如何防止工业环境中的静电？

如何消除生产中的静电？

生产环境中的静电持续积累。材料运动、人员活动和设备运行都会产生电荷。与日常生活中静电只是令人不适不同，工业环境中不受控制的静电荷会造成实际的生产损失，包括元件损坏、污染、良率下降和工序失效。

静电防护的目标不是消除静电产生——当材料运动和分离时，这在物理上是不可避免的。目标是控制电荷，使其永远不会达到造成损害的水平。有效的静电控制结合了接地设备、离子化、防静电材料和操作规范。

理解静电积聚的原因

静电荷通过摩擦起电效应积累。当两种材料接触后分离时，电子从一个表面转移到另一个表面。积聚量的大小取决于涉及的材料、接触面积、分离速度和环境湿度。低湿度会显著增加静电积聚。在20%相对湿度下，同样的动作在65%湿度时产生1,500V，在低湿度条件下可产生超过30,000V。

在生产环境中，高速材料运动、传送带、薄膜展开和机器人处理都持续产生电荷。人体通过鞋底摩擦和座椅携带电荷。操作人员在接触时将电荷传递给组件。带负电的操作人员触摸ESD敏感元件可能立即或潜在地造成损坏。操作人员与元件之间的静电放电可能瞬间损坏半导体结。静电防护需要系统地解决所有这些来源。

方法一：接地——ESD防护的基础

接地是防止导电物体上静电荷积累最直接的方法。通过受控电阻通路对导体进行适当接地，可以持续泄放电荷，使电荷不会积累到损害水平。

电子生产中的关键接地措施包括：

• 腕带 — 通过1MΩ电阻将操作人员的皮肤连接到地。在组装和检验工作中持续泄放人体电荷。
• 防静电鞋履和地板系统 — 将导电或静电耗散地垫与防静电鞋或足跟带结合使用，在站立和行走时保持操作人员接地。
• 接地工作台面 — 具有受控电阻率的防静电台垫和桌面，防止工作区域上的电荷积累。
• 设备连接 — 将所有金属机器部件、夹具和传送带连接到公共接地点，防止设备元件之间的差分电荷。

接地只适用于导电物体。绝缘体——塑料薄膜、光学元件、PCB基板、包装材料——无法接地。这些带电材料类型需要使用离子化方法。

方法二：离子化——中和绝缘体上电荷的唯一方法

离子化是防止绝缘材料上静电的必要方法。静电消除器在带电表面附近的空气中产生正离子和负离子。这些离子附着在表面的电荷上并将其中和，无论材料是否可以接地，这都能有效工作。

离子化适用于以下情况：

• 传送线上的光学薄膜、偏光片和显示屏基板
• 丝网印刷、贴片或检验前的PCB表面
• 组装和检验过程中的塑料外壳和面板
• 包装区域的包装材料（塑料袋、泡沫托盘）
• 处理过程中产生或积累静电荷的任何绝缘材料

适用于不同应用的离子化设备类型：

• 离子棒 — 安装在传送线或工艺设备上方，在材料通过时持续中和大面积表面上的电荷。有AC、稳态DC和脉冲DC三种配置，适用于不同的速度和平衡要求。
• 离子风机和离子风扇 — 在操作站的工件上提供定向离子化气流，适用于工作台、小型机箱和特定元件的目标静电控制。
• 离子风刀 — 将压缩空气与离子化结合，适用于材料高速通过的高速卷材生产线。

方法三：湿度控制

提高相对湿度是一种被动静电控制方法，可减少各表面的静电产生。湿度超过60%时，表面的水分提供导电通路，防止电荷积累。湿度低于30%时，静电荷产生量急剧增加。

湿度控制在实践中有局限性。许多生产环境——尤其是洁净室和光学制造区域——由于冷凝、腐蚀和基板影响，无法承受高湿度。在这些环境中，无论湿度如何，离子化都是主要的静电控制方法。当材料高速移动时，即使在中等湿度条件下，高压静电荷仍然可以积累。

方法四：防静电材料

用防静电替代品替换非导电材料，可以从源头减少静电产生。在每个处理元件的环节应用这一方法：

• 使用ESD包装（粉色聚乙烯袋、静电屏蔽袋、导电泡沫托盘）代替标准塑料袋和泡沫
• 用于IC和分立元件的防静电元件托盘、料盘和运输管
• 使用静电耗散或导电工作台面材料代替标准橡胶或乙烯基垫
• 防静电工具、镊子和处理夹具

ESD包装和材料管理在元件收料、备料和存储阶段尤为关键。元件在这些环节在具有不同ESD控制的区域之间移动。一块带电材料——一个普通塑料袋或泡沫——可以在几秒内通过ESD敏感元件放电。

方法五：环境控制和操作规范

除设备和材料外，生产操作规范也会显著影响静电风险：

• 建立和执行ESD防护区域（EPA），设有明确边界、标识和进入要求
• 对所有人员进行ESD意识、接地程序和操作要求培训
• 定期审计腕带、鞋履和接地连接——断裂的腕带不提供任何ESD防护
• 最小化ESD敏感区域内的人员数量和活动
• 控制非防静电物品（个人手机、非ESD包装）进入EPA

如何防止操作人员发生静电冲击

防止人员静电冲击的重点在于保持操作人员持续接地：

• 在所有元件处理过程中佩戴经测试的腕带和正常工作的接地线
• 在导电或静电耗散地板上使用ESD鞋履或足跟带
• 在装配台工作时坐在带接地脚轮或支脚接触的防静电椅子上
• 避免不必要地触摸元件引脚、连接器和板面
• 触摸ESD敏感组件前，先触摸接地金属表面以泄放人体电荷

在无法进行完整个人ESD防护的环境中——如来料检验区或返修站——离子风扇可提供离子化空气环境，持续中和操作人员和元件上的电荷，降低由高压静电积聚引起的有害放电事件风险。

工业应用静电控制产品

史帝克为电荷控制至关重要的生产环境制造工业静电消除器：

• 在线离子棒 — 适用于传送线和在线工艺设备的ST-G系列和ST-F系列
• 紧凑型离子棒 — 适用于狭小空间机器集成静电控制的ST-E系列
• 台式离子风扇 — 适用于工作台级静电防护的ST101A和ST-S200
• 横流离子风机 — 适用于检验和装配站更大覆盖范围的ST104A和ST1200

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