Công nghệ bảo vệ tĩnh điện trong quá trình hàn board mạch

Trong hàn bảng mạch, hiện tượng phóng tĩnh điện thường làm hư hỏng thiết bị, thậm chí khiến thiết bị bị hỏng, gây tổn thất nghiêm trọng, vì vậy việc bảo vệ tĩnh điện trong hàn bảng mạch là rất quan trọng.

Xem thêm: Vật liệu bán dẫn

1. Tĩnh điện và sự nguy hiểm của tĩnh điện

Tĩnh điện là một loại năng lượng điện tồn tại trên bề mặt của một vật thể, là kết quả của sự mất cân bằng giữa điện tích dương và điện tích âm trong một vùng cục bộ, được hình thành thông qua quá trình chuyển đổi electron hoặc ion. Tĩnh điện là thuật ngữ chung chỉ các hiện tượng điện xảy ra trong quá trình hình thành và biến mất các điện tích. Những hiện tượng như điện khí hóa ma sát và điện khí hóa cơ thể con người.

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, hiện tượng tĩnh điện đã được sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong các lĩnh vực như phun tĩnh điện, dệt tĩnh điện, phân loại tĩnh điện và tạo ảnh tĩnh điện. Nhưng mặt khác, việc tạo ra tĩnh điện có thể gây ra tác hại và tổn thất đáng kể trong nhiều lĩnh vực. Ví dụ, trong tàu vũ trụ có người lái Apollo đầu tiên, một vụ nổ do phóng tĩnh điện đã giết chết ba phi hành gia; trong quá trình sản xuất thuốc súng, các vụ tai nạn gây thương vong do phóng tĩnh điện (ESD) thỉnh thoảng xảy ra. Trong ngành công nghiệp điện tử, khi mức độ tích hợp ngày càng cao, lớp cách điện bên trong của mạch tích hợp ngày càng mỏng hơn, chiều rộng và khoảng cách của các dây kết nối ngày càng nhỏ hơn.

Ví dụ, độ dày điển hình của lớp cách điện của thiết bị CMOS khoảng 0,1 μm, điện áp đánh thủng chịu được tương ứng là 80-100V, lớp cách điện của thiết bị VMOS mỏng hơn và điện áp đánh thủng là 30V. Tuy nhiên, điện áp tĩnh điện được tạo ra trong quá trình sản xuất các sản phẩm điện tử, vận chuyển, bảo quản, v.v. vượt xa điện áp đánh thủng của các thiết bị MOS, thường gây ra sự cố cứng hoặc sự cố mềm (hư hỏng cục bộ đối với thiết bị) trong thiết bị, khiến thiết bị bị hỏng. hỏng hóc hoặc ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy của sản phẩm.

Để kiểm soát và loại bỏ ESD, các nước phát triển như Hoa Kỳ, Tây Âu và Nhật Bản đã xây dựng các tiêu chuẩn hoặc quy định quốc gia, quân sự và doanh nghiệp. Có các quy định tương ứng về thiết kế, chế tạo, mua bán, lưu kho, kiểm tra, nhập kho, lắp ráp, gỡ lỗi, đóng gói, vận chuyển bán thành phẩm và thành phẩm của các linh kiện nhạy cảm với tĩnh điện. thiết bị bảo vệ tĩnh điện. Nước ta cũng đã xây dựng các tiêu chuẩn quân sự, doanh nghiệp có tham khảo các tiêu chuẩn quốc tế. Ví dụ, có các tiêu chuẩn dành cho Bộ Hàng không vũ trụ, Bộ Cơ khí và Điện, Bộ Dầu khí.

2. Thiết bị nhạy cảm tĩnh (SSD)

Các thiết bị nhạy cảm với phản ứng tĩnh điện được gọi là thiết bị nhạy cảm tĩnh điện (SSD). Các thiết bị nhạy cảm tĩnh chủ yếu đề cập đến các mạch tích hợp quy mô rất lớn, đặc biệt là chất bán dẫn màng kim loại hóa (mạch MOS). Các biện pháp bảo vệ tĩnh điện khác nhau có thể được thực hiện cho các thiết bị SSD khác nhau tùy theo bảng phân loại SSD.

