SMT技術8-靜電防護 管理

SMT--表面組裝技術

機械工業(yè)出版社同名教材

何麗梅主編

2/5/20231SMT產品質量控制與管理

1.質量與質量控制的內涵

現(xiàn)代質量觀認為質量是產品或系統(tǒng)滿足使用要求特性的總和。其內涵包括：性能、可靠性、維修性、安全性、適應性等五個內在質量，以及時間性、經濟性兩個外延質量。為達到質量內涵的各種要求，需要在產品的制造過程中采用一定的方法、手段、操作技能，這種系統(tǒng)性、綜合性的管理技術活動，就是質量控制技術。

質量控制(QC：QualityContr01)作為一門管理學科，已從統(tǒng)計質量控制(SQC：StatisticalQualityContr01)和全面質量控制(TQC：TotalQualityContr0l)發(fā)展到了全面質量管理(TQM)和質量功能配置(QFD)新階段。不過，TQC和SQC還是質量控制采用的最普遍的兩種方式。

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全面質量控制是一種對質量形成的全過程，即對包括市場調查、設計研制、采購、生產工藝準備、制造、檢測、包裝儲運、銷售支付、安裝調試、售后服務、維修等質量循環(huán)中的各個環(huán)節(jié)進行全面控制管理的技術。它將質量控制工作延伸到制造過程結束后的外部時間空間，即包含線內控制又包含線外控制。其特點是體現(xiàn)出以“事先預防”為主的質量控制觀。

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統(tǒng)計質量控制有三種基本方法: (1)用正交設計與參數(shù)設計方法提高設計質量的線外質量控制；

(2)控制圖法，即記錄質量參數(shù)的波動數(shù)據(jù)、設置控制界限，以發(fā)現(xiàn)并控制異常數(shù)據(jù)波動點；

(3)抽樣檢查，即在不同時間段隨機抽取一定的比例進行統(tǒng)計分析處理。2/5/20234

2.質量保證體系

(1)體系結構的完善化。質量保證體系的結構應該完善，能覆蓋質量保證標準要素的內容，機構合理，各要素有部門負責管理，例如：工藝、設備、檢驗(包括元器件、材料檢驗和產品質量檢驗)、外購、外協(xié)(設備、PCB等)、設計、包裝等。

(2)體系運作的有效性。體系應能有效動作，并應制作相應的程序文件，經常進行評審以及時糾正問題，包括對員工的培訓和考核。

(3)體系文件應完整，質量記錄齊全，能反映實際工作情況。

(4)體系內部質量信息應能及時傳遞，以增強全體人員的質量意識。2/5/20235

生產管理

1.工序管理辦法

(1)有一套正規(guī)的生產管理辦法，如規(guī)定有首件檢查、自檢、互檢及檢驗員巡檢的制度，工序檢驗不合格不能轉到下道工序，SMT生產首件產品中現(xiàn)場工藝運行流程如圖11-2所示。

(2)有明確的質量控制點

SMT生產中的質控點有：錫膏印刷、貼片、爐溫調控。

對質控點的要求如下：現(xiàn)場有質控點標識;有規(guī)范的質控點文件；控制數(shù)據(jù)記錄正確、及時、清楚；對控制數(shù)據(jù)及時進行處理；定期評估PDCA(Plan‘計劃’、Do‘執(zhí)行’、Check‘檢查’和Action‘處理’的縮寫)循環(huán)和可追溯性。2/5/20236SMT生產首件產品中現(xiàn)場工藝運行流程

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2.工藝文件

主要工序都有工藝規(guī)程或作業(yè)指導書，工人嚴格按工藝文件操作，工藝文件處于受控狀態(tài)，現(xiàn)場可以取得現(xiàn)行有效版本的工藝文件。

3.關鍵工序和特殊工序的控制分清關鍵工序和特殊工序，進行工藝參數(shù)的重點監(jiān)控。在關鍵工序和特殊工序工作的工人要通過培訓考核，對這些工序的設備、工具、量具等均應特別重視。2/5/20238

