SMT-Produktionstechnologie zum Schutz vor elektrostatischer Entladung
Bei der Herstellung elektronischer Produkte werden Komponenten durch elektrostatische Entladung (ESD) häufig beschädigt, was sogar zu Fehlfunktionen und schwerwiegenden Verlusten führen kann. Daher ist der ESD-Schutz in der SMT-Produktion von entscheidender Bedeutung. Diese Zeitschrift lud zwei Experten aus Peking und Shanghai ein, Artikel zu schreiben, in denen die Quellen statischer Elektrizität und die Prinzipien des ESD-Schutzes bei der Herstellung elektronischer Produkte vorgestellt und analysiert werden. Es bietet eine detaillierte Einführung in einige grundlegende ESD-Schutztechnologien und entsprechende Maßnahmen in der SMT-Produktion als Referenz.
I. Statische Elektrizität und ihre Gefahren
Statische Elektrizität ist eine Form elektrischer Energie, die sich auf der Oberfläche eines Objekts befindet. Es resultiert aus einem Ungleichgewicht positiver und negativer Ladungen innerhalb eines lokalisierten Bereichs und entsteht durch die Umwandlung von Elektronen oder Ionen. Statische Elektrizität ist der allgemeine Begriff für elektrische Phänomene, die beim Erzeugen und Verschwinden von Ladungen entstehen, wie z. B. triboelektrische Aufladung und statische Elektrizität des menschlichen Körpers.
Mit dem technologischen Fortschritt wurde statische Elektrizität in Bereichen wie elektrostatisches Sprühen, elektrostatische Textilien, elektrostatische Sortierung und elektrostatische Bildgebung umfassend und effektiv eingesetzt. Andererseits kann die Erzeugung statischer Elektrizität jedoch in vielen Bereichen zu erheblichen Gefahren und Verlusten führen. Im ersten bemannten Apollo-Raumschiff beispielsweise kamen bei einer durch elektrostatische Entladung (ESD) verursachten Explosion drei Astronauten ums Leben; Auch bei der Herstellung von Schießpulver kommt es häufig zu Unfällen mit Verletzungen oder Todesfällen durch ESD.
In der Elektronikindustrie werden mit zunehmender Integrationsdichte die inneren Isolierschichten integrierter Schaltkreise dünner und die Breite und der Abstand der Verbindungsdrähte kleiner. Beispielsweise beträgt die typische Dicke der Isolierschicht eines CMOS-Bauelements etwa 0,1 μm, mit einer entsprechenden Durchbruchspannung von 80–100 V; Die Isolierschicht eines VMOS-Bauelements ist mit einer Durchbruchspannung von 30 V sogar noch dünner. Die bei der Herstellung, dem Transport und der Lagerung elektronischer Produkte erzeugte elektrostatische Spannung übersteigt die Durchbruchspannung von MOS-Geräten bei weitem und führt häufig zu Phänomenen des harten oder weichen Durchbruchs (lokale Schäden), die zum Ausfall des Geräts führen oder die Produktzuverlässigkeit erheblich beeinträchtigen.
Um ESD zu kontrollieren und zu beseitigen, haben Industrieländer wie die Vereinigten Staaten, Westeuropa und Japan nationale, militärische und unternehmensbezogene Standards oder Vorschriften eingeführt. Es gibt entsprechende Vorschriften für Design, Herstellung, Einkauf, Lagerung, Inspektion, Lagerung, Montage, Fehlerbehebung, Verpackung und Transport von elektrostatisch empfindlichen Komponenten (ESS). Auch für die Herstellung, Verwendung und Verwaltung von ESD-Schutzgeräten gelten strenge Vorschriften. Mein Land hat auch Militär- und Unternehmensstandards formuliert, die auf internationalen Standards basieren. Es gibt beispielsweise Standards des Ministeriums für Luft- und Raumfahrt, des Ministeriums für Maschinen und Elektronik und des Ministeriums für Erdöl.
II. Elektrostatisch empfindliche Geräte (SSDs)
Geräte, die empfindlich auf elektrostatische Reaktionen reagieren, werden als elektrostatisch empfindliche Komponenten (SSDs) bezeichnet. ESD-empfindliche Geräte beziehen sich hauptsächlich auf sehr große integrierte Schaltkreise, insbesondere metallisierte Filmhalbleiter (MOS-Schaltkreise). Gemäß der SSD-Klassifizierungstabelle können für verschiedene SSD-Geräte unterschiedliche ESD-Schutzmaßnahmen ergriffen werden.
