Como es sabido, la electricidad estática se refiere a las cargas relativamente estáticas acumuladas en la superficie de un objeto, lo que constituye un desequilibrio de cargas positivas y negativas dentro de un ámbito local. ESD, la abreviatura de Descarga Electrostática (Electrostatic Discharge), se refiere a la transferencia de cargas estáticas entre objetos o superficies con diferente potencial electrostático. La ESD puede clasificarse en descarga por contacto y descarga por ruptura de campo eléctrico. Además, el daño por ESD se refiere al fenómeno de degradación del rendimiento o fallo sufrido por los componentes electrónicos debido al efecto de la ESD. Como una de las tecnologías de ensamblaje más populares en la actualidad, la SMT (Surface Mount Technology, Tecnología de Montaje en Superficie) se ha aplicado ampliamente en productos que sirven a diferentes campos. Por lo tanto, para garantizar la fiabilidad y el rendimiento óptimos de los productos electrónicos, se debe prevenir el daño por ESD durante el proceso de ensamblaje SMT, y este artículo explicará cómo hacerlo.
Generación de ESD
La electricidad estática se genera en realidad a través de una serie de procesos físicos que incluyen el contacto y la separación de sustancias, la inducción electrostática, la polarización dieléctrica y la adhesión de corpúsculos cargados. Debido al desequilibrio parcial de cargas eléctricas en la superficie de las sustancias, la electricidad estática existe en la superficie de las mismas como una alta energía eléctrica. Donde hay movimiento, hay electricidad estática. En cuanto al proceso de ensamblaje SMT, la electricidad estática puede encontrarse en las siguientes situaciones:
a. ESD por fricción
Como una de las principales fuentes de descarga de electricidad estática, la fricción ha sido una causa principal de electricidad estática en el proceso de ensamblaje SMT. Al fin y al cabo, siempre que dos sustancias de materiales diferentes se separan después de un contacto en la vida diaria, se genera electricidad estática. En cuanto al proceso de ensamblaje SMT, la ESD suele producirse después de la fricción, el contacto y la separación entre el cuerpo humano y la ropa, los zapatos, los calcetines, etc. En términos generales, cuanto más material aislante haya, más electricidad estática se generará por fricción. Según estudios relacionados, la electricidad estática debida al movimiento humano presenta un voltaje en el rango de 100 V a 3.500 V, lo que se considera la causa principal de daños graves o fallos suaves en los componentes electrónicos.
b. ESD por inducción
En el proceso de fabricación electrónica, cuando sustancias electrostáticas que almacenan una gran cantidad de energía se acercan a las partes electrónicas, esas partes electrónicas también se convertirán en fuentes electrostáticas. Si se coloca material conductor en el campo, se transferirán cargas positivas y negativas con la electricidad estática generada. Sin embargo, si dos sustancias tienen un contacto estrecho, se producirá migración de electrones en la unión. Además, la ESD también puede inducirse en equipos y herramientas utilizados para la fabricación electrónica, comoEquipo de ensamblaje SMT, computadora y monitor, soldador eléctrico, horno de soldadura por refusión, horno de soldadura por ola e instrumento de inspección.
c. ESD por conducción
Es común ver que los componentes electrónicos tienen terminales o pines metálicos y, cuando entran en contacto con objetos con electricidad estática, las cargas se transfieren rápidamente del cuerpo cargado al cuerpo metálico, haciendo que los componentes electrónicos se vuelvan electrostáticos. Tan pronto como los componentes electrostáticos entran en contacto con tierra, es posible que se produzcan daños por ESD.
