Комплексное руководство по защите от электростатического разряда и управлению MSD при производстве печатных плат: Обеспечение надежности среды SMT

Введение: Критическая роль экологического контроля в PCB/PCBA

Слабый треск электростатического разряда может мгновенно вывести из строя ценный микропроцессор. Забыл бга компоненты, подвергается воздействию влажного воздуха, может тихо окисляться, приводя к дефектам пайки. Эти скрытые угрозы представляют собой серьезные проблемы управления окружающей средой, которые нельзя игнорировать. Производство печатных плат.

В области печатных плат и печатная плата Производство, Электростатический разряд (ЭСД) и устройство, чувствительное к влаге (МСД) Управление является решающим фактором, влияющим на надежность продукта и выход продукции с первого прохода.. Поскольку электронные устройства имеют тенденцию к миниатюризации и более высокой плотности, потенциальные риски, связанные с электростатическим разрядом и чувствительными к влаге компонентами, становятся еще более выраженными.

Статистические данные свидетельствуют о том, что более 60% электрических пожаров и поражений электрическим током в низковольтных системах вызваны замыканиями на заземление, особенно дуговые замыкания. Более того, примерно 30% несчастных случаев с поражением электрическим током связаны с отсутствием УЗО (Устройства защитного отключения) или неправильный выбор УЗО. Эффективное управление ОУР и ОУР имеет основополагающее значение для смягчения таких рисков в печатная плата производство.

Защита от ЭСР: От фундаментальных принципов к практическому применению

Электростатический разряд (ЭСД) является важной темой в области электромагнитной совместимости. (ЭМС), особенно для современной электроники, где события ESD могут привести к неисправности оборудования, потеря данных, или необратимое повреждение оборудования. Внедрение надежных мер контроля электростатического разряда имеет важное значение для любого серьезного производителя печатных плат..

Механизмы ЭСР и модели повреждений

ЭСР влияет на электронное оборудование в основном через три механизма.: прямые эффекты проводимости через порты ввода-вывода или питания; эффекты связи поля за счет радиационной связи в ближнем поле; и электромагнитные импульсные эффекты от быстропереходных процессов, широкополосные электромагнитные помехи.

В сфере производства печатных плат, ЭСР в основном возникает в трех режимах разряда.:

• Модель человеческого тела (HBM): Человек накапливает статический заряд за счет движения или трения.. При прикосновении к интегральной схеме (IC), накопленный электростатический заряд разряжается через контакты микросхемы на землю. Этот разряд может вызвать скачок в несколько ампер за несколько сотен наносекунд..

• Модель машины (ММ): Машины сами накапливают статический заряд.. Когда машина контактирует с микросхемой, электростатический разряд происходит через контакты микросхемы. Поскольку машины обычно металлические, эквивалентное сопротивление разряда очень низкое, что приводит к еще более быстрому процессу разряда — от нескольких ампер в пределах от наносекунд до десятков наносекунд..

• Модель заряженного устройства (МЧР): Микросхема накапливает внутренний статический заряд за счет трения или других способов без немедленного повреждения.. Впоследствии, когда вывод заряженной микросхемы касается заземленной поверхности, внутренний статический заряд быстро вытекает через штифт, вызывая событие разряда.

Защитные материалы от электростатического разряда и стандарты заземления

Эффективная защита от электростатического разряда зависит от подходящих материалов и методологий научного обоснования.. Металлы являются проводниками и могут повредить компоненты из-за высоких токов утечки.. Изоляторы склонны к трибоэлектрическому заряду.. Поэтому, ни чистые металлы, ни изоляторы не являются идеальными материалами для защиты от электростатического разряда.. Вместо, используемые материалы включают электростатические проводники (поверхностное удельное сопротивление < 1× 10⁵ О · см) и электростатические рассеивающие материалы (поверхностное сопротивление от 1×10⁵ Ом·см до 1×10⁸ Ом·см).

Заземление – краеугольный камень защиты от электростатического разряда. По общепринятым стандартам, сопротивление заземляющего электрода ESD обычно должно быть менее 4 Ом. (с некоторыми стандартами, как некоторые стандарты США, требующий <1Ой). Надежная система заземления часто использует многоточечный подход.: не менее трех точек заземления, расположенных друг от друга 3-5 метров друг от друга, с использованием омедненных стальных стержней, приводимых в движение вертикально над 2 метров в ямы глубиной более 0,5 м.. Эти точки соединены между собой многожильным проводником сечением 70 мм²., И изолированный медный провод сечением 16 мм² подключается от этой сети к внутренней части объекта в качестве основной заземляющей шины..

Требования к заземлению рабочих поверхностей и помещений еще более строгие.: Для заземляющих проводов ESD следует использовать многожильный изолированный медный провод сечением 6 мм²., и сопротивление между любой контрольной точкой ESD и основной заземляющей шиной ESD должно поддерживаться в пределах 5–15 Ом..