III. Statische Elektrizitätsquellen in der Herstellung elektronischer Produkte
(1) Statische Elektrizität, die durch menschliche Aktivitäten wie Reibung, Kontakt und Trennung zwischen Menschen und Gegenständen wie Kleidung, Schuhen und Socken erzeugt wird, ist eine der wichtigsten Quellen statischer Elektrizität bei der Herstellung elektronischer Produkte. Menschliche statische Elektrizität ist eine der Hauptursachen für den harten (weichen) Ausfall von Geräten. Die durch menschliche Aktivität erzeugte statische Spannung beträgt etwa 0,5-2 kV. Darüber hinaus hat die Luftfeuchtigkeit einen erheblichen Einfluss auf die statische Spannung; in trockener Umgebung kann sie um eine Größenordnung ansteigen. (2) Durch Reibung zwischen Arbeitskleidung aus synthetischen Fasern oder Baumwolle und Arbeitsflächen oder Stühlen kann auf der Kleidungsoberfläche eine statische Spannung von über 6000 V entstehen, die den menschlichen Körper auflädt. Der Kontakt mit derart aufgeladener Kleidung kann zu Entladungen führen, wodurch Bauteile leicht beschädigt werden können.
(3) Schuhsohlen aus Gummi oder Kunststoff haben einen Isolationswiderstand von bis zu 10¹³ Ω. Durch die Reibung mit dem Boden entsteht statische Elektrizität, die den menschlichen Körper auflädt.
(4) Beim Transport von in Harz, Lack oder Kunststofffolien eingekapselten Bauteilen in Verpackungen kann durch Reibung zwischen der Bauteiloberfläche und dem Verpackungsmaterial eine statische Spannung von mehreren hundert Volt entstehen, die empfindliche Bauteile entlädt.
(5) Verschiedene Verpackungsmaterialien, Kartons, Wendeboxen, PCB-Racks usw. aus PP (Polypropylen), PE (Polyethylen), PS (Polyvinylchlorid), PVR (Polyurethan), PVC und anderen Polymermaterialien wie Polyester und Harz können durch Reibung und Stöße eine statische Spannung von 1–3,5 kV erzeugen und empfindliche Komponenten entladen.
(6) Gewöhnliche Arbeitsflächen erzeugen durch Reibung statische Elektrizität.
(7) Beton, gewachste und polierte Böden, Gummiplatten und andere isolierende Oberflächen weisen einen hohen Isolationswiderstand auf, wodurch statische Aufladungen des menschlichen Körpers nur schwer entweichen können.
(8) In Bezug auf elektronische Produktionsausrüstung und -werkzeuge: Beispielsweise können Hochspannungstransformatoren und AC/DC-Schaltkreise in Geräten wie Lötkolben, Wellenlötmaschinen, Reflow-Öfen, Montagemaschinen sowie Debugging- und Testgeräten statische Elektrizität induzieren. Wenn die Maßnahmen zur statischen Entladung des Geräts unzureichend sind, kann dies dazu führen, dass empfindliche Komponenten während des Herstellungsprozesses ausfallen. Die Zirkulation heißer Luft in Öfen und die Reibung mit dem Ofenkörper sowie CO2-Dampf in CO2-Kühlkammern mit niedriger{6}}Temperatur können große Mengen statischer Aufladung erzeugen. Grundsätze zum Schutz vor statischer Elektrizität
Es ist unmöglich, statische Elektrizität bei der Herstellung elektronischer Produkte vollständig zu eliminieren. Die Erzeugung statischer Elektrizität ist nicht das Problem; Das Problem liegt in der Ansammlung statischer Elektrizität und der daraus resultierenden elektrostatischen Entladung. Der Kern des Schutzes vor statischer Elektrizität besteht darin, diese leise zu beseitigen.
(1) Verhindern Sie die Ansammlung statischer Elektrizität in Bereichen, in denen sie erzeugt werden kann. Ergreifen Sie Maßnahmen innerhalb sicherer Grenzen.
(2) Beseitigen Sie schnell vorhandene Ansammlungen statischer Elektrizität und lassen Sie diese sofort frei.
Bei der SMT-Produktion ist die Verwendung dieser antistatischen Produkte wie Ionisatoren, Ionenstäbe und Entladungsgeräte für statische Aufladung unerlässlich.