工作區(qū)静電(diàn)防护

2021-04-07

静電(diàn)放電(diàn)（ESD）本质上是当两个物(wù)體(tǐ)之间存在导電(diàn)路径时，它们在具有(yǒu)不同電(diàn)荷的两个物(wù)體(tǐ)之间突然流动的電(diàn)流。这可(kě)能(néng)是闪電(diàn)通过它们之间空气的介電(diàn)击穿从带電(diàn)的云层向下流到地面，或者是当您衣服上积聚的静電(diàn)流到金属门把手上时，您会感觉到短暂的剧烈電(diàn)击。可(kě)见的火花(huā)通常是ESD的特征。强度和持续时间取决于物(wù)體(tǐ)之间電(diàn)位差的大小(xiǎo)。 

電(diàn)子部件，特别是集成電(diàn)路，可(kě)能(néng)会受到ESD的损坏，这就是為(wèi)什么在常规处理(lǐ)此类部件的任何工作场所中将其作為(wèi)如此重要的考虑因素的原因。各种原因会导致電(diàn)荷积聚。最常见的是在工作场所，它来自摩擦带電(diàn)。在这里，将不同的材料摩擦在一起，或者建立和断开接触，以产生電(diàn)荷。在地毯上走动或脱掉尼龙衣服时，这种效果最常见。如果将充气的派对气球擦在羊毛套头衫上，就可(kě)以看到这种效果，气球可(kě)以粘在墙上或使人的头发滑稽地直立。

另一个常见的原因是静電(diàn)感应，其中带電(diàn)的物(wù)體(tǐ)会在与之接近的任何物(wù)體(tǐ)或任何物(wù)體(tǐ)上感应出電(diàn)荷。带電(diàn)的物(wù)體(tǐ)会产生静電(diàn)场，从而使電(diàn)荷重新(xīn)分(fēn)布在附近的物(wù)體(tǐ)上。虽然它不会改变物(wù)體(tǐ)的净静電(diàn)荷，但会形成带正電(diàn)荷和负電(diàn)荷的區(qū)域。如一次性杯子中常用(yòng)的那样，泡沫聚苯乙烯材料会在附近的ESD敏感组件上感应出静電(diàn)電(diàn)荷，如果该组件随后与接地物(wù)體(tǐ)接触，则会导致ESD放電(diàn)。

ESD也可(kě)能(néng)是由于暴露于高能(néng)级带電(diàn)粒子（例如辐射或EM辐射）引起的，尽管在大多(duō)数正常工作场所环境中这种情况不太可(kě)能(néng)发生。

為(wèi)了让我们了解正在讨论的電(diàn)荷大小(xiǎo)，可(kě)以从人的手传递到门把手的電(diàn)火花(huā)需要产生大于40 kV / cm的场强。常规存在如此大的電(diàn)势，我们可(kě)以了解為(wèi)什么触摸静電(diàn)敏感组件可(kě)能(néng)会造成如此有(yǒu)害的后果。

ESD和敏感组件

ESD对静電(diàn)敏感设备的影响将取决于许多(duō)因素。電(diàn)荷的大小(xiǎo)，设备的性质，電(diàn)荷进出设备的方式。一种故障机制是当静電(diàn)荷产生高電(diàn)位差时，导致高峰值電(diàn)流流过器件。这样的電(diàn)流可(kě)能(néng)导致電(diàn)流流过的设备的那些部分(fēn)烧坏。这将受到電(diàn)荷如何施加到设备以及如何接地的影响。看到的典型损坏包括管芯上的熔化或熔化的互连線(xiàn)以及集成電(diàn)路的损坏基板。在集成電(diàn)路中可(kě)能(néng)会看到的另一种故障效果是，绝缘氧化物(wù)层在组件内破裂。两种类型的损坏都可(kě)能(néng)损坏组件，

ESD存放注意事项

静電(diàn)敏感设备在运输和存储期间需要保护。它们穿过不受控制的环境，其中可(kě)能(néng)包括可(kě)能(néng)产生静電(diàn)感应的電(diàn)荷对象，产生高能(néng)带電(diàn)粒子的EM发射器或自然辐射源。制造商(shāng)通常会通过在高空飞行的空运货物(wù)来运送零件，这通常会使制造商(shāng)将货物(wù)暴露于所有(yǒu)这些来源。

