PCB 제조의 ESD 보호 및 MSD 관리에 대한 종합 가이드: SMT 환경 신뢰성 보장

소개: PCB/PCBA에서 환경 제어의 중요한 역할

희미한 정전기 방전으로 인해 귀중한 마이크로프로세서가 즉시 파괴될 수 있습니다.. BGA를 잊으셨나요? 구성 요소, 습한 공기에 노출, 조용히 산화될 수도 있다, 납땜 결함으로 이어집니다. 이러한 숨겨진 위협은 환경 관리 측면에서 무시할 수 없는 중요한 환경 관리 과제를 나타냅니다. PCB 제조.

PCB 영역과 PCB 조작, 정전기 방전 (ESD) 및 수분에 민감한 장치 (MSD) 관리는 제품 신뢰성과 1차 수율에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.. 전자 기기의 소형화, 고밀도화 추세에 따라, ESD 및 습기에 민감한 부품으로 인한 잠재적 위험이 더욱 두드러집니다..

통계 데이터에 따르면 60% 저압계통의 전기화재 및 감전사고는 접지사고로 인해 발생, 특히 아크 단층. 뿐만 아니라, 약 30% 감전 사고의 대부분은 RCD가 없는 것과 관련이 있습니다. (잔류 전류 장치) 또는 잘못된 RCD 선택. ESD 및 MSD를 효과적으로 관리하는 것은 이러한 위험을 완화하는 데 필수적입니다. PCB 생산.

ESD 보호: 기본원리부터 실제 적용까지

정전기 방전 (ESD) 전자기 호환성의 중요한 주제입니다. (EMC), 특히 ESD 이벤트로 인해 장비 오작동이 발생할 수 있는 현대 전자 장치의 경우, 데이터 손실, 또는 영구적인 하드웨어 손상. 강력한 ESD 제어 조치를 구현하는 것은 모든 주요 PCB 제조업체에 필수적입니다..

ESD 메커니즘 및 손상 모델

ESD는 주로 세 가지 메커니즘을 통해 전자 장비에 영향을 미칩니다.: I/O 또는 전원 포트를 통한 직접적인 전도 효과; 근거리 복사 결합을 통한 장 결합 효과; 급속한 과도 현상으로 인한 전자기 펄스 효과, 광대역 전자기 간섭.

PCB 제조 환경 내에서, ESD는 주로 세 가지 방전 모드에서 발생합니다.:

• 인체 모델 (HBM): 사람은 움직임이나 마찰로 인해 정전기가 축적됩니다.. 집적 회로를 만졌을 때 (IC), 저장된 정전기 전하는 IC 핀을 통해 접지로 방전됩니다.. 이 방전은 수백 나노초 내에 수 암페어의 서지를 생성할 수 있습니다..

• 기계 모델 (MM): 기계 자체가 정전기를 축적합니다.. 기계가 IC에 접촉할 때, 정전기 방전은 IC 핀을 통해 발생합니다.. 기계는 일반적으로 금속이므로, 등가 방전 저항이 매우 낮습니다., 그 결과 훨씬 더 빠른 방전 프로세스가 가능합니다. 나노초에서 수십 나노초 내에 수 암페어가 가능합니다..

• 충전된 장치 모델 (CDM): IC는 즉각적인 손상 없이 마찰이나 다른 수단을 통해 내부 정전하를 축적합니다.. 그후, 충전된 IC의 핀이 접지된 표면에 접촉할 때, 내부 정전기가 핀을 통해 빠르게 흘러나옵니다., 방전 이벤트 발생.

ESD 보호 재료 및 접지 표준

효과적인 ESD 보호는 적절한 재료와 과학적 접지 방법에 달려 있습니다.. 금속은 도체이며 높은 누설 전류로 인해 구성 요소를 손상시킬 수 있습니다.. 절연체는 마찰 대전이 발생하기 쉽습니다.. 그러므로, 순수 금속이나 절연체 모두 이상적인 ESD 보호 재료가 아닙니다.. 대신에, 사용되는 재료에는 정전기 전도체가 포함됩니다. (표면저항 < 1×10⁵ Ω·cm) 및 정전기 분산 재료 (1×10⁵ Ω·cm ~ 1×10⁸ Ω·cm 사이의 표면 저항).

