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1、 生产车间接地系统设计方案一、 设计背景：1.1 静电的产生 摩擦：在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电，而产生静电的最通方法，就是摩擦生电。材料的绝缘性越好，越容易是使用摩擦生电。另外，任何两种不同物质的物体接触后再分离，也能产生静电。 感应：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负离子就会转移。 传导：针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如与带电物体接触，将发生电荷转移。由静电的产生可以看到我们日常生活生产过程中都可能产生静电，特别是在生产流水线上，人体以及机器设备更能产生大量的静电。1.2 静电的危
2、害集成电路元器件的线路缩小，耐压降低，线路面积减小，使得器件耐静电冲击能力的减弱，静电电场（Static Electric Field）和静电电流（ESDcurrent）成为这些高密度元器件的致命杀手。同时大量的塑料制品等高绝缘材料的普遍应用，导致产生静电的机会大增。日常生活中如走动，空气流动，搬运等都能产生静电。人们一般认为只有CMOS类的晶片才对静电敏感，实际上，集成度高的元器件电路都很敏感。A静电对电子元件的影响 静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命。 因电场或电流破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏）。 因瞬间的电场或电流产生的热，元件受伤，仍能工作，寿命受损
3、。 B、静电损伤的特点： 隐蔽性人体不能直接感知静电，除非发生静电放电，但发生静电放电，人体也不一定能有电击的感觉。这是因为人体感知的静电放电电压为2-3KV。而且静电的释放时间极短，因此在静电释放的瞬间将产生极大的电流 即： Ipeak = dv/dt 这个对于集成度很高的半导体元件是个致命的打击 潜伏性有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降，但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患，而且增加了器件对静电的敏感性。已产生的问题并无任何方法可治愈。 随机性电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢？可以这么说，从一个元件生产后一直到它损坏以前所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生也具有
4、随机性。由于静电的产生和放电都是瞬间发生的，及难预测和防护。 复杂性静电放电损伤分板工作，因电子产品的精细，微小的结构特点而费时、费事、费钱，要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器，即使如此有些静电损伤现象也 难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电损伤失效当作其它失效，这是对静电放电损害未充分认识之前，常常归咎于早期失效或情况不明的失效 ，从而不自觉的掩盖了失效的真正原因。 严重性ESD问题表面上看来只影响了制成品的用家，但实际上亦影响了各层次的制造商，如：保用费、维修及公司的声誉等防静电的措施自然界的所有物质都是由原子组合而成，原子中的质子（正电荷）与电子（负电荷）存在于我们
5、生活中每个角落，可以这样说：静电是无处不有，无时不在，时时刻刻存在在我们生活中的一切周围。在静电防护过程中打算将静电完全消除是困难的，但是我们可以采取防护措施，将静电的产生与积聚控制在最小的限度之内，经过科学家和工程技术人员多年的研究和实践，结果表明得出两个防护静电危害的基本原则： 在静电安全区域内使用或安装静电敏感元件。 用静电屏蔽容器运送静电敏感元件。防静电性能的检测周期及注意事项 防静电台垫、地板、工鞋、工衣、周转容器等应至少每月检测一次。防静电手腕带、风枪、风机、仪器等应每天检测一次，检测时，须考虑受检场所的温度、湿度等因素。防静电的一般工艺规程要求 A、防静电的常规工艺规程要求 操作
6、者必须戴有线防静电手腕带。 涉及到操作静电敏感器件的桌台面须采用防静电台垫。 ESD敏感型器件必须用静电屏蔽与防静电器具转运。 准备开封、测试静电敏感器件时必须在防静电工作台上进行，有条件的可配用离子空气发生器清除空气中的电荷。 组装所用的焊接设备及成形工装设备都必须接地，焊接工具使用内热式烙铁，接地要良好，接地电阻要小。 电源供电系统要改装用变压器进行隔离，地线要可靠，防止悬浮地线，接地电阻小于10欧姆。 产品测试时，在电源接通的情况下，不能随意插拔器件，必须在关掉电源的情况下插拔。 凡ESD敏感型器件不应过早地拿出原封装，要正确按操作，尽量不能摸ESD敏感型器件管脚。 用波峰焊接时，焊料和
7、传递系统必须接地。 B、在防静电要求严格的场合，下列防静电工艺要求也是常常需要的 凡ESD敏感型整机进行高低温试验或老化试验时，必须先对工作场地及高低温箱进行静电位测试，其电位不能超过安全值，否则，要进行静电消除处理。 焊接好的印制电路板要作三防处理时，也要采用防静电措施。不要用一般的刷光，超声波清洗或喷洗。 调试、测量、检验时所用的低阻仪器、设备（如讯号、电桥等）应在ESD敏感型器件接上电源后，方可接到ESD敏感型器件的输入端。 在ESD敏感型 测试仪器生产线上，应严格使用静电电位测试监视静电电位的变化情况，以便及时采取静电消除措施。二、设计目的随着电子工业的发展，静电技术在电子工业中得到广
