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LED制造、使用过程静电防护措施

2020-12-28

       静电对LED的损害可能发生在从制造到使用过程中的任何时候都可能发生,在LED的制造和使用过程中必须妥善地处理静电释放问题。实测发现,以SiC为底衬的LED芯片抗静电人体模式能达1100V以上,而一般以蓝宝石为底衬的LED芯片静电仅能达400-500V,如此低的抗静电能力给LED封装厂商和应用厂商带来了极大的不便,LED芯片受到静电击伤,在其表面会形成黑色斑点,此黑色斑点将不会再发光,所以,芯片受到击伤的程度不同,其表现也不同。轻微的击伤,也许表面上看不出来,但亮度会少量降低、衰减,IR值(反向电流)升高;中度击伤的芯片,其管压降会明显升高(由常规的2.8V-3.3V升高至4.0V-5.5V以上),亮度明显降低(原正常亮度的50%以下),IR升高,严重影响LED寿命,在使用过程中逐渐失去功能,最后可能造成死灯。因此在产业化生产中静电的防范是否得当,直接影响到产品的良品率、可靠性直至企业的经济效益,因此静电防范技术措施显得至关重要。

       研究数据表明,静电在1500V以上会立即导致LED严重损伤。在北方秋冬季节,人体的静电大约在1000V-1500V左右,所以人体直接接触LED极易导致其损伤。与往年相比,今年冬季降水量偏少,环境湿度大大降低,静电的隐患堪比北方。因此在生产过程中无论环境、设施、操作者等环节都要采取适当的防范措施:
       1 做好生产环境的静电释放
生产环境中的工作台、烙铁、切脚机、自动回流焊等设备乃至整个厂房接地。接地体一般采用角钢与钢管,在有腐蚀性的土壤中应使用镀锌钢材,其长度在2-3m之间,垂直打入地面深度不小于2m,接地线用大于1.5mm2小于25mm2的绝缘铜线。
       2 保证车间生产设备、周围环境达到防静电要求
       2.1 工作台需使用防静电台垫,且接地。防静电橡胶绿色面为防静电产生层,电阻较大,表面电阻100MΩ~10万MΩ。可通过扣式连接,由专用静电手环导线(内含1MΩ电阻)接地,或在绝缘台面上放0.2mm厚铁板或铜箔,焊好导线通过1MΩ电阻连接到静电地线,然后铺平防静电橡胶(黑面向下,贴紧导电片)。该1MΩ电阻同样起提供静电泄放通路,防止过速放电打火和隔离的作用;坐椅也应引起重视,多数生产线上使用普通塑料凳,极易与衣物摩擦产生静电,有条件应采用防静电椅,并通过1MΩ电阻接静电地,至少要将塑料凳用防静电布料套上;防静电地板是类似防静电橡胶的复合结构,下层为导电层与防静电地连在一起,上层为绝缘防静电产生层,不会因行走的磨擦产生静电。铺设时导电层应用绝缘垫与建筑物地面和墙壁隔开,防止雷击时地板带静电,并将导电层通过1MΩ20W电阻与防静电地接好,起到静电屏蔽作用。一般电子厂多用简易防静电地板(仅有绝缘防静电产生层,多为涂料或地板胶),直接铺在建筑物地面上,大大降低造价,且也可起到防行走产生的静电作用,但对雷击产生的超高压静电感应和强电磁感应防护作用较差。
       2.2 盛装LED需使用防静电元件盒。
       2.3 烙铁、切脚机、回流焊等设备均需接地。
       2.4 PCB在流水线上(主要指DIP后补焊、测试、装配等工序)即应下垫防静电海绵垫,防止产生静电和板面刮伤。工序间转运应用防静电板卡储运车或卡箱(其表面电阻106Ω以下),通过1MΩ电阻妥善接静电地。
       2.5 环境温度和湿度对静电产生的影响:电子作业尤其是SMT对温度和湿度都有较高要求,温度可控制在18~28℃,过高或过低都将影响设备的正常运作和精度,相对湿度应在50%~85%,过低则容易产生静电,过高设备易结露,锡膏含水增加,所以应加强监测和调控,对防静电来说,秋冬相对湿度偏低时,可用加湿器或湿布拖地方法解决。
       2.6 加装离子风扇:波峰炉预热部份温度为80~120℃,在这样高温干燥热风吹佛下极易产生静电。离子风扇是由高压将空气电离成正负离子,由风扇将含大量正负离子的空气吹入炉内,以中和PCB及组件上因高温热风产生的静电,故波峰炉入口应加装离子风扇。防静电工作区入口处、传送带起点或上方也可根据实际需要加装离子风扇。
       3 确实保证人体防护措施的落实
穿防静电服,所谓防静电服,是用特殊合成纤维织成的布料,正确穿着应是里面只着一件衬衣或内衣,外着防静电服。冬季内穿多件化纤类、毛类衣物外著防静电服也无大用;防静电手套则起防止静电产生作用,隔离手与产品接触(绝缘),防止汗渍污染产品等多重作用,是必用的;防静电手腕带是由紧贴手腕的不锈钢外壳通过线内1MΩ电阻由导线、铁夹接地,目的是既要随时泄放掉人体上的静电,又要防止快速放电产生的火花对LED造成损害,并起隔离作用。所谓无线手环实际起不到泄放人体携带的静电荷作用。
       3.1 规范静电手腕带佩戴、夹持方法:
       3.1.1 静电手腕带不锈钢壳应戴在左手腕内侧,此处接触电阻最小。
       3.1.2 要与皮肤紧密接触,不得松驰,不得隔以衣物。
       3.1.3 鳄鱼夹应用根部夹持静电地线裸露部分,而不应使用前端齿部夹持。
       3.1.4 行走时,操作者应取下夹子,将联线绕在手腕上,以便流动使用。
       3.2 静电腕带应每班上午、下午各测一次并记录,松紧以通过测试为准,不合格的应立即调整或更换。
       4 其它
       4.1 电烙铁应采用防静电低压恒温烙铁,并良好接地。
       4.2 使用带接地线的低压直流电动螺刀。
       4.3 PCB小批量清洗作业应使用防静电刷,不可使用普通塑料刷。
       4.4 必要场合天花板、墙壁都应使用防静电材料,普通石膏板和石灰涂料墙面也可,但禁止使用塑料制品天花板和普通墙纸、塑料墙纸。
       4.5 作业过程中,避免直接触摸发光管之管脚,取放时拿管座或灯体部位。
       5 防静电的监管及措施
       5.1 静电测试仪:如条件具备,可考虑添置"手持式非接触静电测试仪",这样才能实时监测静电的情况,但因其价格过于昂贵,多数企业不敢问津。

