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LED制造及使用过程中的静电防护措施

2024-06-13

静电从制造到使用随时都可能对LED造成损害,LED在制造和使用过程中必须妥善处理静电释放问题。研究发现,以SiC为衬底的LED芯片的抗静电人体模型可以达到1100V以上,而以蓝宝石为衬底的LED芯片的静电只能达到400-500V。如此低的抗静电能力给LED封装厂家和应用厂家带来了极大的不便。当LED芯片受到静电伤时,其表面会形成黑点,这些黑点将不再发光,因此芯片受损的程度不同,其表现也有所差异。轻微的伤势可能表面看不出来,但亮度会有少量的降低和衰减,IR值(反向电流)会增大;对于中度受伤的芯片,管压降会明显增加(由常规的2.8V-3.3V上升到4.0V-5.5V以上),亮度会明显下降(不到原来正常亮度的50%),IR增加,会严重影响LED的寿命,在使用过程中逐渐失去作用,严重的话甚至会造成死灯。因此工业生产中防静电工作是否到位,直接影响到产品的成品率、可靠性,甚至影响到企业的经济效益,所以防静电技术措施至关重要。

研究数据显示,1500V以上的静电会立刻对LED造成严重损害。在北方的秋冬季节,人体的静电大约在1000V-1500V左右,因此人体直接接触很容易对LED造成损害。与往年相比,今年冬季降水量较少,环境湿度大大降低,静电隐患与北方不相上下。因此,在生产过程中,无论环境、设施、操作人员等各个环节,都必须采取相应的预防措施:

  1. 做好生产环境静电放电工作

生产环境乃至整个工厂内的工作台、烙铁、切脚机、自动回流焊等设备均需接地。接地体一般采用角钢、钢管制成,在腐蚀性土壤中应采用镀锌钢。其长度在2-3m之间,垂直埋入地面深度不小于2m。接地线采用大于1.5mm2小于25mm2的绝缘铜线。

  1. 确保车间生产设备及周围环境符合防静电要求

2.1工作台必须使用防静电台垫,并做好接地处理。防静电橡胶的绿色表面为防静电产生层,电阻较大,表面电阻为100MΩ~100,000MΩ。可用扣式连接,用专用防静电腕带导线(内含1MΩ电阻)接地,或在绝缘台面上放置0.2mm厚的铁板或铜箔,导线通过1MΩ电阻焊接到静电接地线上,再将防静电橡胶压平(黑色面朝下,紧贴导电片)。1MΩ电阻也提供了静电泄放通路,防止过速放电打火和隔离。座椅也应引起重视,多数生产线采用普通塑料凳子,与衣服摩擦极易产生静电,有条件的应采用防静电椅,并通过1MΩ电阻与静电地连接。塑料凳子上至少应铺防静电布。防静电地板是类似防静电橡胶的复合结构,下层为与防静电地面连接的导电层,上层为绝缘的防静电产生层,不会因行走摩擦而产生静电。铺设时,应将导电层用绝缘垫与建筑物地面、墙壁隔开,防止雷击时地板带静电,并将导电层通过1MΩ20W电阻与防静电地面连接,起静电屏蔽作用。一般电子厂房采用简易防静电地板(只有绝缘的防静电产生层,多为涂料或地板胶),直接铺设在建筑物地面上,大大降低了成本,也能防止行走产生的静电,但对雷击产生的超高压静电感应和强电磁感应防护性能较差。

2.2 LED需采用防静电元件盒。

2.3 烙铁、切铅机、回流焊等设备必须接地。

2.4 装配线上的PCB(主要是DIP后焊、测试、组装等工序)应铺防静电海绵垫,防止静电和划伤电路板。工序间运输应采用防静电电路板储运车或卡箱(表面电阻在106Ω以下),并通过1MΩ电阻妥善连接静电地。

2.5环境温湿度对静电的影响:电子作业特别是SMT对温湿度要求较高,温度可控制在18~28℃,过高或过低都会影响设备的正常工作和精度。相对湿度应在50±%~85±%之间,过低易产生静电,过高设备易产生结露现象,锡膏含水量增加,应加强监测调控。对于防静电,秋冬季相对湿度较低时,可采用加湿器或湿布拖地的方法解决。
2.6安装离子风机:波浪炉预热部分温度为80~120℃,在如此高温、干热的空气下极易产生静电。离子风机通过高压将空气电离成正、负离子,通过风机将含有大量正、负离子的空气吹入炉内,以中和高温热风对PCB及元器件产生的静电。因此,应在波浪炉入口处安装离子风机。也可根据实际需要在防静电工作区入口处、传送带起点或顶端安装离子风机。