3. Nguồn tĩnh điện trong sản xuất điện tử

• (1) Tĩnh điện được tạo ra bởi các hoạt động của cơ thể con người, ma sát, tiếp xúc và tách biệt giữa con người với quần áo, giày dép, tất và các vật dụng khác là một trong những nguồn tĩnh điện chính trong sản xuất các sản phẩm điện tử. Tĩnh điện trong cơ thể con người là nguyên nhân chính gây ra sự cố phần cứng (mềm) của thiết bị. Điện áp tĩnh điện do hoạt động của cơ thể con người tạo ra khoảng 0,5-2KV. Ngoài ra, độ ẩm không khí có ảnh hưởng lớn đến điện áp tĩnh điện và nó sẽ tăng lên một bậc trong môi trường khô ráo. Khi cơ thể con người được tích điện và chạm vào dây nối đất, sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện và cơ thể con người sẽ phản ứng với các mức độ điện giật khác nhau, mức độ phản ứng được gọi là độ nhạy điện giật. Bảng 3 cho thấy độ nhạy điện giật của cơ thể con người trong các quá trình phóng điện áp tĩnh điện khác nhau.
• (2) Khi quần áo làm việc bằng sợi hóa học hoặc bông cọ sát vào bề mặt làm việc hoặc ghế, trên bề mặt quần áo có thể tạo ra điện áp tĩnh điện lớn hơn 6000V và cơ thể con người sẽ bị tích điện.Lúc này, khi tiếp xúc với thiết bị sẽ gây phóng điện và dễ làm hỏng thiết bị.
• (3) Điện trở cách điện của đế cao su hoặc nhựa cao tới 1013Ω, khi cọ xát với mặt đất sẽ tạo ra tĩnh điện và truyền điện vào cơ thể con người.
• (4) Khi các thiết bị được bọc trong nhựa, màng sơn hoặc màng nhựa được đặt trong bao bì để vận chuyển, ma sát giữa bề mặt thiết bị và vật liệu đóng gói có thể tạo ra điện áp tĩnh điện hàng trăm volt, có thể phóng điện các thiết bị nhạy cảm.
• (5) Các loại bao bì, hộp và vật liệu quay vòng khác nhau làm bằng PP (polypropylene), PE (polyethylene), PS (polyethylene), PVR (polyurethane), PVC, polyester, nhựa và các vật liệu polyme khác. Hộp, giá đỡ PCB, v.v. có thể tạo ra điện áp tĩnh điện 1-3,5KV do ma sát và va đập, có thể phóng điện các bộ phận nhạy cảm.
• (6) Các bề mặt làm việc thông thường tạo ra tĩnh điện do ma sát.
• (7) Khả năng cách nhiệt của các sàn cách nhiệt như sàn bê tông, sàn sáp và đánh bóng, ván cao su cao và điện tích tĩnh trên cơ thể con người không dễ bị rò rỉ.
• (8) Thiết bị và dụng cụ sản xuất điện tử: Ví dụ, máy biến áp cao áp và mạch điện xoay chiều/dòng mù trong mỏ hàn, máy hàn sóng, lò nung nóng chảy lại, máy lắp đặt, thiết bị gỡ lỗi và thử nghiệm sẽ tạo ra tĩnh điện trong thiết bị. Nếu biện pháp phóng tĩnh điện của thiết bị không tốt sẽ khiến các linh kiện nhạy cảm bị hỏng hóc trong quá trình sản xuất. Sự lưu thông của không khí nóng trong lò và ma sát với hộp, cũng như hơi CO2 trong hộp làm mát của hộp nhiệt độ thấp CO2, có thể tạo ra một lượng lớn điện tích tĩnh.

4. Nguyên lý bảo vệ tĩnh điện

Không thể không tạo ra tĩnh điện trong quá trình hàn các bảng mạch. Mối nguy hiểm không phải là tạo ra tĩnh điện mà là sự tích tụ tĩnh điện và dẫn đến phóng tĩnh điện. Cốt lõi của việc bảo vệ tĩnh điện là “khử tĩnh điện”.