通过使用(yòng)具有(yǒu)适当的表面電(diàn)阻和體(tǐ)积電(diàn)阻率特性以及对运输过程中的运动产生的摩擦带電(diàn)效应的抵抗力的保护性包装，可(kě)以使静電(diàn)的任何堆积和释放最小(xiǎo)化。静電(diàn)敏感组件通常以防静電(diàn)袋中的黑色导電(diàn)泡沫形式提供。用(yòng)于集成電(diàn)路的典型防静電(diàn)袋使用(yòng)部分(fēn)导電(diàn)的塑料，该塑料可(kě)用(yòng)作法拉第笼，以提供電(diàn)磁屏蔽并保护内容物(wù)免受外部ESD的影响。 

ESD处理(lǐ)注意事项

電(diàn)子组件的介電(diàn)性质意味着在操作过程中无法完全防止静電(diàn)带電(diàn)。当将静電(diàn)敏感设备从保护性包装中取出，在存放时使用(yòng)并在制造过程中安装到PCB上时，这种风险通常最大。这些组件中的大多(duō)数组件的尺寸使得必须使用(yòng)自动化设备将其放置在PCB上，从而将最大的ESD风险集中在将组件装入组装设备的时间。

在这种情况下，最有(yǒu)效的ESD预防措施是使用(yòng)静電(diàn)耗散材料将所有(yǒu)可(kě)能(néng)与组件接触的设备部件接地，以允许持续缓慢的電(diàn)荷泄漏，防止静電(diàn)积聚到接地连接上。如果带静電(diàn)的组件与设备接触，这将消除任何突然放電(diàn)的风险。

在手动操作静電(diàn)敏感设备的地方，防止静電(diàn)放電(diàn)的最佳方法是创建一个静電(diàn)保护區(qū)（EPA），可(kě)以对所有(yǒu)静電(diàn)敏感设备进行安全管理(lǐ)。EPA可(kě)以是任何东西，从桌子上的一小(xiǎo)部分(fēn)到大型的工业设施。EPA的主要原则是在可(kě)能(néng)的情况下消除任何带高電(diàn)的物(wù)體(tǐ)，并接地以消除任何電(diàn)荷可(kě)能(néng)会在进入该區(qū)域的物(wù)體(tǐ)上出现電(diàn)荷，并防止電(diàn)荷在该區(qū)域内的物(wù)體(tǐ)上累积。其中可(kě)能(néng)包括人员以及EPA内所需的物(wù)品，设备和其他(tā)物(wù)品。必须采取严格的控制措施，以确保消除静電(diàn)荷，并且环境可(kě)以為(wèi)所有(yǒu)组件和组件提供保护。EPA的ESD防护措施只有(yǒu)在对人员进行正确的培训并且制定了有(yǒu)效的程序后才有(yǒu)效。

推动ESD保护策略的理(lǐ)念是将所有(yǒu)EPA元件接地或带至相同電(diàn)位，以消除可(kě)能(néng)引起電(diàn)流流动的任何物(wù)品之间的任何電(diàn)位差。此策略几乎适用(yòng)于EPA保护區(qū)域内的所有(yǒu)事物(wù)，包括零部件，组件，表面，工具和人员。接地必须使用(yòng)公共接地点，并按照電(diàn)气安全规则和规定正确且安全地进行接線(xiàn)。電(diàn)源線(xiàn)通常用(yòng)于接地，但要求務(wù)必小(xiǎo)心以确保工作站不带電(diàn)。建议使用(yòng)没有(yǒu)火線(xiàn)或零線(xiàn)连接的特殊接地插头。