3 确保人员保护措施落实

穿防静电服,所谓防静电服,是用特殊的合成纤维织成的织物,正确的穿着方法是里面只穿一件衬衫或内衣,外面穿防静电服。冬天里穿多件化纤、毛料衣服,外面穿防静电服,作用不大;防静电手套起着防止静电、隔离手接触产品(绝缘)、防止汗渍污染产品等多重作用,是必备的;防静电腕带是由不锈钢外壳制成,紧贴手腕,通过线路内部的1MΩ电阻,用导线和铁夹接地。目的是随时泄放人体上的静电,防止快速放电产生的火花损坏LED,并起隔离作用。所谓的无线手环,其实并不能真正泄放人体所带的静电荷。

3.1规范防静电腕带的佩戴、夹紧方法:

3.1.1防静电腕带的不锈钢外壳应佩戴在左手腕内侧,此处接触电阻最小。

3.1.2 应与皮肤紧密接触,不松散,不被衣物隔开。

3.1.3 鳄鱼夹应夹住根部静电接地线的裸露部分,不得用门牙夹住。
3.1.4 行走时,操作人员应取下夹子,将连接线绕在手腕上,以便移动使用。

3.2防静电手腕带应于每班上午、下午各测试一次并记录,以测试松紧程度为准,若不合格应立即调整或更换。

4 其他

4.1电烙铁应采用防静电低压恒温烙铁,并应有良好的接地。

4.2请使用带有接地线的低压直流电动螺丝刀。

4.3小批量清洗PCB时应使用防静电刷子,不能使用普通塑料刷子。

4.4 天花板、墙面必要时应采用防静电材料,普通石膏板、石灰漆墙面也可,禁止使用塑料天花板、普通墙纸、塑料壁纸。

4.5操作时,避免直接接触发光管的针脚,取出时应握住管架或灯体。

5 防静电监督与措施

5.1静电测试仪:如果条件允许的话,可以考虑增加一台“手持式非接触静电测试仪”,这样可以实时监控静电情况,但因为价格太贵,多数企业都不敢要求。

5.2 监控与记录:防静电措施一定要有专人负责实施,并形成制度,真正落到实处,否则一切硬件投资都可能发挥不了实际作用。

5.2.1人员:应设两人兼职负责管理、检测、记录。

5.2.2 检测与记录:综上所述,每天应完成以下检测与记录。
a.静电测试点——静电地,用指针万用表测量电阻

静电接地——设备接地,用指针万用表测量电阻

b.电烙铁头接地,烙铁头温度测量,用指针万用表、温度计

c.小锡炉接地,锡炉温度测量,用指针万用表,温度计

d.设备仪表接地测量,用万用表

e.静电腕带接地测试,使用静电腕带测试仪

f.室内温度、相对湿度测量与控制,温度计/湿度计

5.2.3.检查防静电工作区工作人员的着装及各项防静电规章制度的执行情况。

5.2.4 有条件的话,可用静电测试仪测量工作现场及装配线上各种条件下的静电电压,静电电压一般应小于100V,特殊情况下应小于25V。

5.3.培训素养:应将防静电知识及措施作为全员培训的重要内容,使每一位员工都了解并养成良好的职业习惯。防静电安全工作台上不得堆放塑料盒、皮革、纸板、玻璃等易产生静电的杂物。操作人员及需要接触LED的人员在接触LED前,应佩戴防静电腕带和手套。

5.4测量:用指针万用表电阻档测量各防静电测试点与防静电地线之间的电阻,5~15Ω。理想情况下应为0Ω,但实际测量值为测试点到求和点的2mm2导线电阻+求和点到被测点的6mm2导线电阻之和。此值约为5-15Ω,基本不变。若测量结果趋于无穷大,则认为防静电地线或测量线路有断线,应及时修复。

参考:

[1]《电工电子工程实用手册》刘光源主编,电子工业出版社。

[2]《LED制造技术及应用》陈远登主编,电子工业出版社。

[3]周志敏、周继海、季爱华主编《LED驱动电路设计与应用》,人民邮电出版社。

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