Стандарты и методы ESD-тестирования

Международная электротехническая комиссия (МЭК) стандарт МЭК 61000-4-2 регулирует устойчивость электронного оборудования к электростатическому разряду. The 2025 В этом выпуске представлены более строгие требования к помехоустойчивости и обновленные методы/параметры испытаний для удовлетворения потребностей новых электронных устройств..

ESD-тестирование в основном проводится в двух режимах.: Контактный разряд и воздушный разряд. Контактный разряд имитирует прямой контакт между пользователем/объектом и оборудованием., с типичным испытательным напряжением 8 кВ. Разряд воздуха имитирует бесконтактную искру от заряженного пользователя/объекта, приближающегося к оборудованию., с типичным испытательным напряжением 15 кВ.

(H3) Уровни испытаний ESD согласно IEC 61000-4-2 Стандартный

Чувствительное к влаге устройство (МСД) Управление: Полный контроль от идентификации до выпечки

Управление MSD является еще одним важным элементом контроля в СМТ окружающая среда. Неправильный контроль влажности может привести к “эффект попкорна” во время пайки оплавлением, где внутренняя влага быстро испаряется, вызывая расслоение и трещины внутри компонента.

Идентификация и классификация MSD

Чувствительные к влаге устройства — это компоненты, чувствительные к повреждению из-за влаги., в первую очередь, включая печатные платы и микросхемы (например, БГА, ММФ). Они разделены на восемь уровней. (1, 2, 2а, 3, 4, 5, 5а, 6), каждый из которых имеет определенные требования к сроку службы пола.

Срок службы пола означает допустимое время, в течение которого МСД может подвергаться воздействию условий заводского цеха после открытия запечатанного пакета.. Это варьируется от 1 год (Уровень 2) требовать запекания непосредственно перед использованием (Уровень 6). Правильная идентификация и классификация являются предпосылками эффективного управления..

Характеристики хранения и обращения с МСД

Среды хранения МСД требуют строгого контроля.. Температура склада должна быть ≤30°C., с контролем влажности в диапазоне от ≤85% относительной влажности до ≤70% относительной влажности в зависимости от уровня MSD.

Требования к упаковке различаются в зависимости от уровня: Уровни 1-2а не имеют особых требований.; Для уровней 3–5a требуются влагонепроницаемые мешки., осушитель, и предупреждающие надписи; Уровень 6 требуется предупреждающая этикетка, но нет влагозащитного пакета.

После открытия, MSD должны использоваться строго в течение указанного срока эксплуатации.. Производственный персонал должен определить количество для открытия на основе производственного графика.. Сразу после открытия, анонца “Плата управления компонентом MSD” должен быть прикреплен. Любые компоненты, которые не используются немедленно, следует временно хранить в сухом шкафу. (25±5°С, ≤30% относительной влажности).

Процедуры выпечки MSD

Выпекание требуется, когда МСД превышают допустимое время воздействия или когда карта индикатора влажности (ИК) показывает уровень влажности, превышающий стандарт (например, >30%Раствор). Выпечка необходима в таких условиях.:

• Входящая вакуумная упаковка повреждена или протекает.

• HIC показывает влажность, превышающую 30 % относительной влажности..

• Срок хранения компонентов в запечатанной упаковке превышает указанный производителем..

• Открытые компоненты превышают указанный срок службы пола..

• Особые требования заказчика требуют выпечки.

Параметры выпечки определяются свойствами компонентов.:

• МСД в упаковке, устойчивой к высоким температурам: 115-125°С.

• МСД с упаковкой, не устойчивой к высоким температурам: 35-45°С.

Требования к запеканию печатных плат специфичны.: Печатные платы с отделкой OSP хранятся более 6 месяцы, и ЭНИГ (Погружение Золото) готовые печатные платы хранятся более 9 месяцы, требуют выпечки. Печатные платы OSP обычно запекаются при температуре 70-80°C. 3-6 часы, в то время как печатные платы ENIG запекаются при температуре 115-125°C для 3-6 часы.

Меры защиты от электростатического разряда при проектировании печатных плат

Начальство дизайн печатной платы формирует основу защиты от электростатического разряда. Рациональная компоновка и маршрутизация могут значительно повысить устойчивость продукта к электростатическому разряду..

Стратегия стека и рекомендации по маршрутизации

Для 4-слойной сборки печатной платы, рекомендуемая конфигурация: Сигнал-Земля-Питание-Сигнал., обеспечение того, чтобы критические трассы сигнала относились к твердой заземляющей плоскости. Во время маршрутизации, Следы чувствительного сигнала должны располагаться на расстоянии ≥5 мм от края платы.. Несоответствие длин дифференциальных пар должно контролироваться в пределах ≤5 мм.. Критические сигналы не должны пересекать разделенные плоскости..

Для радиочастотных печатных плат, требуют заземления большой площади. В микрополосковых схемах, нижний слой должен быть гладким, сплошная земляная плоскость. Поверхности контакта с землей должны быть покрыты золотом или серебром, чтобы обеспечить хорошую проводимость и низкий импеданс..