Atributos de la ESD
La electricidad estática se caracteriza por un alto potencial y baja potencia, y su voltaje puede alcanzar desde cientos hasta miles de voltios, a veces incluso más. La electricidad estática suele actuar durante un par de microsegundos y la humedad está tan estrechamente relacionada con la electricidad estática que el aumento de la humedad ayuda a reducir los daños por ESD. Otros atributos que posee la electricidad estática incluyen:
a. Disfraz
La electricidad estática generalmente no puede ser percibida físicamente por los seres humanos y estos no pueden tener con certeza una sensación de descarga eléctrica, ya que solo una ESD con un voltaje superior a 2 kV puede ser percibida por el ser humano, lo cual es un atributo electrostático de carácter encubierto. Las fallas o la degradación del rendimiento causadas por daños por ESD en su mayoría no pueden ponerse de manifiesto a menos que se realicen inspecciones o que los componentes se apliquen en la práctica.
b. Complejidad
La potencia de la ESD pertenece a la carga espacial, que se caracteriza por una capacidad limitada de almacenamiento de energía. Como un pulso de alto voltaje instantáneo, solo es capaz de proporcionar energía de descarga eléctrica de corta duración a los componentes. A pesar de la baja energía eléctrica que posee la electricidad estática, no es tan fácil liberarla de forma segura y es complejo controlarla. Los ESSD (Dispositivos Sensibles a la Electricidad Estática) presentan circuitos tan finos que el análisis de fallos resulta difícil de implementar después de que los componentes electrónicos sufran daños por ESD.
c. Gravedad
La posible falla debida a ESD solo provoca cambios parciales en los parámetros. Mientras se mantengan dentro de un dominio razonable, los componentes que sufren daños por ESD pasarán sin problemas las inspecciones, lo que será la raíz de fallas tempranas. Los defectos resultantes de los daños por ESD difícilmente pueden superarse en etapas posteriores. Peor aún, no llegan a quedar expuestos durante la fase de inspección.
Daño por ESD
En lo que respecta a la industria electrónica, los productos electrónicos tienden a volverse miniaturizados y multifuncionales, y la integración de algunos componentes sigue aumentando. Además, la capa aislante interna se vuelve cada vez más delgada, el cable de interconexión más fino y la capacidad de soportar el voltaje aplicable se reduce.
Varios SMD (dispositivos de montaje superficial) sensibles a la electricidad estática presentan un voltaje de descarga inferior al voltaje electrostático que las personas pueden percibir. Sin embargo, el voltaje electrostático generado durante los procesos de fabricación, transporte y almacenamiento es muy superior al voltaje de descarga, lo que suele provocar que los componentes sufran descargas fuertes o suaves. Finalmente, los SMD fallarán o su fiabilidad se reducirá drásticamente.
Según las estadísticas, entre todas las causas de fallos electrónicos, las descargas electrostáticas (ESD) representan entre el 8 % y el 33 %, y los daños que provocan alcanzan miles de millones de dólares estadounidenses. Por lo tanto, en el proceso de ensamblaje SMT de alta tecnología, el control eficaz de las ESD puede aumentar la eficiencia de fabricación, mejorar la calidad de los productos y generar beneficios. Así pues, es de gran importancia adoptar medidas efectivas para prevenir las ESD.
La ESD adelantará fallas repentinas o fallas latentes en componentes sensibles. La falla repentina, también llamada daño duro, puede hacer que los componentes pierdan sus funciones generales, provocando fallas permanentes u circuitos abiertos en las partes internas de los componentes. La falla latente, también llamada daño blando, puede hacer que los componentes se degraden en términos de parámetros de rendimiento, lo que provoca que funcionen de manera inestable o que algunas funciones se deterioren o se pierdan. En cuanto a las fallas generales causadas por la ESD, las fallas latentes representan del 60% al 90%, mientras que las fallas repentinas representan el 10%, lo que significa que la mayoría de las fallas pertenecen a la categoría de fallas latentes. La naturaleza de la falla latente es que los defectos de los componentes difícilmente pueden ser expuestos mediante inspección y es difícil encontrar la causa real de la falla. Además, la retrabajación y el procesamiento tienen un costo elevado y la vida útil de los componentes también se acortará.
