PCBA技術 - PCBA組裝過程中如何防止ESD損壞

我們知道靜電是指物體表面積累的相對靜電荷，是局部範圍內正負電荷的不平衡。 靜電放電（ESD）是靜電放電的縮寫形式，是指具有不同靜電勢的物體或表面之間的靜電電荷轉移。

ESD可分為接觸放電和電場擊穿放電。 此外，ESD損壞是指電子元件由於ESD的影響而發生效能退化或失效的現象。 表面貼裝科技（SMT）和PCBA組裝作為當前最流行的組裝科技之一，已被廣泛應用於不同領域的產品。 囙此，為了保證電子產品的最佳可靠性和效能，在PCBA組裝過程中應防止ESD損壞。

ESD的產生

在PCB電路板製作中，靜電實際上是通過一系列物理過程產生的，包括物質接觸和分離、靜電感應、介電極化和帶電粒子附著。 由於物質表面電荷的局部不平衡，靜電以高電能的形式存在於物質表面。 哪裡有運動，哪裡就有靜電。 在PCBA組裝過程中，在以下情况下可能會遇到靜電：

1、摩擦ESD

摩擦作為靜電放電的主要來源，已成為PCBA組裝過程中產生靜電的主要原因。 畢竟，在日常生活中，只要任何兩種不同材料的物質在接觸後被分離，就會產生靜電。 在PCBA組裝過程中，人體與衣服、鞋子、襪子等發生摩擦、接觸和分離後，通常會遇到ESD。 一般來說，絕緣材料維護得越多，摩擦產生的靜電就越多。 根據相關研究，人體運動產生的靜電具有100V至3500V的電壓，這被認為是導致電子元件硬損壞或軟擊穿的主要原因。

2、感應ESD

在電子製造過程中，當儲存巨大能量的靜電物質接近電子部件時，這些電子部件也將成為靜電源。 如果在電場中放置導電材料，正負電荷將隨著產生的靜電轉移。 然而，如果兩種物質緊密接觸，則會在接頭處產生電子遷移。 此外，ESD還可誘導用於電子製造的設備和工具，如PCBA組裝設備、電腦和顯示器、電烙鐵、回流焊爐、波峰焊爐和檢測儀器。

3、導電ESD

常見的情况是，電子元件帶有金屬導線或針腳，一旦接觸到帶有靜電的物體，電荷會迅速從帶電體轉移到金屬體，使電子元件產生靜電。 靜電元件一接觸地面，就可能引起ESD損壞。

ESD的特點

靜電具有高電位和低功率的特點，其電壓可高達數百至數千伏，有時甚至更高。 靜電通常工作幾微秒，濕度與靜電關係密切，囙此濕度的改善有助於减少ESD損壞。 靜電保持的其他内容包括：

1、偽裝

靜電通常無法被人類物理感知，人類也不一定會有電擊感，因為人類只能感知到電壓高於2kV的ESD，這就是偽裝的靜電内容。 除非進行檢查或實際應用組件，否則ESD損壞導致的故障或效能下降大多無法暴露。

2、複雜性

靜電放電的能量屬於空間電荷，能量儲存有限。 作為暫態高壓脈衝，它只能向元件提供短時電擊能量。 儘管靜電能量很低，但安全釋放它並不容易，控制起來也很複雜。 ESSD（靜電敏感器件）電路精細，在電子元件遭受ESD損傷後很難進行故障分析。

3、嚴重性

ESD導致的潜在故障只會引起部分參數變化。 只要它們保持在合理的範圍內，遭受ESD損壞的組件將順利通過檢查，這將是早期故障的根源。 ESD損壞導致的缺陷在後期很難克服。 更糟糕的是，它在檢查階段沒有暴露出來。

ESD損壞

在PCB電路板的電子行業，電子產品趨於小型化和多功能化，一些組件的完整性保持上升趨勢。 此外，內部絕緣層變得越來越薄，互連導線越來越細，承受適用電壓的能力降低。 許多靜電敏感SMD（表面貼裝設備）的衝擊電壓低於人們能够感知的靜電電壓。