접지는 ESD 보호의 초석입니다.. 일반적인 기준에 따르면, ESD 접지 전극의 저항은 일반적으로 4Ω 미만이어야 합니다. (어떤 기준으로, 특정 미국 표준처럼, 요구하는 <1오). 견고한 접지 시스템은 종종 다중 지점 접근 방식을 사용합니다.: 최소 3개의 접지점 간격을 두고 3-5 미터 떨어져, 수직으로 구동되는 구리 피복 강철 막대를 사용하여 2 0.5m보다 깊은 구덩이에 미터. 이 지점은 70mm² 연선 도체와 함께 결합됩니다., 16mm² 절연 구리선이 이 그리드에서 시설 내부까지 주 접지 버스로 연결됩니다..

작업 표면 및 영역 접지 요구 사항이 더욱 엄격해졌습니다.: ESD 접지선은 6mm² 다연 절연 구리선을 사용해야 합니다., ESD 테스트 포인트와 메인 ESD 접지 버스 사이의 저항은 5~15Ω 이내로 유지되어야 합니다..

ESD 테스트 표준 및 방법

국제전기기술위원회 (IEC) 표준 IEC 61000-4-2 전자 장비의 ESD 내성을 관리합니다.. 그만큼 2025 버전에서는 최신 전자 장치의 요구 사항을 충족하기 위해 보다 엄격한 내성 요구 사항과 업데이트된 테스트 방법/매개 변수를 도입합니다..

ESD 테스트는 주로 두 가지 모드로 수행됩니다.: 접촉 방전 및 공중 방전. 접촉 방전은 사용자/물체와 장비 사이의 직접적인 접촉을 시뮬레이션합니다., 일반적인 테스트 전압은 8kV입니다.. 공기 방전은 충전된 사용자/물체가 장비에 접근할 때 발생하는 비접촉 스파크를 시뮬레이션합니다., 일반적인 테스트 전압은 15kV입니다..

(H3) IEC당 ESD 테스트 레벨 61000-4-2 기준

습기에 민감한 장치 (MSD) 관리: 식별부터 베이킹까지 완벽한 제어

MSD 관리는 또 다른 중요한 제어 요소입니다. SMT 환경. 부적절한 습도 조절로 인해 “팝콘 효과” 리플로우 솔더링 중, 내부 수분이 빠르게 증발하는 곳, 부품 내에서 박리 및 균열 발생.

MSD 식별 및 분류

습기에 민감한 장치는 습기로 인해 손상되기 쉬운 구성 요소입니다., 주로 PCB 및 IC를 포함 (예를 들어, BGA, MFF). 8가지 레벨로 분류됩니다. (1, 2, 2에이, 3, 4, 5, 5에이, 6), 각각 특정 바닥 생활 요구 사항이 있음.

현장 수명은 밀봉된 백을 개봉한 후 MSD가 공장 현장 조건에 노출될 수 있는 허용 시간을 나타냅니다.. 이 범위는 1 년도 (수준 2) 사용 직전에 굽도록 요구 (수준 6). 효과적인 관리를 위해서는 올바른 식별과 분류가 전제조건입니다..

MSD 보관 및 취급 사양

MSD 보관 환경에는 엄격한 통제가 필요합니다.. 창고 온도는 30°C 이하여야 합니다., MSD 수준에 따라 습도가 85%RH 이하에서 70%RH 이하로 제어됩니다..

포장 요구 사항은 수준에 따라 다릅니다.: 레벨 1-2a에는 특별한 요구 사항이 없습니다.; 레벨 3-5a에는 수분 차단 백이 필요합니다., 건조제, 그리고 경고 라벨; 수준 6 경고 라벨이 필요하지만 수분 차단 백은 없습니다..

한번 개봉하면, MSD는 지정된 현장 수명 내에서 엄격하게 사용해야 합니다.. 생산 인력은 생산 일정에 따라 개봉 수량을 결정해야 합니다.. 개봉하자마자, an “MSD 구성 요소 제어 카드” 반드시 첨부해야 합니다. 즉시 사용하지 않는 구성요소는 건조한 캐비닛에 임시로 보관해야 합니다. (25±5°C, 30%RH 이하).