Проектирование и реализация экранирования

Чувствительные схемы и мощные радиаторы требуют экранирования.. Области схемы, такие как входные каскады приемника, Блоки RF/IF, осцилляторы, усилители мощности, антенные каналы, процессоры цифровых сигналов часто нуждаются в соответствующем экранировании..

Обычные экранирующие материалы обладают высокой проводимостью., такие как медные пластины/фольга, алюминиевые пластины/фольга, стальные листы, металлические покрытия, и проводящие покрытия. На самой плате, а “Через забор” может быть реализован: разместите ряды заземленных переходных отверстий вдоль области, где экран может соприкасаться с печатной платой. Требуется как минимум два расположенных в шахматном порядке рядов переходных отверстий., с расстоянием между переходными отверстиями в одном ряду менее λ/20.

Требования к заземлению системы и безопасности

Заземление системы является основой обеспечения безопасности во всей среде электронного производства.. Соответствующие национальные стандарты пересматриваются с целью расширения их сферы применения от низковольтных систем переменного тока до включения систем постоянного тока и гибридных систем переменного/постоянного тока., добавление требований к заземлению и безопасности для низковольтных систем постоянного тока.

Проектирование и внедрение системы заземления

Конструкция системы заземления должна сочетать безопасность и надежность.. Сопротивление заземления системы должно быть менее 4 Ом в соответствии с общепринятыми стандартами.. Заземляющие электроды следует размещать не менее 10 метров от фундаментов зданий и площадок оборудования, чтобы избежать влияния “шаг напряжения” во время ударов молний.

Установка должна соответствовать строгим процедурам.: Заземляющие электроды ESD (например, 3стержни m×φ20 мм, плакированные медью) забиваются вертикально на глубину не менее 3 м ниже уровня поверхности.. Минимум три электрода располагаются на одной линии с 3-5 расстояние в метре, окружен материалом для улучшения земли.

Испытание и проверка сопротивления заземления

Эффективность системы заземления должна проверяться посредством периодических испытаний.. Использование тестера сопротивления заземления, щупы вставляются в почву не менее 10 метров друг от друга, и измеряется значение сопротивления.

Тестирование должно проводиться не реже одного раза в год для обеспечения надежности системы.. Все результаты испытаний должны записываться и анализироваться на предмет тенденций для заблаговременного выявления потенциальных проблем..

Интегрированные практики управления ОУР и MSD

Требования экологического контроля

Управление ESD и MSD требует строгого экологического контроля.. Температура в зоне, защищенной от электростатического разряда (Эпэ) следует поддерживать при температуре 23±3°C., с относительной влажностью 45-70% относительной влажности. Эксплуатация устройств, чувствительных к электростатическому разряду (твердотельные накопители) в средах с относительной влажностью ниже 30% запрещено.

Производственные помещения должны содержаться в чистоте.. Личные вещи, такие как еда, напитки, сумки, шерсть, газеты, и резиновые перчатки запрещены на рабочих поверхностях EPA..

Обучение персонала и рабочие процедуры

Весь персонал, работающий с МСД, должен носить антистатические перчатки и антистатические браслеты., внедрение полных мер защиты от электростатического разряда. Операторам необходимо пройти обучение по технике безопасности ESD и пройти соответствующие проверки, прежде чем получить разрешение на производство..

Операторы должны носить функциональный браслет ESD., проверяется ежедневно. Для МСД, операторы должны строго следовать производственному графику, чтобы определить количество для открытия, избегая ненужного воздействия.

Аудит и постоянное улучшение

Создание надежного механизма аудита является ключом к поддержанию эффективного управления ESD и MSD.. IPQC (Процедура контроля качества) должен проверять контрольные карты MSD на производственной линии, проверка их правильности и соответствия фактическим операциям, оперативное устранение несоответствий.

Регулярно измеряйте поверхностное сопротивление полов., рабочие поверхности, и контейнеры для обеспечения работоспособности всех элементов управления электростатическим разрядом.. По всем выявленным проблемам, внедрять корректирующие действия и отслеживать их эффективность.

Заключение: Создание основы для надежного производства печатных плат

Защита от электростатического разряда и управление MSD при производстве печатных плат представляют собой систематическую инженерную задачу., требующий всестороннего контроля над проектированием, материалы, процессы, среда, и персонал. По мере развития электронных технологий, движимого достижениями в области новой энергетики, умные здания, Микросети постоянного тока, и т. д. — требования к заземлению системы и безопасности продолжают расти..

Создание научной системы управления и строгое соблюдение соответствующих стандартов и спецификаций — единственные способы эффективного повышения надежности печатных плат/PCBA., повысить выход при первом проходе, снизить риски качества, и поддерживать конкурентное преимущество. Для Производители печатной платы, внедрение надежной системы управления ESD и MSD для значительного повышения надежности продукции — это не просто необходимость для удовлетворения потребностей клиентов, но и решающий путь к усилению основной конкурентоспособности и закладке прочной основы для устойчивого роста бизнеса..