工作區靜電防護

2021-04-07

靜電放電（ESD）本質(zhì)上是當兩個(gè)物體之間存在導電路徑時(shí)，它們在具有不同電荷的兩個(gè)物體之間突然流動(dòng)的電流。這可能是閃電通過(guò)它們之間空氣的介電擊穿從帶電的云層向下流到地面，或者是當您衣服上積聚的靜電流到金屬門(mén)把手上時(shí)，您會(huì )感覺(jué)到短暫的劇烈電擊?？梢?jiàn)的火花通常是ESD的特征。強度和持續時(shí)間取決于物體之間電位差的大小。 

電子部件，特別是集成電路，可能會(huì )受到ESD的損壞，這就是為什么在常規處理此類(lèi)部件的任何工作場(chǎng)所中將其作為如此重要的考慮因素的原因。各種原因會(huì )導致電荷積聚。最常見(jiàn)的是在工作場(chǎng)所，它來(lái)自摩擦帶電。在這里，將不同的材料摩擦在一起，或者建立和斷開(kāi)接觸，以產(chǎn)生電荷。在地毯上走動(dòng)或脫掉尼龍衣服時(shí)，這種效果最常見(jiàn)。如果將充氣的派對氣球擦在羊毛套頭衫上，就可以看到這種效果，氣球可以粘在墻上或使人的頭發(fā)滑稽地直立。

另一個(gè)常見(jiàn)的原因是靜電感應，其中帶電的物體會(huì )在與之接近的任何物體或任何物體上感應出電荷。帶電的物體會(huì )產(chǎn)生靜電場(chǎng)，從而使電荷重新分布在附近的物體上。雖然它不會(huì )改變物體的凈靜電荷，但會(huì )形成帶正電荷和負電荷的區域。如一次性杯子中常用的那樣，泡沫聚苯乙烯材料會(huì )在附近的ESD敏感組件上感應出靜電電荷，如果該組件隨后與接地物體接觸，則會(huì )導致ESD放電。

ESD也可能是由于暴露于高能級帶電粒子（例如輻射或EM輻射）引起的，盡管在大多數正常工作場(chǎng)所環(huán)境中這種情況不太可能發(fā)生。

為了讓我們了解正在討論的電荷大小，可以從人的手傳遞到門(mén)把手的電火花需要產(chǎn)生大于40 kV / cm的場(chǎng)強。常規存在如此大的電勢，我們可以了解為什么觸摸靜電敏感組件可能會(huì )造成如此有害的后果。

ESD和敏感組件

ESD對靜電敏感設備的影響將取決于許多因素。電荷的大小，設備的性質(zhì)，電荷進(jìn)出設備的方式。一種故障機制是當靜電荷產(chǎn)生高電位差時(shí)，導致高峰值電流流過(guò)器件。這樣的電流可能導致電流流過(guò)的設備的那些部分燒壞。這將受到電荷如何施加到設備以及如何接地的影響?？吹降牡湫蛽p壞包括管芯上的熔化或熔化的互連線(xiàn)以及集成電路的損壞基板。在集成電路中可能會(huì )看到的另一種故障效果是，絕緣氧化物層在組件內破裂。兩種類(lèi)型的損壞都可能損壞組件，

ESD存放注意事項

靜電敏感設備在運輸和存儲期間需要保護。它們穿過(guò)不受控制的環(huán)境，其中可能包括可能產(chǎn)生靜電感應的電荷對象，產(chǎn)生高能帶電粒子的EM發(fā)射器或自然輻射源。制造商通常會(huì )通過(guò)在高空飛行的空運貨物來(lái)運送零件，這通常會(huì )使制造商將貨物暴露于所有這些來(lái)源。

通過(guò)使用具有適當的表面電阻和體積電阻率特性以及對運輸過(guò)程中的運動(dòng)產(chǎn)生的摩擦帶電效應的抵抗力的保護性包裝，可以使靜電的任何堆積和釋放最小化。靜電敏感組件通常以防靜電袋中的黑色導電泡沫形式提供。用于集成電路的典型防靜電袋使用部分導電的塑料，該塑料可用作法拉第籠，以提供電磁屏蔽并保護內容物免受外部ESD的影響。 

ESD處理注意事項

電子組件的介電性質(zhì)意味著(zhù)在操作過(guò)程中無(wú)法完全防止靜電帶電。當將靜電敏感設備從保護性包裝中取出，在存放時(shí)使用并在制造過(guò)程中安裝到PCB上時(shí)，這種風(fēng)險通常最大。這些組件中的大多數組件的尺寸使得必須使用自動(dòng)化設備將其放置在PCB上，從而將最大的ESD風(fēng)險集中在將組件裝入組裝設備的時(shí)間。

