เทคโนโลยีการป้องกันการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตสำหรับการผลิต SMT
ในการผลิตผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) มักจะสร้างความเสียหายให้กับส่วนประกอบต่างๆ แม้กระทั่งทำให้ชิ้นส่วนทำงานผิดปกติและส่งผลให้เกิดการสูญเสียร้ายแรง ดังนั้นการป้องกัน ESD ในการผลิต SMT จึงมีความสำคัญ วารสารนี้ได้เชิญผู้เชี่ยวชาญสองคนจากปักกิ่งและเซี่ยงไฮ้มาเขียนบทความแนะนำและวิเคราะห์แหล่งที่มาของไฟฟ้าสถิตและหลักการป้องกัน ESD ในการผลิตผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ โดยจะให้ข้อมูลเบื้องต้นโดยละเอียดเกี่ยวกับเทคโนโลยีการป้องกัน ESD ขั้นพื้นฐานและมาตรการที่เกี่ยวข้องในการผลิต SMT เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงของคุณ
I. ไฟฟ้าสถิตย์และอันตรายจากไฟฟ้าสถิต
ไฟฟ้าสถิตย์เป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานไฟฟ้าที่อยู่บนพื้นผิวของวัตถุ เป็นผลมาจากความไม่สมดุลของประจุบวกและประจุลบภายในพื้นที่ที่มีการแปล และเกิดขึ้นจากการแปลงอิเล็กตรอนหรือไอออน ไฟฟ้าสถิตย์เป็นคำทั่วไปที่ใช้เรียกปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างการสร้างและการหายไปของประจุ เช่น ประจุไทรโบอิเล็กทริก และไฟฟ้าสถิตในร่างกายมนุษย์
ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ไฟฟ้าสถิตจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางและมีประสิทธิภาพในด้านต่างๆ เช่น การพ่นด้วยไฟฟ้าสถิต สิ่งทอด้วยไฟฟ้าสถิต การคัดแยกด้วยไฟฟ้าสถิต และการถ่ายภาพด้วยไฟฟ้าสถิต อย่างไรก็ตาม ในทางกลับกัน การสร้างไฟฟ้าสถิตอาจทำให้เกิดอันตรายและการสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญในหลายด้าน ตัวอย่างเช่น ในยานอวกาศที่ควบคุมโดย Apollo ลำแรก การระเบิดที่เกิดจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) คร่าชีวิตนักบินอวกาศสามคน อุบัติเหตุที่ทำให้เกิดการบาดเจ็บหรือเสียชีวิตเนื่องจาก ESD ก็เป็นเรื่องปกติในการผลิตดินปืน
ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อความหนาแน่นของการบูรณาการเพิ่มขึ้น ชั้นฉนวนภายในของวงจรรวมจะบางลง และความกว้างและระยะห่างของสายเชื่อมต่อระหว่างกันก็เล็กลง ตัวอย่างเช่น ความหนาโดยทั่วไปของชั้นฉนวนของอุปกรณ์ CMOS คือประมาณ 0.1 μm โดยมีแรงดันพังทลายที่สอดคล้องกันที่ 80-100V; ชั้นฉนวนของอุปกรณ์ VMOS นั้นบางลงด้วยซ้ำ โดยมีแรงดันพังทลายที่ 30V แรงดันไฟฟ้าไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิต การขนส่ง และการจัดเก็บผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีแรงดันไฟฟ้าเกินแรงดันพังทลายของอุปกรณ์ MOS อย่างมาก ซึ่งมักจะทำให้เกิดปรากฏการณ์การพังทลายอย่างรุนแรงหรือการพังทลายแบบนุ่มนวล (ความเสียหายเฉพาะที่) ส่งผลให้อุปกรณ์ทำงานล้มเหลวหรือส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์
เพื่อควบคุมและกำจัด ESD ประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่น สหรัฐอเมริกา ยุโรปตะวันตก และญี่ปุ่น ได้กำหนดมาตรฐานหรือข้อบังคับระดับชาติ การทหาร และองค์กร มีกฎระเบียบที่เกี่ยวข้องซึ่งควบคุมการออกแบบ การผลิต การจัดซื้อ คลังสินค้า การตรวจสอบ การจัดเก็บ การประกอบ การแก้จุดบกพร่อง การบรรจุ และการขนส่งส่วนประกอบที่ไวต่อไฟฟ้าสถิต (ESS) กฎระเบียบที่เข้มงวดยังควบคุมการผลิต การใช้ และการจัดการอุปกรณ์ป้องกัน ESD ประเทศของฉันยังได้กำหนดมาตรฐานทางทหารและวิสาหกิจตามมาตรฐานสากล เช่น มีมาตรฐานจากกระทรวงการบิน กระทรวงเครื่องจักรและอิเล็กทรอนิกส์ และกระทรวงปิโตรเลียม
ครั้งที่สอง อุปกรณ์ที่ไวต่อไฟฟ้าสถิต (SSD)
อุปกรณ์ที่ไวต่อปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตเรียกว่าส่วนประกอบที่ไวต่อไฟฟ้าสถิต (SSD) อุปกรณ์ที่ไวต่อ ESD- ส่วนใหญ่หมายถึงวงจรรวมขนาดใหญ่มาก- โดยเฉพาะเซมิคอนดักเตอร์แบบฟิล์มเคลือบโลหะ (วงจร MOS) สามารถใช้มาตรการป้องกัน ESD ที่แตกต่างกันสำหรับอุปกรณ์ SSD ที่แตกต่างกันตามตารางการจัดหมวดหมู่ SSD