MSD 베이킹 절차

MSD가 허용된 노출 시간을 초과하거나 습도 표시 카드가 있는 경우 베이킹이 필요합니다. (HIC) 기준치를 초과하는 습도를 나타냅니다. (예를 들어, >30%RH). 이런 조건에서는 베이킹이 필요합니다:

• 들어오는 진공 포장이 손상되었거나 누출되었습니다..

• HIC에서 습도가 30%RH를 초과하는 것으로 나타났습니다..

• 구성품은 제조업체가 지정한 밀봉된 보관 기간을 초과했습니다..

• 열린 구성요소가 지정된 바닥 수명을 초과했습니다..

• 고객별 요구 사항에 따라 베이킹이 의무화됨.

베이킹 매개변수는 구성 요소 속성에 따라 결정됩니다.:

• 고온에 견디는 포장을 갖춘 MSD: 115-125℃.

• 고온에 견디지 않는 포장이 포함된 MSD: 35-45℃.

PCB 베이킹 요구 사항은 구체적입니다.: OSP 마감 처리된 PCB를 오랫동안 보관함 6 달, 및 ENIG (이머젼 골드) 이상 보관된 마감 PCB 9 달, 베이킹이 필요하다. OSP PCB는 일반적으로 70-80°C에서 구워집니다. 3-6 시간, ENIG PCB는 115-125°C에서 구워집니다. 3-6 시간.

PCB 설계의 ESD 보호 조치

우수한 PCB 설계 ESD 보호의 기초를 형성합니다.. 합리적인 레이아웃과 라우팅으로 제품의 ESD 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다..

스택업 전략 및 라우팅 지침

4-Layer PCB Stack-up용, 권장 구성은 Signal-GND-Power-Signal입니다., 중요한 신호 트레이스가 견고한 접지면을 참조하도록 보장. 라우팅 중, 민감한 신호 트레이스는 보드 가장자리에서 5mm 이상 유지되어야 합니다.. 차동 쌍의 길이 불일치는 5mm 이내로 제어되어야 합니다.. 중요한 신호는 분할 평면을 교차하지 않아야 합니다..

RF PCB용, 넓은 면적의 접지가 필요함. 마이크로스트립 회로에서, 맨 아래 레이어는 매끄러워야 합니다., 연속 접지면. 우수한 전도성과 낮은 임피던스를 보장하려면 접지 접촉 표면을 금이나 은으로 도금해야 합니다..

차폐 설계 및 구현

민감한 회로와 강력한 라디에이터에는 차폐가 필요합니다.. 수신기 프런트 엔드와 같은 회로 영역, RF/IF 단위, 발진기, 전력 증폭기, 안테나 피드, 디지털 신호 프로세서에는 종종 적절한 차폐가 필요합니다..

일반적인 차폐 재료는 전도성이 높습니다., 동판/호일 등, 알루미늄 판/포일, 강판, 금속 도금, 전도성 코팅. PCB 자체에, 에이 “울타리를 통해” 구현될 수 있다: 실드가 PCB와 접촉할 수 있는 영역을 따라 접지된 비아 행을 배치합니다.. 최소 두 개의 엇갈린 비아 행이 필요합니다., 같은 행에 있는 비아 사이의 간격이 λ/20보다 작은 경우.

시스템 접지 및 안전 요구 사항

시스템 접지는 전자 제조 환경 전반에 걸쳐 안전을 보장하기 위한 기반입니다.. 저전압 AC 시스템에서 DC 및 AC/DC 하이브리드 시스템을 포함하도록 범위를 확장하기 위해 관련 국가 표준이 개정되고 있습니다., 저전압 DC 시스템에 대한 접지 및 안전 요구 사항 추가.

접지 시스템 설계 및 구현

접지 시스템 설계는 안전성과 신뢰성의 균형을 이루어야 합니다.. 시스템 접지 저항은 일반 표준에 따라 4Ω 미만이어야 합니다.. 접지 전극은 최소한 배치되어야 합니다. 10 영향을 피하기 위해 건물 기초 및 장비 패드에서 몇 미터 떨어진 곳에 “단계 전압” 번개가 칠 때.