在這種情況下，最有效的ESD預防措施是使用靜電耗散材料將所有可能與組件接觸的設備部件接地，以允許持續緩慢的電荷泄漏，防止靜電積聚到接地連接上。如果帶靜電的組件與設備接觸，這將消除任何突然放電的風(fēng)險。

在手動(dòng)操作靜電敏感設備的地方，防止靜電放電的最佳方法是創(chuàng )建一個(gè)靜電保護區（EPA），可以對所有靜電敏感設備進(jìn)行安全管理。EPA可以是任何東西，從桌子上的一小部分到大型的工業(yè)設施。EPA的主要原則是在可能的情況下消除任何帶高電的物體，并接地以消除任何電荷可能會(huì )在進(jìn)入該區域的物體上出現電荷，并防止電荷在該區域內的物體上累積。其中可能包括人員以及EPA內所需的物品，設備和其他物品。必須采取嚴格的控制措施，以確保消除靜電荷，并且環(huán)境可以為所有組件和組件提供保護。EPA的ESD防護措施只有在對人員進(jìn)行正確的培訓并且制定了有效的程序后才有效。

推動(dòng)ESD保護策略的理念是將所有EPA元件接地或帶至相同電位，以消除可能引起電流流動(dòng)的任何物品之間的任何電位差。此策略幾乎適用于EPA保護區域內的所有事物，包括零部件，組件，表面，工具和人員。接地必須使用公共接地點(diǎn)，并按照電氣安全規則和規定正確且安全地進(jìn)行接線(xiàn)。電源線(xiàn)通常用于接地，但要求務(wù)必小心以確保工作站不帶電。建議使用沒(méi)有火線(xiàn)或零線(xiàn)連接的特殊接地插頭。

防止和消除人員進(jìn)入的區域中電荷積聚的典型方法包括使用防靜電墊或導電材料將地板和工作表面接地。使用接地的金屬家具（例如工作臺，椅子和儲物柜）可以提供額外的保護。重要的是要注意，金屬家具和固定裝置只有在涂有合適的防靜電涂料后才能使用，以防止未涂層的金屬可能突然發(fā)生放電。更糟糕的是，使用具有絕緣性能的標準涂料涂層將無(wú)法達到使用導電基材的目的。關(guān)鍵的保護來(lái)自于穿著(zhù)專(zhuān)門(mén)的工作服的人員，該工作服包含導電細絲，可為地板提供導電路徑的鞋類(lèi)，

在條件允許的工作場(chǎng)所中，另一種有用的方法是濕度控制。潮濕條件下的水分可通過(guò)在電荷達到有害水平之前將其消散來(lái)幫助防止產(chǎn)生靜電荷。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是不能在任何對濕度敏感的部件上使用，否則它們的性能可能會(huì )受到不利影響。

假設在EPA中使用了絕緣材料或介電材料，或者任何其他材料由于某種原因無(wú)法接地。在這種情況下，必須使它們與靜電敏感設備保持足夠的物理隔離。如果存在此類(lèi)材料且無(wú)法進(jìn)行這種分離，則可以使用電離系統中和這些材料上的任何帶電表面。

ESD在役保護

任何包含靜電敏感設備的設備都可以在現實(shí)世界中使用；該電路將需要包含針對ESD威脅的保護。保護電路已廣為人知，并且組件容易獲得。通常，這種保護措施適用于外界的ESD可能會(huì )影響設備外殼內部零件的任何位置。 

這樣做的另一個(gè)好處是，組裝后，EPA內部或外部的設備無(wú)需采取特殊的工作場(chǎng)所保護措施。當然，一旦打開(kāi)設備進(jìn)行故障排除，維修或升級組件，此保護就會(huì )受到損害，現在將需要在組裝過(guò)程中需要的相同保護。

設備由可單獨處理的子組件制成，例如外殼中的多個(gè)PCB。這些子組件將需要其保護電路，或者依賴(lài)于處理人員是否符合特殊的處理要求。

創(chuàng )建EPA

確定了創(chuàng )建EPA的必要性之后，下一步就是確定要采取的比例措施。試圖使EPA盡可能大并試圖購買(mǎi)市場(chǎng)上所有可能的產(chǎn)品，這可能很誘人，但很快就會(huì )變得非常昂貴。通過(guò)仔細考慮，精心設計的EPA可以通過(guò)減少損壞的組件造成的浪費并提高設備的可靠性來(lái)節省成本。 

EPA的關(guān)鍵設計標準是提供一種環(huán)境，以最大程度地減少ESD累積，并迅速消除任何靜電荷安全性，并遠離任何敏感的電子組件。從地板開(kāi)始，地板應該是靜電消散的?？梢允褂枚喾N瓷磚和地毯產(chǎn)品，但請注意，某些類(lèi)型的地板可能需要定期處理以保持其耗散性能。