4.產品批次管理

成批生產的產品有批號、批量等標識可以追溯(如通過計劃文件、工序卡、隨工單等)。

5.不合格品的控制

有一套合格品控制辦法，根據(jù)不同情況由不同的人和部門對不合格品進行隔離、標識、記錄、評審和處置。

通常組件板返修過程中，其厚／薄膜PCB返工不應超過兩次再循環(huán)，SMA的返修不應超過三次循環(huán)。2/5/20239

6.生產設備的維護和保養(yǎng)

由于SMT設備大部分均為進口，價格昂貴，無論是操作還是用后維護均有較高的要求，因此，要有一套設備管理辦法，關鍵設備應由專職維護人員點檢，使設備始終處于完好的狀態(tài)。以貼片機為例，在實際操作中定人、定機，按日、月和班次采集原始數(shù)據(jù)，把貼片機每天、每班次的運行狀態(tài)填入《貼片機運行狀態(tài)一覽表》，統(tǒng)計每天產量的完成情況和正確率，并將每班次、每臺設備貼裝率繪制成《貼片機運行狀態(tài)監(jiān)控圖》，對每臺設備的狀態(tài)實施跟蹤與監(jiān)控，當某班次某臺設備貼裝正確率低于99.95%時就視為異常，需要找出異常的原因，然后立即進行處理。同時在每月初，各維修工對自己所負責的設備在上月運行過程中的狀態(tài)進行總結、分析，并填寫《一月設備運行狀態(tài)總結表》，針對其存在的問題提出改進和預防措施，并及時加以維護和修理。2/5/202310

7.生產環(huán)境

生產現(xiàn)場有定置區(qū)域線，樓層(班組)有定置圖，定置圖繪制符合規(guī)范要求；定置合理，定置率高，標識應用正確；庫房材料與在制品分類儲存，所有物品堆放整齊、合理并定區(qū)、定架、定位，與位號、臺賬相符；凡停滯區(qū)內擺放的物品必須要有定置標識，不得混放。在清潔文明方面應做到：料架、運輸車架、周轉箱無積塵；管轄區(qū)的公共走道通暢無雜物，樓梯、地面光潔無垃圾，門窗清潔無塵；文明作業(yè)，無野蠻、無序操作行為；實行“日小掃”、“周大掃”制度。 對現(xiàn)場管理有制度、有檢查、有考核、有記錄；立體包干區(qū)(包括線體四部位、設備、地面)整潔無塵，無多余物品；能做到“一日一查”、“日查日清”。2/5/202311生產線的輔助環(huán)境

(1)動力因素。SMT設備所需動力通常為二部分：電能與壓縮空氣。其質量好壞不僅影響設備的正常運行,而且直接影響設備的使用壽命。 ①壓縮空氣。SMT生產線上,設備的動力是壓縮空氣，一臺設備上少則幾個氣缸、電磁閥,多則二十幾個氣缸與電磁閥，壓縮空氣應用統(tǒng)一配備的氣源管網引入生產線相應設備，空壓機離廠房要有一定距離；氣壓通常為0.5～0.6Mpa，由墻外引入時應考慮到管路損耗量；壓縮空氣應除油、除水、除塵，含油量低于0.5×10-6。②采用三相五線制交流工頻供電。所謂三相五線制交流工頻供電是指除由電網接入U、V、W三相相線之外，電源的工作零線與保護地線要嚴格分開接入；在機器的變壓器前要加裝線路濾波器或交流穩(wěn)壓器,電源電壓不穩(wěn)及電源凈化不好,機器會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失及其它損壞。2/5/202312

(2)SMT車間正常環(huán)境。SMT生產設備是高精度的機電一體化設備,對于環(huán)境的要求相對較高,應放置于潔凈廠房中(不低于《GB73-84潔凈廠房設計規(guī)范》中的100000級)。溫度：20℃～26℃(具有錫膏、貼片膠專用存放冰箱時可放寬)；相對濕度：40%～70%;噪聲：≤70dB；潔凈度：粒徑≤5.0≥0.5(μm),含塵濃度≤3.5×105≥2.5×104(粒/m2)。 對墻上窗戶應加窗簾,避免日光直接射到機器上,因為SMT生產設備基本上都配置有光電傳感器,強烈的光線會使機器誤動作。2/5/202313