ที่สาม แหล่งไฟฟ้าสถิตย์ในการผลิตผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์
(1) ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การเสียดสี การสัมผัส และการแยกระหว่างคนกับวัตถุ เช่น เสื้อผ้า รองเท้า และถุงเท้า เป็นหนึ่งในแหล่งไฟฟ้าสถิตย์หลักในการผลิตผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ไฟฟ้าสถิตของมนุษย์เป็นสาเหตุสำคัญของการพังทลายของอุปกรณ์อย่างแข็ง (อ่อน) แรงดันไฟฟ้าคงที่ที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์จะอยู่ที่ประมาณ 0.5-2KV นอกจากนี้ ความชื้นในอากาศยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อแรงดันไฟฟ้าสถิต ในสภาพแวดล้อมที่แห้ง มันสามารถเพิ่มขึ้นได้ตามลำดับความสำคัญ (2) การเสียดสีระหว่างชุดทำงานที่ทำจากเส้นใยสังเคราะห์หรือผ้าฝ้ายกับพื้นผิวการทำงานหรือเก้าอี้ สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าคงที่มากกว่า 6000V บนพื้นผิวเสื้อผ้า เพื่อชาร์จร่างกายมนุษย์ การสัมผัสกับเสื้อผ้าที่มีประจุดังกล่าวอาจทำให้มีของเหลวไหลออกมา และทำให้ส่วนประกอบเสียหายได้ง่าย
(3) พื้นรองเท้ายางหรือพลาสติกมีความต้านทานฉนวนสูงถึง 10¹³ Ω การเสียดสีกับพื้นทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์และชาร์จพลังงานให้กับร่างกายมนุษย์
(4) เมื่อส่วนประกอบที่ห่อหุ้มด้วยเรซิน สี หรือฟิล์มพลาสติกถูกขนส่งในบรรจุภัณฑ์ การเสียดสีระหว่างพื้นผิวส่วนประกอบกับวัสดุบรรจุภัณฑ์สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าคงที่หลายร้อยโวลต์ ซึ่งจะปล่อยส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนออกมา
(5) วัสดุบรรจุภัณฑ์ กล่อง กล่องหมุนเวียน ชั้นวาง PCB ฯลฯ ที่ทำจาก PP (โพลีโพรพีลีน), PE (โพลีเอทิลีน), PS (โพลีไวนิลคลอไรด์), PVR (โพลียูรีเทน), PVC และวัสดุโพลีเมอร์อื่น ๆ เช่น โพลีเอสเตอร์และเรซิน สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าคงที่ 1-3.5KV เนื่องจากการเสียดสีและการกระแทก การคายประจุส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน
(6) พื้นผิวการทำงานทั่วไปทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์ผ่านการเสียดสี
(7) พื้นคอนกรีต พื้นแว็กซ์และขัดเงา แผ่นยาง และพื้นผิวฉนวนอื่นๆ มีความต้านทานฉนวนสูง ทำให้ประจุไฟฟ้าสถิตในร่างกายมนุษย์รั่วไหลได้ยาก
(8) สำหรับอุปกรณ์และเครื่องมือการผลิตอิเล็กทรอนิกส์: ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง-และวงจร AC/DC ในอุปกรณ์ เช่น หัวแร้ง เครื่องบัดกรีแบบคลื่น เตาอบแบบรีโฟลว์ เครื่องติดตั้ง อุปกรณ์แก้ไขจุดบกพร่อง และอุปกรณ์ทดสอบ สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ หากมาตรการการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตของอุปกรณ์ไม่เพียงพอ อาจทำให้ส่วนประกอบที่มีความละเอียดอ่อนล้มเหลวในระหว่างกระบวนการผลิตได้ การไหลเวียนของอากาศร้อนในเตาอบและการเสียดสีกับตัวเตาอบ รวมถึงไอของ CO2 ในห้องทำความเย็นอุณหภูมิต่ำของ CO2- ล้วนสร้างประจุไฟฟ้าสถิตจำนวนมากได้ หลักการป้องกันไฟฟ้าสถิตย์
เป็นไปไม่ได้เลยที่จะกำจัดไฟฟ้าสถิตในการผลิตผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างสมบูรณ์ การเกิดไฟฟ้าสถิตไม่ใช่ปัญหา ปัญหาอยู่ที่การสะสมของไฟฟ้าสถิตและการคายประจุไฟฟ้าสถิตที่ตามมา หัวใจสำคัญของการป้องกันไฟฟ้าสถิตย์คือการกำจัดมันอย่างเงียบๆ
(1) ป้องกันการสะสมไฟฟ้าสถิตในบริเวณที่อาจเกิดขึ้น ใช้มาตรการภายในขอบเขตที่ปลอดภัย
(2) กำจัดการสะสมไฟฟ้าสถิตย์ที่มีอยู่อย่างรวดเร็วและปล่อยออกมาทันที
ในการผลิต SMT การใช้ผลิตภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต-เหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญ เช่น เครื่องสร้างประจุไอออน แท่งไอออน และเครื่องกำจัดไฟฟ้าสถิต