       5.2 监测和记录:防静电措施要有专人负责落实,并形成制度,才能真正贯彻实施,否则一切硬件投入可能起不到实际作用。


       5.2.1 人员:应由两人兼职管理,测试并记录。
       5.2.2 测试和记录:综上所述,每天应完成下列测试和记录。
       a 静电测试点――静电地用指针式万用表测量电阻值
       静电地―― 设备地 用指针式万用表测量电阻值
       b 电烙铁头接地 烙铁尖温度测量 用指针式万用表 温度计
       c 小锡炉接地 锡炉温度测量 用指针式万用表 温度计
       d 设备仪器接地测量 用万用表
       e 静电手腕带接地测试 用静电手环测试仪
       f 室内温度 相对湿度的测量与调控温/湿度计
       5.2.3 检查防静电工作区内工作人员着装和防静电各项规定执行情况。
       5.2.4 有条件应在工作现场和流水线上用静电测试仪测各种情况下的静电电压。静电电压一般应小于 100V,特殊情况应小于25V。
       5.3 培训和素养:应将防静电知识、措施作为全员培训的重要内容让每一员工都弄懂弄通,形成良好的职业习惯。塑料盒、像皮、纸板、玻璃等易产生静电的杂物不允许堆放在静电安全工作台上。操作者和须接触LED者应戴好静电腕带和手套后才可接触它。
       5.4 测量:使用指针式万用表的电阻档测各防静电测试点与防静电地线间电阻5~15Ω,理想应为0Ω,但实际测得为2mm2导线从测试点到总结点电阻+6mm2导线从总结点到被测点电阻之和,这一值约5-15Ω且基本不变,如测量结果趋于无穷大,视为防静电地线或测量线有一条断线,应及时查修。

       参考文献:

       [1]《电工电子实用手册》刘光源主编,电子工业出版社。

       [2]LED制造技术与应用》陈元灯编著,电子工业出版社。

       [3]LED驱动电路设计与应用》周志敏、周纪海、纪爱华编著,人民邮电出版社。



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