Nguyên lý bảo vệ tĩnh điện:

• (1) Ngăn chặn sự tích tụ tĩnh điện ở những nơi có thể tạo ra tĩnh điện. Thực hiện các bước để ở trong giới hạn an toàn.
• (2) Nhanh chóng loại bỏ sự tích tụ tĩnh điện hiện có và giải phóng nó ngay lập tức.

5. Phương pháp bảo vệ tĩnh điện

(1) Sử dụng vật liệu chống tĩnh điện: Kim loại là chất dẫn điện, dòng điện rò rỉ và phóng điện của dây dẫn lớn sẽ làm hỏng thiết bị. Ngoài ra, do vật liệu cách điện dễ bị nhiễm điện do ma sát nên kim loại và vật liệu cách điện không thể được sử dụng làm vật liệu chống tĩnh điện. Thay vào đó, cái gọi là chất dẫn tĩnh điện có điện trở bề mặt từ 1×105Ω·cm trở xuống và chất dẫn điện phụ tĩnh điện có điện trở bề mặt 1×105-1×108Ω·cm được sử dụng làm vật liệu chống tĩnh điện. Ví dụ, vật liệu bảo vệ tĩnh điện thông dụng được thực hiện bằng cách trộn muội than dẫn điện vào cao su để kiểm soát điện trở bề mặt dưới 1×106Ω·cm.

(2) Rò rỉ và nối đất: Nối đất các bộ phận có thể tạo ra hoặc đã tạo ra tĩnh điện để cung cấp kênh phóng tĩnh điện. Sử dụng phương pháp chôn dây nối đất để thiết lập dây nối đất “độc lập”. Làm cho điện trở giữa dây nối đất và đất <10Ω. (Xem GBJl79 hoặc SJ/T10694-1996). Phương pháp nối đất vật liệu bảo vệ tĩnh điện: Nối vật liệu bảo vệ tĩnh điện (như thảm mặt bàn, thảm sàn, dây đeo cổ tay chống tĩnh điện, v.v.) với dây dẫn dẫn đến dây đất độc lập thông qua điện trở 1MΩ (xem SJ/T10630-1995) . Điện trở 1MΩ được mắc nối tiếp để đảm bảo dòng điện nhỏ hơn 5mA được xả xuống đất, gọi là nối đất mềm. Vỏ thiết bị và tấm chắn tĩnh điện thường được nối đất trực tiếp, gọi là nối đất cứng.

(3) Loại bỏ tĩnh điện trên dây dẫn: Tĩnh điện trên dây dẫn có thể bị rò rỉ xuống đất khi nối đất. Điện áp và thời gian phóng điện của thân phóng điện có thể được biểu thị bằng công thức sau:

UT=U0L1/RC. Trong công thức, điện áp tại thời điểm UT-T (V) U0 – điện áp khởi động (V) Điện trở tương đương R (Ω) Điện dung tương đương dây dẫn C (pf)

Nói chung cần phải rò rỉ tĩnh điện trong vòng 1 giây. Tức là vùng an toàn nơi điện áp giảm xuống dưới 1OOV trong vòng 1 giây. Điều này có thể ngăn ngừa hư hỏng SSD do tốc độ rò rỉ quá mức và dòng điện rò rỉ quá mức. Nếu U0=500V, C=200pf và bạn muốn UT đạt 100V trong vòng 1 giây thì cần phải có R=1,28×109Ω. Do đó, điện trở giới hạn dòng 1MΩ thường được sử dụng trong hệ thống bảo vệ tĩnh điện để hạn chế dòng phóng điện ở mức dưới 5mA. Điều này được thiết kế để đảm bảo an toàn khi vận hành. Nếu người vận hành vô tình chạm vào điện áp công nghiệp 220V trong hệ thống bảo vệ tĩnh điện sẽ không gặp nguy hiểm.

