的电压下降到100V。

这类高电阻性桌面垫上所放置的导电性容器的电压不能按指数函数衰减，不是向0V而是向某一电压渐近，出现这种比所期待的结果要恶劣的情况的主要原因是因为导电容器与桌面垫间的接触电阻有明显的增大。

继电器行业已经认识到要在两种接触的导体界面有电流流过，需要有一定的阈值电压以突破界面的势垒。

势垒的高度取决于表面粗糙度（决定实际接触面积）、表面的污垢、表面压力。

导电性容器开始放电后其电压下降到势垒电位附近时，容器与胶垫间的接触电阻增大，放电停止。

虽这种势垒电位各种材料均存在，但对于表2所示的与大地间的电阻在109Ω以下的材料，不会产生恶劣影响。

地板垫与桌面垫相同，采用与现实的使用条件接近的方法进行实测。

地板垫至大地的电阻，为作业者的鞋（含接触电阻）及与鞋接触部至地线连接端子间的地板垫的电阻加上限流电阻的和。

图3所示为其等价回路。

1MΩ的限流用电阻不会使放电时间延迟1毫秒以上，但穿了橡胶底或纤维织物底的鞋时，则无论使用何种地板垫也不能使人体放电。

表3是各种不同鞋底到大地电阻的实测测定结果。

表3鞋的电阻

类型

鞋的电阻（单足）

皮革底

10~100MΩ

一部分皮革底

175~750MΩ

纤维或橡胶底

1000~500000MΩ

皮革底的鞋与部分皮革底鞋的电阻，随着鞋的新旧、鞋底的脏污情况以及足汗的情况的不同其变化剧烈。

表3中所示的皮革鞋与一部分皮鞋，充分具有释放人体静电所必要的导电性。

纤维织物或橡胶底鞋则电阻太高。

实际上完全禁止穿着此类鞋是较困难的，但在操作不耐静电的电子部品的生产现场则无论如何不穿为好。

或者作为较实际的解决方法，可采用导电性脚腕带或安全链。

对各种导电地板垫的静电释放能力采取使人体带上5000V静电后，踏上胶垫观察人体电压降下衰减的测定方法。

所有地板垫均接上1MΩ的限流电阻后接地。

测定将各种地板垫与皮革底鞋的组合情况下的总电阻与其放电时间。

表4穿皮革鞋的人体至地板垫间的放电时间

地板垫材质

至大地的电阻（R）

5000V~100V所需时间

不锈钢

4×107Ω

0.010秒

ベ