防止和消除人员进入的區(qū)域中電(diàn)荷积聚的典型方法包括使用(yòng)防静電(diàn)垫或导電(diàn)材料将地板和工作表面接地。使用(yòng)接地的金属家具（例如工作台，椅子和储物(wù)柜）可(kě)以提供额外的保护。重要的是要注意，金属家具和固定装置只有(yǒu)在涂有(yǒu)合适的防静電(diàn)涂料后才能(néng)使用(yòng)，以防止未涂层的金属可(kě)能(néng)突然发生放電(diàn)。更糟糕的是，使用(yòng)具有(yǒu)绝缘性能(néng)的标准涂料涂层将无法达到使用(yòng)导電(diàn)基材的目的。关键的保护来自于穿着专门的工作服的人员，该工作服包含导電(diàn)细丝，可(kě)為(wèi)地板提供导電(diàn)路径的鞋类，

在条件允许的工作场所中，另一种有(yǒu)用(yòng)的方法是湿度控制。潮湿条件下的水分(fēn)可(kě)通过在電(diàn)荷达到有(yǒu)害水平之前将其消散来帮助防止产生静電(diàn)荷。这种技术的缺点是不能(néng)在任何对湿度敏感的部件上使用(yòng)，否则它们的性能(néng)可(kě)能(néng)会受到不利影响。

假设在EPA中使用(yòng)了绝缘材料或介電(diàn)材料，或者任何其他(tā)材料由于某种原因无法接地。在这种情况下，必须使它们与静電(diàn)敏感设备保持足够的物(wù)理(lǐ)隔离。如果存在此类材料且无法进行这种分(fēn)离，则可(kě)以使用(yòng)電(diàn)离系统中和这些材料上的任何带電(diàn)表面。

ESD在役保护

任何包含静電(diàn)敏感设备的设备都可(kě)以在现实世界中使用(yòng)；该電(diàn)路将需要包含针对ESD威胁的保护。保护電(diàn)路已广為(wèi)人知，并且组件容易获得。通常，这种保护措施适用(yòng)于外界的ESD可(kě)能(néng)会影响设备外壳内部零件的任何位置。 

这样做的另一个好处是，组装后，EPA内部或外部的设备无需采取特殊的工作场所保护措施。当然，一旦打开设备进行故障排除，维修或升级组件，此保护就会受到损害，现在将需要在组装过程中需要的相同保护。

设备由可(kě)单独处理(lǐ)的子组件制成，例如外壳中的多(duō)个PCB。这些子组件将需要其保护電(diàn)路，或者依赖于处理(lǐ)人员是否符合特殊的处理(lǐ)要求。

创建EPA

确定了创建EPA的必要性之后，下一步就是确定要采取的比例措施。试图使EPA尽可(kě)能(néng)大并试图購(gòu)买市场上所有(yǒu)可(kě)能(néng)的产品，这可(kě)能(néng)很(hěn)诱人，但很(hěn)快就会变得非常昂贵。通过仔细考虑，精心设计的EPA可(kě)以通过减少损坏的组件造成的浪费并提高设备的可(kě)靠性来节省成本。 

EPA的关键设计标准是提供一种环境，以最大程度地减少ESD累积，并迅速消除任何静電(diàn)荷安全性，并遠(yuǎn)离任何敏感的電(diàn)子组件。从地板开始，地板应该是静電(diàn)消散的。可(kě)以使用(yòng)多(duō)种瓷砖和地毯产品，但请注意，某些类型的地板可(kě)能(néng)需要定期处理(lǐ)以保持其耗散性能(néng)。

如果可(kě)行，环境应包括空调或特定的加湿器设备以控制湿度水平。极干燥的气氛会促进静電(diàn)的产生，因此保持舒适和实用(yòng)的湿度水平（使静電(diàn)最小(xiǎo)化）将对EPA的有(yǒu)效性做出重大贡献。如果整个EPA都需要额外的保护，则考虑将离子发生器作為(wèi)任何空调解决方案的一部分(fēn)。否则，如果特定位置包含需要额外保护的绝缘或介電(diàn)材料，则可(kě)以使用(yòng)局部電(diàn)离器。