如果可行，環(huán)境應包括空調或特定的加濕器設備以控制濕度水平。極干燥的氣氛會(huì )促進(jìn)靜電的產(chǎn)生，因此保持舒適和實(shí)用的濕度水平（使靜電最小化）將對EPA的有效性做出重大貢獻。如果整個(gè)EPA都需要額外的保護，則考慮將離子發(fā)生器作為任何空調解決方案的一部分。否則，如果特定位置包含需要額外保護的絕緣或介電材料，則可以使用局部電離器。

工作臺是ESD保護的關(guān)鍵領(lǐng)域。它提供了在高風(fēng)險手動(dòng)處理過(guò)程中保護靜電敏感設備的核心要素。工作臺不僅可以提供靜電消散的工作表面，而且還可以連接靜電防護設備的任何其他接地元件。出于安全考慮，EPA內的任何工作臺均應配備ESD腕帶和腳腕帶，以確保使用高電阻耗散性而非導電性路徑將用戶(hù)正確接地。所有相關(guān)的家具，包括座椅和儲物柜，都應得到類(lèi)似的保護。

提供導電路徑的表面提供了低阻抗的放電路徑，這會(huì )導致在原型制作和測試過(guò)程中放置在該表面上的任何設備短路。任何ESD事件或不小心將電源施加到設備的錯誤部分都將導致大電流流過(guò)該設備。使用具有高電阻耗散路徑的表面將限制電流流動(dòng)，同時(shí)仍具有防止靜電荷積聚和允許其耗散的功能。更重要的是，如果地面帶電，連接到腕帶的導電表面可能會(huì )帶來(lái)安全隱患。如果工作臺的接地不可能發(fā)生，那么高阻抗將成為更安全的選擇。使用高電阻耗散表面而不是導電表面的另一個(gè)原因是安全性之一。如果設備中存在任何高壓，則導電表面和高壓電源之間的任何意外接觸都可能對接觸該表面的人員造成危險。

要注意的一件事是，ESD耗散表面可能會(huì )被鋒利的工具損壞。這可能會(huì )在表面上留下可能無(wú)法輕易檢測到的耗散特性受損的區域。另一個(gè)問(wèn)題是化學(xué)物質(zhì)，油和一般污垢對表面的污染，這也可能影響性能。將需要遵循制造商的建議，使用適當的清潔劑保持表面清潔。切勿使用未經(jīng)批準的溶劑或研磨產(chǎn)品，因為它們會(huì )除去或損壞ESD耗散表面。

在EPA中工作的人員將在必要時(shí)需要專(zhuān)業(yè)的ESD工具。烙鐵可以很好地將靜電輕松地直接傳遞到部件上，這是一個(gè)很好的例子。因為與組件接觸的尖端是金屬的，所以它提供了理想的傳輸路徑。在ESD事件期間，它可使流經(jīng)組件的電流最大化，從而確保最大程度的損壞。大多數烙鐵非常適合與靜電敏感設備一起使用。主要要求是尖端應接地，并且恒溫控制裝置應使用零電壓開(kāi)關(guān)系統，以防止由恒溫器的開(kāi)關(guān)引起的烙鐵的大量電流尖峰在附近的組件上產(chǎn)生靜電荷。

在EPA中使用ESD防護服至關(guān)重要，因為人員穿著(zhù)的常規服裝很容易產(chǎn)生和保持靜電荷。使用人造纖維，尤其是尼龍制成的衣服，只要穿著(zhù)者進(jìn)行正常的活動(dòng)（例如步行），就可以產(chǎn)生很高的電荷水平。在大多數正常情況下，在常規服裝上的ESD實(shí)驗室外套中具有保護性外層可以提供足夠的保護。使用鞋子周?chē)膶щ妿榈匕逄峁┖纳⒌穆窂?，也可以大大減少該問(wèn)題。大多數鞋類(lèi)包括高絕緣橡膠或皮革鞋底。

用戶(hù)應牢記，經(jīng)常運動(dòng)的任何部件，特別是ESD腕帶，都容易發(fā)生故障。皮帶尤其會(huì )因開(kāi)路故障而失敗，除非將部件完全分開(kāi)，否則不會(huì )引起注意，但會(huì )導致ESD保護的全部喪失。保護機制必須接受定期測試，以確保它們不超出規格范圍。理想情況下，每次使用腕帶之類(lèi)的物品時(shí)都應進(jìn)行測試。如果預算允許，可以將連續的監視系統作為ESD工作臺的組成部分。