(3)SMT現(xiàn)場還應有防靜電系統(tǒng)，系統(tǒng)及防靜電地線應符合國家標準。

(4)SMT機房要有嚴格的出入制度、嚴格的操作規(guī)程、嚴格的工藝紀律。如：凡非本崗位人員不得擅自入內，在學習期間人員,至少兩人方可上機操作，未經培訓人員嚴禁上機；所有設備不得帶故障運行，發(fā)現(xiàn)故障及時停機并向技術負責人匯報,排除故障后方可開機；所有設備與另部件,未經允許不得隨意拆卸,室內器材不得帶出車間等。2/5/202314靜電防護技術

1.靜電的產生

除了摩擦會產生靜電外，接觸、高速運動／沖流、溫度、壓電、電解也會產生靜電。

(1)接觸摩擦起電。除了不同物質之間的接觸摩擦會產生靜電外，在相同物質之間也會發(fā)生，例如當把兩塊密切接觸的塑料分開能產生高達l0kV以上的靜電。

(2)剝離起電。當相互密切結合的物體剝離時，會引起電荷的分離，出現(xiàn)分離物體雙方帶電的現(xiàn)象，稱為剝離起電。

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(3)斷裂帶電。材料因機械破裂使帶電粒子分開，斷裂兩半后的材料各帶上等量的異性電荷。

(4)高速運動中的物體帶電。物體的高速運動，其物體表面會因與空氣的摩擦而帶電。最典型的案例是高速貼片機貼片過程中因元器件的快速運動而產生靜電，其靜電壓約在600V左右。

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靜電放電(ESD)對電子工業(yè)的危害

(1)靜電吸附。在半導體和半導體器件制造過程廣泛采用Si02及高分子物質的材料，由于它們的高絕緣性，在生產過程中易積聚很高的靜電，并易吸附空氣中的帶電微粒導致半導體介面擊穿、失效。為了防止危害，半導體和半導體器件的制造必須在潔凈室內進行。同時潔凈室的墻壁、天花板、地板和操作人員及一切工具、器具均應采取防靜電措施。2/5/202317

(2)靜電擊穿和軟擊穿。靜電放電對靜電敏感器件的損害主要表現(xiàn)：硬擊穿，造成整個器件的失效和損壞；軟擊穿，造成器件的局部損傷，降低了器件的技術性能，而留下不易被人們發(fā)現(xiàn)的隱患以致設備不能正常工作。靜電導致器件失效的機理大致有下面兩個原因：因靜電電壓而造成的損害，主要有介質擊穿、表面擊穿和氣弧放電；因靜電功率而造成的損害，主要有熱二次擊穿、體積擊穿和金屬噴鍍熔融。

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現(xiàn)以MOS場效應晶體管(MOSFET)為例，MOS場效應管的鋁柵覆蓋在Si02膜上，并蓋住整個溝道，由于硅氧化膜絕緣性能好，使器件的輸入阻抗高達1012Ω以上，當鋁柵上出現(xiàn)靜電荷時，二氧化硅薄膜的高阻抗使其無從泄漏，于是就積聚在鋁柵上。此時鋁柵和Si02膜以及半導體溝三者相當于一個平板電容器，且二氧化硅的厚度僅有103?，其耐壓值僅為80～100V，而場效應管輸入電容值只有3pF，即使是微量的電荷也會使電壓升高，當電壓超過100V時，會導致Si02膜被擊穿，致使柵溝相通，器件受損。

在生產中，人們又常把對靜電反應敏感的電子器件稱為靜電敏感器件(StaticSensitiveDevice，SSD)。這類電子器件主要是指超大規(guī)模集成電路,特別是金屬氧化膜半導體(MOS)器件。2/5/202319靜電防護

1.靜電防護原理 在電子產品生產過程中，對SSD進行靜電防護的基本思想有兩個：一是對可能產生靜電的地方要防止靜電的積聚，即采取一定的措施，減少高壓靜電放電帶來的危害，使之邊產生邊“泄放”，以消除靜電的積聚，并控制在一個安全范圍之內；二是對已存在的靜電荷積聚的靜電源采取措施,使之迅速地消散掉，即時“泄放”。