然而，在製造、運輸和儲存過程中產生的靜電電壓遠遠高於衝擊電壓，這通常會導致部件遭受硬衝擊或軟衝擊。 最後，SMD將出現故障或其可靠性將大大降低。

據統計，在導致電子設備故障的所有原因中，ESD占8%-33%，造成的損失高達數十億美元。 囙此，在高科技PCBA組裝過程中，對ESD的有效控制能够提高製造效率，提高產品品質，獲得利潤。 囙此，採取有效措施預防ESD具有重要意義。

ESD會給敏感部件帶來突發故障或潜在故障。 突然失效，也稱為硬損傷，可能導致組件失去整體功能，使組件內部部件遭受永久性故障或打開。 潜在失效，也稱為軟損傷，可能導致部件性能參數降級，使其不穩定運行或部分功能退化或遺失。

就ESD引起的總體故障而言，潜在故障占60%-90%，而突發故障占10%，這意味著大多數故障屬於潜在故障。 潜在故障的本質是通過檢查很難發現部件的缺陷，很難找出故障的真正原因。 此外，返工和加工成本高，組件的保質期也將縮短。

PCBA組裝過程中的ESD保護

PCBA組裝過程中ESD保護的根本目的是防止ESSD（靜電敏感器件）受到靜電的危害。 基本原則是在可能產生ESD的地方有效控制靜電積聚，防止形成靜電場，嚴格控制靜電源。 此外，應最終减少靜電電荷的數量，並對所有抗靜電設備進行即時監測、檢查和維護。 ESD防護主要從車間環境、操作人員、接地、靜電中和等方面進行。

PCBA板

車間環境中的ESD保護

1、靜態自由地面應用

製造車間是一個重要的ESD防護區域，其所有部件均應無靜電，包括地面、牆壁、天花板、門、窗、操作臺、製造工具等。 作為關鍵靜電源，應做好ESD防護。 常用的措施包括防靜電PVC地板應用、防靜電地板塗料和橡膠應用。

為了更好地利用防靜電地板，延長其貨架壽命，在日常生活中應採取一些措施。 例如，應清潔地板，使其無可能導致劃痕的尖銳物體。 應避免灰塵進入車間，地板上的油污應及時清理乾淨。

2、相對濕度控制

製造工廠的相對濕度對ESD的影響很大，如果控制不好，會產生很高的ESD，導致靜電導致製造事故的可能性更高。 囙此，可以在裝配車間適當新增相對濕度，而不會對產品造成傷害。 此外，高靜電材料應遠離生產線。

3、防靜電材料的使用

防靜電材料是指能够封锁產生靜電、消散靜電或防止ESD的材料。 囙此，材料效能對整個ESD保護系統至關重要。

4、人體靜電接地系統

人體ESD防護系統由ESD防護服、腕帶、鞋、襪、帽、手套或指套、圍裙、脚帶等組成。 整個系統具有洩漏、中和和遮罩靜電的功能。 人體靜電接地系統實際上是一個封锁靜電積聚的完整接地電路，由腕帶、脚帶、鞋、墊子、地板、墊子、接地支路和公共支路組成。

5、ESD接地

PCBA組裝過程中消除靜電的根本途徑是快速消除製造過程和操作過程中產生的靜電。 接地是指將電氣設備與能够提供或接收大量電荷的物體連接的過程。 接地可分為硬接地和軟接地。 前者為低阻抗接地，後者為高阻抗接地。

6、靜電中和

當涉及導體或耗散半導體材料時，可以通過接地實現ESD保護，但對絕緣體不起作用。 囙此，應使用離子中和來消除靜電。

ESD保護應貫穿於SMT組件製造的全過程。 隨著電子技術的不斷進步，ESD保護也應該得到改進。 作為一個複雜的過程，為了適應不同的要求，需要採取不同的措施，以便對設備進行有效的ESD保護。

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