8、泛的应用。但是，静电在许多领域也给人们带来重大损失及危害。 现代电子信息技术的迅猛发展，不断的要求电子产品日益向轻、薄、小、高密度等方向发展的同时，集成电路的内绝缘层也越来越薄，而连接导线宽度与间距也愈来愈小，相应的，电子器件的耐击穿电压也愈来愈小。然而，电子产品在实际的生产与运输、存储等过程中所产生的静电电压导致器件损坏，使器件的性能可靠性受到严重影响。因此，在工业化生产中对静电的防护已经成为各行业日益引起关注、重视的安全问题之一。 然而，要解决静电问题，必须采用离子风机等消静电设备及辅助静电防护设施等（如防静电手腕带脚腕带，防静电衣服鞋子，铺设防静电地板，配装ESD防护监控系统等）。随着科
9、技的发展，很多防静电的产品大量上市，如防静电台垫，防静电手腕带，防静电地板，这类防静电产品都要求与大地连接，才能有效的将静电释放，但其接地是否良好，是否有效将静电泄放，这得到人们的关注，成为一个新的静电防护课题，我公司基于以上问题，研发了多功能接地监控系统，生产设备，防静电手腕带，对保防静电台垫，都能实时有效的监控并报警，并通过上位机软实时将监控数据记录于PC机，便于管理及查阅。三 产品方案产品特点1、采用电阻式监控原理，保证监控设备可靠接地。2、一台主机最多可同时监控6个设备 , 2个手腕带或脚腕带。3，联机通迅采用通用的RS485/RS422串口通迅方式，终端机实时与PC保持通讯。4. 使
10、用数据实时采集功能时能最多联机监控32台主机。5. 上位机通讯软件为人机一体化界面简洁直观。6. 上位机通讯监控系统具有实时保存记录数据功能。7. 主机报警方式采用蜂鸣器+LED指示报警。8. 手腕报警范围: 小于750K报警 (可调), 大于35M报警(可调)9. 设备地报警范围 : 大于4R报警(可以根据实际要求调节)10.设备侦测异常反应速度5Sec.11. 主机内部电路设计成国际业界认可的静电地与设备地光电隔离方式。12. 采用220V/50HZ外部电源供电，内部电路供电采用变压器供电方式稳定可靠。13. 主机及外部配件安装简单方便，同时便于维护保养。产品规格1.输入电压：220V/5
11、0HZ 2.最大功率：15W监控终端产品示意图四 设计思路设计思路PC上安装实时监控系统软件，软件可以实现对多种不同设备的监控，。通讯接口连接在终端盒电脑之间，一方面可以起到数据缓冲的作用，以提高整个系统的运行速度。另一方面可以对不同设备的数据进行转换，以适应电脑更好的监控管理。通讯接口发送命令给监控终端，监控终端根据命令把实时采集相应的数据并把数据发送到通讯接口，通讯接口将数据做相应整理之后再把数据送到PC。我们的通讯接口可以连接不同设备，如接地系统的接口，直流离子风机接口，也可以根据实际需要兼容其他所需要的监控设备4.1 监控系统总体设计示意图：4.2 终端监控示意图：监控对象C M Pr
12、esultMCULED-RLED-G通讯接口P CSPEAKER标称电阻被监控的对象连接到我们的监控终端上，监控终端采用电阻式侦测的方式。终端机上有个标称电阻，被监控对象的阻值与标称阻值比较，比较的结果送到MCU，MCU再把结果送到LED上，如果结果正常则绿灯亮，如果结果异常则红灯亮，并且蜂鸣器开始报警。同时MCU通过RS485/RS422总线送到通讯接口上，通讯接口再把数据送到电脑上显示，并把数据存到数据库中，以便日后查询。五： 监控系统软件的设计 5.1 1 静电监控系统工作过程设计 监控过程实现的功能有： 命令接受校验与分析 数据采集 RS485串行通信 报警提示其工作流程图如下： 主机
13、呼叫取数据监控终端接受命令命令校验命令正确终端数据采集MCU判断并送往主机操作显示报警装置回应错误信息帧分析地址NYYYN监控系统采用的是主机定时呼叫从机方式主机为监控室内的监控机，从机为接地监测终端。工作过程如下：首先由主机向从机发送地址，所有从机都会接收到该地址并与本机地址比较，若地址相同则准备接收本次数据包的其他数据帧，若地址不符则不接收其余数据帧从机接收完毕后，生成接收数据的校验码，并判断计算所得的校验码与主机发来的校验码是否相同，若相同则认为接收正确，从机对接收到的命令帧进行解析，确认是要求从机需要上传目前的接地状态。接地监测终端开始接地数据的采样，采样完成后便调用发送子程序，发送响
14、应帧(包括数据及其校验值)给主机， 主机对接收到的数据进行判断，若测量值正常则监控软件用绿色显示正常，若测量值异常则用红色显示报警同时电脑也有声音警告，从而实现在线监控。从机发现主机发过来的数据有问题或者校验有问题时则作如下处理：若是数据有问题，则从机发错误代码给主机，中止接收数据，重新要求主机发命令帧，否则直到从机接收完整个命令帧；从机将接收到的数据进行校验，从机将计算出来的校验值与主机发过来的进行比较，相同则发送正确，不同则从机发错误代码给主机，要求主机重新发命令帧当主机发现从机发过来的数据有问题时(包括校验有问题的情况)，主机将连续发三次读数的命令帧(此命令帧和正常情况下的读数命令帧完全一样)，要求从机重新发数，若成功，则继续读数，否则显示通讯失败，监控程序重新进行初始化，通过发读取0地址的命令帧来尝试恢复连接。若连接成功则就开始正常读数，否则，不断尝试，尝试一定时间后，就不再尝试。此时发出警告需要人工干预。5.1 静电监控系统软件设计 本软件是在Microsoft Windows XP 中文平台上的全中文界面上，用当前流行的 Microsoft Visual C+ 平台上开发 人机友好界面直观简单，便于使用者易学易用。监控系统软件主界面 监控界面简单明了一目了然，对所监控的终端以及每个终端所连接的设备以及手腕带的工作状态实时准确地显示在监控界面上，监控界面与监控终端上