因此，電子產品生產中的靜電防護的核心是“靜電消除”。當然這里的消除并非指“一點不存在”，而是控制在最小限度之內。2/5/202320

2.靜電防護方法

(1)靜電防護中所使用的材料。對于靜電防護，原則上不使用金屬導體，因導體漏放電流大，會造成器件的損壞，而是采用表面電阻l×l05Ω以下的所謂靜電導體，以及表面電阻為1×105～l×l08Ω的靜電亞導體。例如在橡膠中混入導電碳黑后，其表面電阻可控制在1×106Ω以下，即為常用的靜電防護材料。2/5/202321

(2)泄漏與接地。對可能產生或已經產生靜電的部位，應提供通道，使靜電即時泄放，即通常所說的接地。通常防靜電工程中，均需獨立建立“地線”工程，并保證“地線”與大地之間的電阻小于10Ω。靜電防護材料接地的方法是：將靜電防護材料如防靜電桌面臺墊、地墊，通過1MΩ的電阻連接到通向地線的導體上，詳情見SJ／T10630—1995電子元器件制造防靜電技術要求。

IPC-A-6100標準中推薦的防靜電工作臺接地方法如圖所示。

通過串接1MΩ電阻的接法是確保對地泄放電流小于5mA，通常又稱軟接地，而對設備外殼，靜電屏蔽罩通常是直接接地，則稱為硬接地。2/5/2023222/5/202323

3.導體帶靜電的消除

導體上的靜電可以用接地的方法使其泄漏到大地，一般要求在1s內將靜電泄漏至電壓降至100V以下的安全區(qū)，這樣可以防止因泄漏時間過短，泄漏電流過大對SSD造成損壞。所以在靜電防護系統(tǒng)中通常有1MΩ的限流電阻，將泄放電流控制在5mA以下。這也是為操作者的安全而設計的。如果操作人員在靜電防護系統(tǒng)中不注意觸及到220V的工業(yè)電壓也不會帶來危險。2/5/202324

4.非導體帶靜電的消除

對于絕緣體上的靜電，由于電荷不能在絕緣體上流動，故不能用接地的方法排除其靜電荷，而只能用下列方法來控制。

(1)使用離子風機。離子風機可以產生正、負離子以中和靜電源的靜電。用于那些無法通過接地來泄放靜電的場所，如空間，貼片機頭附近，使用離子風機排除靜電通常有良好的防靜電效果，如圖所示。2/5/202325

(2)使用靜電消除劑。靜電消除劑是各種表面活性劑，通過洗擦的方法，可以去掉一些物體表面的靜電，如儀表表面。當采用靜電消除劑的水溶液擦洗后能快速地消除儀表表面的靜電。

(3)控制環(huán)境濕度。濕度的增加可以使非導體材料的表面電導率增加，故物體不易積聚靜電。在有靜電的危險場所，在工藝條件許可時，可以安裝增濕機來調節(jié)環(huán)境的濕度，如在北方的工廠，由于環(huán)境濕度低容易產生靜電，采用增濕的方法可以降低靜電產生的可能，這種方法效果明顯而且價格低廉。

(4)采用靜電屏蔽。靜電屏蔽是針對易散發(fā)靜電的設備、部件、儀器而采取的屏蔽措施。通過屏蔽罩或屏蔽籠將靜電源與外界隔離，并將屏蔽罩或屏蔽籠有效地接地。2/5/202326常用靜電防護器材

1.人體靜電防護系統(tǒng)

人體靜電防護系統(tǒng)，包括防靜電的腕帶、工作服、鞋襪、帽、手套等，這種整體的防護系統(tǒng)兼具靜電泄漏與屏蔽功能，如圖所示。有關它們的技術標準與使用要求詳見SJ/T10694-1996電子產品制造防靜電系統(tǒng)測試方法，所有的防靜電用品通常應在專業(yè)工廠或商店購買。2/5/202327靜電防護服防靜電腕帶腕帶插座2/5/202328

2.防靜電地坪 防靜電地坪是為了有效將人體靜電通過地面盡快地泄放于大地，同時也能泄放設備、工裝上的靜電以及因移動操作而不宜使用腕帶的人體靜電。地面防靜電性參數(shù)的確定是既要保證在較短的時間內將靜電電壓降至100V以下，又要保