Produzione SMT Tecnologia di protezione dalle scariche elettrostatiche
Nella produzione di prodotti elettronici, le scariche elettrostatiche (ESD) spesso danneggiano i componenti, causandone anche il malfunzionamento e con conseguenti gravi perdite. Pertanto, la protezione ESD nella produzione SMT è fondamentale. Questa rivista ha invitato due esperti di Pechino e Shanghai a scrivere articoli che introducono e analizzano le fonti di elettricità statica e i principi di protezione ESD nella produzione di prodotti elettronici. Fornisce un'introduzione dettagliata ad alcune tecnologie di protezione ESD di base e alle misure corrispondenti nella produzione SMT come riferimento.
I. Elettricità statica e suoi pericoli
L'elettricità statica è una forma di energia elettrica che risiede sulla superficie di un oggetto. Deriva da uno squilibrio di cariche positive e negative all'interno di un'area localizzata e si forma attraverso la conversione di elettroni o ioni. L'elettricità statica è il termine generale per i fenomeni elettrici generati durante la generazione e la scomparsa delle cariche, come la carica triboelettrica e l'elettricità statica del corpo umano.
Con i progressi tecnologici, l’elettricità statica è stata ampiamente ed efficacemente applicata in campi quali la spruzzatura elettrostatica, i tessuti elettrostatici, lo smistamento elettrostatico e l’imaging elettrostatico. D’altro canto, la generazione di elettricità statica può causare notevoli rischi e perdite in molti campi. Ad esempio, nella prima navicella spaziale Apollo, un'esplosione causata da scariche elettrostatiche (ESD) uccise tre astronauti; Anche gli incidenti con lesioni o morte dovuti a scariche elettrostatiche sono comuni nella produzione di polvere da sparo.
Nell'industria elettronica, con l'aumento della densità di integrazione, gli strati isolanti interni dei circuiti integrati diventano più sottili e la larghezza e la spaziatura dei cavi di interconnessione si riducono. Ad esempio, lo spessore tipico dello strato isolante di un dispositivo CMOS è di circa 0,1 μm, con una corrispondente tensione di rottura di 80-100V; lo strato isolante di un dispositivo VMOS è ancora più sottile, con una tensione di rottura di 30V. La tensione elettrostatica generata durante la produzione, il trasporto e l'immagazzinamento di prodotti elettronici supera di gran lunga la tensione di guasto dei dispositivi MOS, causando spesso fenomeni di guasto grave o lieve (danno localizzato), che portano al guasto del dispositivo o compromettono gravemente l'affidabilità del prodotto.
Per controllare ed eliminare l’ESD, i paesi sviluppati come gli Stati Uniti, l’Europa occidentale e il Giappone hanno stabilito standard o regolamenti nazionali, militari e aziendali. Esistono normative corrispondenti che regolano la progettazione, la produzione, l'acquisto, l'immagazzinamento, l'ispezione, lo stoccaggio, l'assemblaggio, la messa a punto, l'imballaggio e il trasporto dei componenti sensibili all'elettricità statica (ESS). Norme rigorose regolano anche la produzione, l'uso e la gestione delle apparecchiature di protezione ESD. il mio paese ha anche formulato standard militari e aziendali basati su standard internazionali. Ad esempio, ci sono standard del Ministero dell'Aerospaziale, del Ministero dei Macchinari e dell'Elettronica e del Ministero del Petrolio.
II. Dispositivi sensibili alle scariche elettrostatiche (SSD)
I dispositivi sensibili alle reazioni elettrostatiche sono chiamati componenti sensibili all'elettricità statica (SSD). I dispositivi sensibili all'ESD-si riferiscono principalmente a circuiti integrati-su scala molto ampia, in particolare semiconduttori a pellicola metallizzata (circuiti MOS). È possibile adottare diverse misure di protezione ESD per diversi dispositivi SSD in base alla tabella di classificazione SSD.
III. Fonti di elettricità statica nella produzione di prodotti elettronici
(1) L'elettricità statica generata dall'attività umana, come l'attrito, il contatto e la separazione tra persone e oggetti come indumenti, scarpe e calzini, è una delle principali fonti di elettricità statica nella produzione di prodotti elettronici. L'elettricità statica umana è una delle principali cause di guasti gravi (soft) nei dispositivi. La tensione statica generata dall'attività umana è di circa 0,5-2KV. Inoltre, l’umidità dell’aria ha un impatto significativo sulla tensione statica; in un ambiente secco, può aumentare di un ordine di grandezza. (2) L'attrito tra gli indumenti da lavoro in fibra sintetica o cotone e le superfici di lavoro o le sedie può generare una tensione statica superiore a 6000 V sulla superficie degli indumenti, caricando il corpo umano. Il contatto con indumenti così carichi può provocare scariche, danneggiando facilmente i componenti.
(3) Le suole delle scarpe in gomma o plastica hanno una resistenza di isolamento fino a 10¹³ Ω. L'attrito con il terreno genera elettricità statica, caricando il corpo umano.
(4) Quando i componenti incapsulati in resina, vernice o pellicole plastiche vengono trasportati nell'imballaggio, l'attrito tra la superficie del componente e il materiale dell'imballaggio può generare una tensione statica di diverse centinaia di volt, scaricando i componenti sensibili.
(5) Vari materiali di imballaggio, scatole, scatole di ribaltamento, rack per PCB, ecc., realizzati in PP (polipropilene), PE (polietilene), PS (cloruro di polivinile), PVR (poliuretano), PVC e altri materiali polimerici come poliestere e resina possono generare una tensione statica di 1-3,5 KV a causa dell'attrito e dell'impatto, scaricando componenti sensibili.
(6) Le normali superfici di lavoro generano elettricità statica attraverso l'attrito.
(7) I pavimenti in cemento, cerati e lucidati, i fogli di gomma e altre superfici isolanti hanno un'elevata resistenza all'isolamento, rendendo difficile la fuoriuscita delle cariche statiche sul corpo umano.
(8) Per quanto riguarda apparecchiature e strumenti di produzione elettronica: ad esempio, i trasformatori ad alta-tensione e i circuiti CA/CC in apparecchiature quali saldatori, saldatrici a onda, forni a rifusione, macchine di montaggio, apparecchiature di debug e collaudo possono indurre elettricità statica. Se le misure di scarica statica dell'apparecchiatura sono inadeguate, è possibile che i componenti sensibili si guastino durante il processo di produzione. La circolazione dell'aria calda nei forni e l'attrito con il corpo del forno, nonché il vapore di CO2 nelle camere di raffreddamento a bassa-temperatura di CO2, possono generare grandi quantità di carica statica. Principi di protezione dall'elettricità statica
È impossibile eliminare completamente l’elettricità statica nella produzione di prodotti elettronici. La generazione di elettricità statica non è il problema; il problema risiede nell'accumulo di elettricità statica e nella conseguente scarica elettrostatica. Il nucleo della protezione dall'elettricità statica è eliminarla silenziosamente.
(1) Prevenire l'accumulo di elettricità statica nelle aree in cui potrebbe essere generata. Adottare misure entro limiti di sicurezza.
(2) Eliminare rapidamente l'accumulo di elettricità statica esistente e rilasciarlo immediatamente.
Nella produzione SMT, l'uso di questi prodotti anti-statici è essenziale, come ionizzatori, barre ioniche ed eliminatori statici.