(4) Khử tĩnh điện trên các vật không dẫn điện: Đối với tĩnh điện trên chất cách điện, do điện tích không thể chạy trên chất cách điện nên không thể sử dụng nối đất để loại bỏ tĩnh điện. Có thể thực hiện các biện pháp sau:

• (a) Sử dụng máy thổi ion – máy thổi ion tạo ra các ion dương và âm, có tác dụng trung hòa tĩnh điện từ nguồn tĩnh điện. Nó có thể được lắp đặt trong không gian và gần đầu định vị của máy định vị.
• (b) Sử dụng chất khử tĩnh điện—chất khử tĩnh điện là chất hoạt động bề mặt. Máy khử tĩnh điện có thể được sử dụng để chà rửa các dụng cụ và bề mặt vật thể để loại bỏ nhanh chóng tĩnh điện trên bề mặt vật thể.
• (c) Kiểm soát độ ẩm môi trường—độ ẩm tăng có thể làm tăng độ dẫn điện bề mặt của vật liệu không dẫn điện, khiến tĩnh điện ít có khả năng tích tụ trên bề mặt vật thể. Ví dụ, các biện pháp tạo ẩm và thông gió có thể được thực hiện ở môi trường khô ráo ở phía Bắc.
• (d) Sử dụng tấm chắn tĩnh điện—Có thể sử dụng lớp che chắn (lồng) cho thiết bị dễ tạo ra tĩnh điện và lớp che chắn (lồng) phải được nối đất hiệu quả.

(5) Phương pháp kiểm soát quy trình: Để tạo ra ít tĩnh điện nhất có thể trong quá trình sản xuất các sản phẩm điện tử, hãy kiểm soát sự tích tụ tĩnh điện, nhanh chóng loại bỏ sự tích tụ tĩnh điện hiện có và giải phóng nó ngay lập tức, các khía cạnh như thiết kế nhà máy , hệ thống lắp đặt, vận hành và quản lý thiết bị cần được xem xét.

6. Thiết bị bảo vệ tĩnh điện

• (1) Hệ thống chống tĩnh điện trên cơ thể con người bao gồm dây đeo cổ tay chống tĩnh điện, quần áo bảo hộ lao động, mũ, găng tay, giày, tất, v.v.
• (2) Sàn chống tĩnh điện bao gồm sàn đá terrazzo chống tĩnh điện, sàn cao su chống tĩnh điện, sàn nhựa chống tĩnh điện PVC, thảm chống tĩnh điện, sàn nâng chống tĩnh điện, v.v.
• (3) Chuỗi hoạt động chống tĩnh điện: bao gồm chống tĩnh điện: I: thảm bàn làm việc, túi đóng gói chống tĩnh điện, xe đẩy hậu cần chống tĩnh điện, bàn ủi và dụng cụ hàn chống tĩnh điện, v.v.

7. Dụng cụ đo tĩnh điện.

• (1) Máy đo trường tĩnh điện: dùng để đo giá trị điện trở bề mặt của mặt bàn, sàn nhà, v.v. Nên chọn các dụng cụ đo có thông số kỹ thuật khác nhau cho các tình huống cấu trúc phẳng và các tình huống cấu trúc không phẳng.
• (2) Máy kiểm tra dây đeo cổ tay: đo xem dây đeo cổ tay có hiệu quả hay không.
• (3) Máy kiểm tra tĩnh điện cơ thể người: dùng để đo lượng tĩnh điện mà cơ thể con người mang theo, trở kháng giữa bàn chân của cơ thể con người, độ chênh lệch tĩnh điện giữa cơ thể con người và liệu khả năng bảo vệ của dây đeo cổ tay, phích cắm nối đất, quần áo làm việc, vv có hiệu quả. Nó cũng có thể được sử dụng như một chất phóng điện ban đầu để cách ly tĩnh điện của cơ thể con người khỏi xưởng.
• (4) Megohmmeter: dùng để đo trở kháng hoặc điện trở của tất cả các bề mặt phóng điện dẫn điện, chống tĩnh điện và tĩnh điện.