설치는 엄격한 절차를 따라야 합니다: ESD 접지 전극 (예를 들어, 3m×ø20mm 구리 피복 막대) 표면 아래 최소 3m 깊이까지 수직으로 구동됩니다.. 최소 3개의 전극이 일렬로 배열되어 있습니다. 3-5 미터 간격, 지반 강화 재료로 둘러싸여 있음.

접지 저항 테스트 및 검증

정기적인 테스트를 통해 접지 시스템의 유효성을 검증해야 합니다.. 접지 저항 테스터 사용, 테스트 프로브는 최소한 토양에 삽입됩니다. 10 미터 떨어져, 저항값이 측정됩니다..

시스템 신뢰성을 보장하려면 최소한 매년 테스트를 수행해야 합니다.. 모든 테스트 결과는 잠재적인 문제를 사전에 식별하기 위해 추세를 기록하고 분석해야 합니다..

통합 ESD 및 MSD 관리 관행

환경 제어 요구 사항

ESD와 MSD 관리 모두 엄격한 환경 통제를 요구합니다.. ESD 보호 구역의 온도 (EPA) 23±3°C에서 유지되어야 합니다, 상대 습도가 45-70%RH 사이인 경우. ESD에 민감한 장치 작동 (SSD) 30%RH 이하의 환경에서는 금지됩니다..

생산 구역은 청결하게 유지되어야 합니다. 음식 등 개인 물품, 음료수, 바지, 모직물, 신문, EPA 작업대에서는 고무장갑 사용이 금지되어 있습니다..

인력 교육 및 운영 절차

MSD를 취급하는 모든 직원은 ESD 장갑과 손목 스트랩을 착용해야 합니다., 완전한 ESD 보호 조치 구현. 운영자는 ESD 안전 교육이 필요하며 생산 승인을 받기 전에 관련 검사를 통과해야 합니다..

작업자는 기능성 ESD 손목 스트랩을 착용해야 합니다., 매일 확인됨. MSD의 경우, 운영자는 생산 일정을 엄격히 준수하여 개봉 수량을 결정해야 합니다., 불필요한 노출 피하기.

감사 및 지속적인 개선

강력한 감사 메커니즘을 확립하는 것은 효과적인 ESD 및 MSD 관리를 유지하는 데 중요합니다.. IPQC (프로세스 품질 관리) 생산 라인의 MSD 제어 카드를 감사해야 합니다., 올바르게 완료되었으며 실제 작업과 일치하는지 확인, 부적합 사항을 즉시 시정.

바닥면의 표면저항을 정기적으로 측정, 작업대, 모든 ESD 제어 기능이 제대로 작동하는지 확인하는 용기. 확인된 문제에 대해, 시정 조치를 구현하고 그 효과를 추적합니다..

결론: 안정적인 PCB 제조를 위한 기반 구축

PCB 제조 시 ESD 보호 및 MSD 관리는 체계적인 엔지니어링 과제를 구성합니다., 설계 전반에 걸쳐 포괄적인 제어가 필요함, 재료, 프로세스, 환경, 및 인력. 새로운 에너지의 발전에 힘입어 전자 기술이 발전함에 따라, 스마트 빌딩, DC 마이크로그리드, 등 - 시스템 접지 및 안전에 대한 요구 사항이 계속 높아지고 있습니다..

과학적 관리 시스템을 구축하고 관련 표준 및 사양을 엄격하게 준수하는 것이 PCB/PCBA 신뢰성을 효과적으로 향상시키는 유일한 방법입니다., 1차 통과 수율 개선, 품질 위험 감소, 경쟁력을 유지하고. 을 위한 PCB 제조업체, 강력한 ESD 및 MSD 관리 시스템을 구현하여 제품 신뢰성을 크게 높이는 것은 단순히 고객 요구 사항을 충족하는 데 필요한 것이 아니라 핵심 경쟁력을 강화하고 지속 가능한 비즈니스 성장을 위한 견고한 기반을 마련하는 중요한 경로입니다..