工作台是ESD保护的关键领域。它提供了在高风险手动处理(lǐ)过程中保护静電(diàn)敏感设备的核心要素。工作台不仅可(kě)以提供静電(diàn)消散的工作表面，而且还可(kě)以连接静電(diàn)防护设备的任何其他(tā)接地元件。出于安全考虑，EPA内的任何工作台均应配备ESD腕带和脚腕带，以确保使用(yòng)高電(diàn)阻耗散性而非导電(diàn)性路径将用(yòng)户正确接地。所有(yǒu)相关的家具，包括座椅和储物(wù)柜，都应得到类似的保护。

提供导電(diàn)路径的表面提供了低阻抗的放電(diàn)路径，这会导致在原型制作和测试过程中放置在该表面上的任何设备短路。任何ESD事件或不小(xiǎo)心将電(diàn)源施加到设备的错误部分(fēn)都将导致大電(diàn)流流过该设备。使用(yòng)具有(yǒu)高電(diàn)阻耗散路径的表面将限制電(diàn)流流动，同时仍具有(yǒu)防止静電(diàn)荷积聚和允许其耗散的功能(néng)。更重要的是，如果地面带電(diàn)，连接到腕带的导電(diàn)表面可(kě)能(néng)会带来安全隐患。如果工作台的接地不可(kě)能(néng)发生，那么高阻抗将成為(wèi)更安全的选择。使用(yòng)高電(diàn)阻耗散表面而不是导電(diàn)表面的另一个原因是安全性之一。如果设备中存在任何高压，则导電(diàn)表面和高压電(diàn)源之间的任何意外接触都可(kě)能(néng)对接触该表面的人员造成危险。

要注意的一件事是，ESD耗散表面可(kě)能(néng)会被锋利的工具损坏。这可(kě)能(néng)会在表面上留下可(kě)能(néng)无法轻易检测到的耗散特性受损的區(qū)域。另一个问题是化學(xué)物(wù)质，油和一般污垢对表面的污染，这也可(kě)能(néng)影响性能(néng)。将需要遵循制造商(shāng)的建议，使用(yòng)适当的清洁剂保持表面清洁。切勿使用(yòng)未经批准的溶剂或研磨产品，因為(wèi)它们会除去或损坏ESD耗散表面。

在EPA中工作的人员将在必要时需要专业的ESD工具。烙铁可(kě)以很(hěn)好地将静電(diàn)轻松地直接传递到部件上，这是一个很(hěn)好的例子。因為(wèi)与组件接触的尖端是金属的，所以它提供了理(lǐ)想的传输路径。在ESD事件期间，它可(kě)使流经组件的電(diàn)流最大化，从而确保最大程度的损坏。大多(duō)数烙铁非常适合与静電(diàn)敏感设备一起使用(yòng)。主要要求是尖端应接地，并且恒温控制装置应使用(yòng)零電(diàn)压开关系统，以防止由恒温器的开关引起的烙铁的大量電(diàn)流尖峰在附近的组件上产生静電(diàn)荷。

在EPA中使用(yòng)ESD防护服至关重要，因為(wèi)人员穿着的常规服装很(hěn)容易产生和保持静電(diàn)荷。使用(yòng)人造纤维，尤其是尼龙制成的衣服，只要穿着者进行正常的活动（例如步行），就可(kě)以产生很(hěn)高的電(diàn)荷水平。在大多(duō)数正常情况下，在常规服装上的ESD实验室外套中具有(yǒu)保护性外层可(kě)以提供足够的保护。使用(yòng)鞋子周围的导電(diàn)带為(wèi)地板提供耗散的路径，也可(kě)以大大减少该问题。大多(duō)数鞋类包括高绝缘橡胶或皮革鞋底。

用(yòng)户应牢记，经常运动的任何部件，特别是ESD腕带，都容易发生故障。皮带尤其会因开路故障而失败，除非将部件完全分(fēn)开，否则不会引起注意，但会导致ESD保护的全部丧失。保护机制必须接受定期测试，以确保它们不超出规格范围。理(lǐ)想情况下，每次使用(yòng)腕带之类的物(wù)品时都应进行测试。如果预算允许，可(kě)以将连续的监视系统作為(wèi)ESD工作台的组成部分(fēn)。