Yêu cầu về chỉ số kỹ thuật chống tĩnh điện trong sản xuất sản phẩm điện tử

• (1) Điện trở nối đất của điện cực nối đất chống tĩnh điện là <10Ω.
• (2) Thảm trải sàn hoặc trải sàn: điện trở bề mặt 105-1010Ω, điện áp ma sát <100V.
• (3) Tường: giá trị điện trở 5×104-109Ω.
• (4) Bề mặt làm việc hoặc tấm đệm: giá trị điện trở bề mặt 106-109Ω; điện áp ma sát <100V; điện trở hệ thống với mặt đất 106-108Ω.
• (5) Điện trở của ghế làm việc đối diện với bánh xe là 106-108Ω.
• (6) Điện áp ma sát của quần áo, mũ, găng tay lao động là <300V; điện áp ma sát của đế giày là <100V.
• (7) Điện trở của cáp kết nối dây đeo cổ tay là 1MΩ; điện trở của hệ thống là 1-1OMΩ khi đeo dây đeo cổ tay. Điện trở của hệ thống dây đeo gót chân (bó giày) là 0,5×105-108Ω.
• (8) Điện trở của bệ xe hậu cần đối diện với hệ thống bánh xe là 106-109Ω.
• (9) Hộp vật liệu, hộp luân chuyển, giá đỡ PCB và các thiết bị vận chuyển hậu cần khác có giá trị điện trở bề mặt là 103-108Ω; điện áp ma sát <100V.
• (10) Điện áp ma sát của thế hệ bao bì và hộp nhỏ hơn 100V.
• (11) Điện trở toàn diện của cơ thể con người là 106-108Ω.

9. Biện pháp chống tĩnh điện và yêu cầu chung đối với vùng (điểm) làm việc tĩnh điện trong sản xuất sản phẩm điện tử

Thiết bị hàn bảng mạch phải được nối đất tốt và máy định vị phải áp dụng phương pháp nối đất không dây ba pha và được nối đất độc lập. Sàn nhà, thảm trải sàn, ghế ngồi, v.v. của nơi sản xuất đều phải đáp ứng các yêu cầu về chống tĩnh điện. Duy trì môi trường nhiệt độ và độ ẩm ổn định trong xưởng. Cần trang bị hộp vật liệu chống tĩnh điện, hộp doanh thu, giá đỡ PCB, xe đẩy hậu cần, băng đóng gói chống tĩnh điện, dây đeo cổ tay chống tĩnh điện, bàn ủi hàn chống tĩnh điện và các dụng cụ.

• (1) Bố trí khu vực chống tĩnh điện theo yêu cầu chống tĩnh điện và có biển cảnh báo chống tĩnh điện rõ ràng. Các thiết bị được sử dụng trong khu vực làm việc được chia thành cấp 1, 2 và 3 tùy theo mức độ nhạy tĩnh điện và các biện pháp bảo vệ khác nhau được xây dựng theo các cấp độ khác nhau. Phạm vi độ nhạy tĩnh điện cấp 1: 0-1999V; Phạm vi độ nhạy tĩnh điện cấp 2: 2000-3999V; Phạm vi độ nhạy tĩnh điện cấp 3: 4000-15999V; Trên 16000V là các sản phẩm nhạy cảm không tĩnh điện.
• (2) Nhiệt độ phòng trong khu vực an toàn tĩnh điện (tại chỗ) là 23±3°C và độ ẩm tương đối là 45-70% RH. Nghiêm cấm vận hành SSD (các thành phần nhạy cảm tĩnh) trong môi trường dưới 30%.
• (3) Thường xuyên đo các giá trị điện trở bề mặt của sàn, mặt bàn, hộp quay, v.v.
• (4) Cấm đặt các vật dụng phi sản xuất trên bàn làm việc trong khu vực an toàn tĩnh điện (tại chỗ), như bộ đồ ăn, bộ ấm trà, túi xách, vải len, báo, găng tay cao su, v.v.
• (5) Khi nhân viên vào khu vực chống tĩnh điện cần xả nước. Người vận hành phải mặc quần áo lao động, mang giày và tất chống tĩnh điện khi vận hành. Việc kiểm tra an toàn bảo vệ tĩnh điện phải được thực hiện trước mỗi lần vận hành và việc sản xuất chỉ có thể được thực hiện sau khi vượt qua quá trình kiểm tra.
• (6) Đeo dây đeo cổ tay chống tĩnh điện trong khi vận hành và đo xem dây đeo cổ tay có hiệu quả hàng ngày hay không.
• (7) Khi kiểm tra SSD, bạn nên lấy một miếng trong hộp, ống hoặc khay đóng gói ra, đong một miếng rồi đặt một miếng ra, không xếp chồng lên bàn. Những thiết bị không đạt yêu cầu kiểm tra phải được trả về kho.
• (8) Phải tuân thủ trình tự bật và tắt nguồn trong quá trình kiểm tra bật nguồn: điện áp thấp → điện áp cao → điện áp tín hiệu. Thứ tự các cuộc gọi đi bị đảo ngược. Đồng thời, xin lưu ý rằng cực tính của nguồn điện không thể đảo ngược và điện áp nguồn không được vượt quá giá trị định mức.
• (9) Nhân viên kiểm tra phải làm quen với các mẫu, chủng loại và kiến ​​thức kiểm tra SSD, đồng thời hiểu kiến ​​thức cơ bản về bảo vệ tĩnh điện.

