自動裝配設備中的靜電防護問題
發布時間：2012-07-25 共2頁
線路板組裝廠商經常要做一些工裝夾具以提高生產效率，但制作時往往過多考慮使用的方便而忽視了靜電防護問題。工裝夾具的靜電防護并不僅僅是接地或操作員戴防靜電手帶那么簡單，它還要涉及部件、材料及安裝方式等多個方面。本文以自動組裝設備為例進行說明，介紹了一些設備裝配中應采取的防靜電措施。
靜電放電（ESD）多年來一直是印制線路板裝配一個重點研究問題，然而這方面的進展目前卻跟不上固體器件和自動化裝配設備發展的步伐。傳統的ESD控制不是很完善，如今很多裝配設備每小時可貼放4，000～20，000個元件，設計時如果考慮不當，自動設備將會產生大量的靜電而在短時間內對多個器件造成損傷。材料、緊固件、安裝方法和可靠接地技術的選擇對控制ESD影響非常重要，本文將討論ESD是怎么產生的，它的存在所造成的危害，以及在裝配工藝中減少 ESD危害的方法。
什么是ESD？
簡言之，ESD就是電荷的快速中和，電子工業每年花在這上面的費用有數十億美元之多。我們知道所有的物質都由原子構成，原子中有電子和質子。當物質獲得或失去電子時，它將失去電平衡而變成帶負電或正電，正電荷或負電荷在材料表面上積累就會使物體帶上靜電。電荷積累通常因材料互相接觸分離而產生，也可由摩擦引起，稱為摩擦起電。
有許多因素會影響電荷的積累，包括接觸壓力、摩擦系數和分離速度等。靜電電荷會不斷積累，直到造成電荷產生的作用停止、電荷被泄放或者達到足夠的強度可以擊穿周圍物質為止。電介質被擊穿后，靜電電荷會很快得到平衡，這種電荷的快速中和就稱為靜電放電。由于在很小的電阻上快速泄放電壓，泄放電流會很大，可能超過20安培，如果這種放電通過集成電路或其他靜電敏感元件進行，這么大的電流將對設計為僅導通微安或毫安級電流的電路造成嚴重損害。
有多種模型可以用來表述器件如何受到損害，如人體模型（HBM）、機器模型（MM）、帶電器件模型（CDM）以及電場對器件的影響等。對于自動裝配設備而言，主要考慮后三種損壞模型（模式），我們在下面分別進行討論。
機器模型/模式 自動裝配設備使用導軌、傳動帶、滑道、元件運送器和其他裝置來移動器件使之按工藝要求的方向運動，如果設備設計不當，傳動帶和運送系統上可能會積累大量電荷，這些電荷將在工藝過程中通過器件泄放。設備部件通過器件放電就稱為機器模型/模式。
帶電器件模型/模式 如果一個器件因某種原因累積了電荷并與一個帶電少的表面相接觸，電荷就會通過器件上的導電部分泄放。當器件向其他材料放電時，就稱為帶電器件模式，用帶電器件模型表示。
電場影響電場感應會在IC阻性線路間產生電位差，引起絕緣體介質擊穿。造成失效的另一個原因是器件上的電荷在電場中會被極化，從而產生電位差并向異性電荷放電，形成雙重放電或中和。在ESD控制中使用了具有不同電阻特性的材料，這些材料用在自動裝配設備中可以獲得理想的效果。描述材料電阻特性通常用表面電阻率或體電阻率。
常見概念及應用
表面電阻率 簡單地說表面電阻率就是同一表面上兩電極之間所測得的電阻值，將電極形狀和電阻值結合在一起通過計算可得到單位面積的電阻值。現在市面上可以買得到讀數為單位面積電阻值的測量儀。
體電阻率 體電阻率是通過材料厚度的電阻值，單位是Ω??cm.
導電材料 導電材料指表面電阻率和體電阻率分別小于106Ω和106Ω??cm的材料。
耗散材料 耗散材料指表面電阻率和體電阻率分別小于1012Ω或1012Ω??cm的材料。
防靜電材料 “防靜電”指的是能夠抑制電荷累積，可以在材料制造過程中添加或者局部加入某種物質得到這種特性。防靜電材料無需用表面或體電阻率表示。
導電添加劑和薄膜 如果由于成本或者其他設計上的原因只能使用塑料材料或復合材料時，可以使用添加劑改善靜電特性，將添加劑混入塑料材料中，根據添加劑和樹脂百分比不同可獲得所需的導電性或耗散性。
在樹脂中加入纖維可以使之獲得導電性或耗散性并增強強度，這種纖維可能本身就有導電性或者采用了表面電鍍工藝。雖然添加纖維可得到這些好處，但它也改變了收縮率和韌性。填充劑可以提供導電性和耗散性，增加強度，但常常會降低基體樹脂的硬度。表1是一些常見的導電添加劑。
傳送帶傳送帶用來輸送元件、PCB和其他器件，材料一般為塑料、纖維制品或橡膠。如果傳送帶要接收從機器其他部分傳來的器件，那么它應該采用耗散性材料。當傳動帶表面電阻率為1～106Ω時，它會使帶電器件放電速度太快，對器件造成損害；當表面電阻在106～109Ω時，只要傳送帶通過轉輪滑輪和機架良好接地，傳送帶上就不會帶電。
另一個要考慮的問題是傳送帶速度。如果傳送帶運動速度太快，器件放到傳送帶上時就可能會滑動（或者器件保持不動而傳送帶繼續在動），這時就會形成摩擦生電，傳送帶如果接地能使電荷耗散掉，但是器件或PC板仍帶有電荷而會造成危害。
導向裝置和導軌導向裝置和導軌用來提供通道或者使器件放于一個固定的位置或保持一定的方向性，采用的材料應能使電荷耗散掉并且防止器件摩擦生電。表面電阻率為106Ω的材料具有良好耗散性而且不會損傷器件，如果送入的器件處于無靜電狀態，也可以使用導電性材料（表面電阻率低于106Ω）。