10. Yêu cầu đối với việc vận chuyển, bảo quản và sử dụng các linh kiện nhạy cảm với tĩnh điện (SSD)

• (1) Không được làm rơi SSD xuống đất trong quá trình vận chuyển và không được tùy ý tháo SSD ra khỏi bao bì.
• (2) Độ ẩm tương đối của kho nơi lưu trữ SSD: 30-40% RH.
• (3) Giữ nguyên bao bì gốc của SSD trong quá trình bảo quản. Nếu cần thay thế bao bì, hãy sử dụng hộp đựng có đặc tính chống tĩnh điện.
• (4) Trong kho, phải dán nhãn chống tĩnh điện đặc biệt ở nơi đặt thiết bị SSD.
• (5) Khi phân phối thiết bị SSD, hãy kiểm tra trực quan để đếm số lượng trong bao bì gốc của thiết bị SSD.
• (6) Khi ghi, xóa và bảo vệ thông tin trên EPROM, đầu ghi/tẩy phải được nối đất hoàn toàn và phải đeo vòng tay chống tĩnh điện.
• (7) Những người vận hành như lắp ráp, hàn, sửa chữa bảng điều khiển và gỡ lỗi phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu về bảo vệ tĩnh điện.
• (8) Các bảng mạch in đã vượt qua quá trình kiểm tra và kiểm tra phải được phun một lần bằng súng phun ion trước khi đóng gói để loại bỏ khả năng tích tụ tĩnh điện.

11. Quản lý và bảo trì khu vực làm việc chống tĩnh điện

• (1) Phát triển hệ thống quản lý chống tĩnh điện và có người tận tâm chịu trách nhiệm về hệ thống này.
• (2) Quần áo, giày dép, vòng tay và các vật dụng cá nhân khác dự phòng để người ngoài sử dụng.
• (3) Thường xuyên bảo trì và kiểm tra tính hiệu quả của các thiết bị chống tĩnh điện.
• (4) Kiểm tra dây đeo cổ tay mỗi tuần một lần (hoặc ngày).
• (5) Kiểm tra khả năng nối đất của thảm bàn, thảm sàn và hiệu suất của thiết bị khử tĩnh điện mỗi tháng một lần.
• (6) Giá đỡ linh kiện chống tĩnh điện, giá đỡ bảng in và hộp doanh thu; hiệu suất chống tĩnh điện của phương tiện vận chuyển, thảm trải bàn và thảm sàn phải được kiểm tra sáu tháng một lần.

Tĩnh điện gây hư hỏng lớn cho các linh kiện điện tử. Trong quá trình hàn có rất nhiều kiến ​​thức về việc bảo quản linh kiện. Hãy cố gắng tránh tạo ra tĩnh điện, nếu không có thể gây thất thoát linh kiện.

Các nhà sản xuất thiết bị điện tử và bán dẫn có thể chấp nhận thực tế là một số vật liệu cách điện có trong EPA của họ. Loại thiết bị khử tĩnh điện nào có thể được sử dụng để ngăn chặn vật liệu cách điện tạo ra tĩnh điện? Hệ thống máy thổi ion liên tục vô hiệu hóa mọi điện tích tích tụ có thể xảy ra trên chất cách điện, vì vậy đây là một khoản đầu tư đúng đắn cho bất kỳ kế hoạch ESD nào.

Thiết bị quạt ion hay súng thổi ion trong lắp ráp điện tử tiêu chuẩn có hai dạng cơ bản: Cách hiệu quả nhất để trung hòa các thiết bị lắp ráp và các bề mặt có thể tạo ra điện tích là sử dụng.
​