Protecciones ESD en el proceso de ensamblaje SMT
El propósito esencial de la protección ESD duranteProceso de ensamblaje SMTes evitar que los ESSD (Dispositivos Sensibles a la Electricidad Estática) sean dañados por la electricidad estática. El principio básico es que la acumulación electrostática debe ser controlada de manera efectiva en los lugares donde se pueda generar ESD, se debe evitar la formación de campos electrostáticos y se deben controlar rigurosamente las fuentes electrostáticas. Además, la cantidad de cargas electrostáticas debe reducirse finalmente y se debe implementar la monitorización, inspección y mantenimiento en tiempo real de todos los equipos resistentes a la electricidad estática. Las protecciones ESD se llevan a cabo principalmente en términos del entorno del taller, el personal de operación, la puesta a tierra y la neutralización de la carga electrostática.
•Protecciones ESD en el entorno de taller
a. Aplicación de puesta a tierra libre de estática
El taller de fabricación es una zona de protección ESD tan importante que todas sus partes deben estar libres de electricidad estática, incluyendo el suelo, las paredes, el techo, las puertas, las ventanas, la mesa de operaciones, las herramientas de fabricación, etc. Como una fuente clave de electricidad estática, las protecciones ESD deben estar bien implementadas. Las medidas comúnmente utilizadas incluyen la aplicación de suelo de PVC antiestático, pintura de suelo antiestática y la aplicación de caucho.
Para aprovechar mejor el suelo antiestático y prolongar su vida útil, deben tomarse algunas medidas en la vida diaria. Por ejemplo, el suelo debe mantenerse limpio y libre de objetos afilados que puedan causar arañazos. Se debe evitar que la suciedad entre en el taller y la suciedad grasienta del suelo debe limpiarse a tiempo.
b. Control de la humedad relativa
La HR de la fábrica de producción desempeña un papel significativo en la influencia sobre las ESD, por lo que se generarán ESD altas cuando no se controle adecuadamente, lo que conduce a una mayor probabilidad de accidentes de fabricación debido a la electricidad estática. Por lo tanto, la HR puede aumentarse adecuadamente en el taller de ensamblaje sin causar daño a los productos. Además, los materiales con alta electricidad estática deben mantenerse alejados de la línea de producción.
c. Uso de material de protección estática
El material de protección contra la estática se refiere a un tipo de material capaz de evitar la generación de electricidad estática, disipar cargas electrostáticas o prevenir descargas electrostáticas (ESD). Por lo tanto, el rendimiento del material es esencial para todo el sistema de protección ESD.
•Sistema de puesta a tierra electrostática del cuerpo humano
El sistema de protección ESD del cuerpo consta de uniforme de protección ESD, pulsera, zapatos, calcetines, gorros, guantes o dediles, delantal, correa de pie, etc. Todo el sistema presenta funciones de fuga, neutralización y blindaje de la electricidad estática. El sistema de puesta a tierra electrostática del cuerpo humano es en realidad un circuito de puesta a tierra completo para evitar la acumulación de electricidad estática, compuesto por pulsera, correa de pie, zapatos, almohadilla, suelo, tapete, derivación de puesta a tierra y derivación común.
•Puesta a tierra ESD
La forma esencial de eliminar la electricidad estática en el proceso de ensamblaje SMT es disipar rápidamente la electricidad estática generada en el proceso de fabricación y en el proceso de operación. La puesta a tierra se refiere al proceso mediante el cual los dispositivos eléctricos pueden conectarse con el objeto que es capaz de suministrar o recibir una gran cantidad de cargas. La puesta a tierra puede clasificarse en puesta a tierra dura y puesta a tierra blanda. La primera se refiere a la conexión a tierra a través de baja impedancia, mientras que la segunda se refiere a la conexión a tierra a través de alta impedancia.
•Neutralización de carga electrostática
Cuando se trata de conductores o materiales semiconductores disipativos, la protección contra ESD puede lograrse mediante puesta a tierra, pero esto no funciona en los aislantes. Por lo tanto, se debe utilizar la neutralización por ionización para eliminar las cargas electrostáticas.
En una palabra, las protecciones ESD deben aplicarse en todo el proceso de fabricación del ensamblaje SMT. A medida que la tecnología electrónica avanza constantemente hoy en día, las protecciones ESD también deben mejorarse. Al ser un proceso complejo, deben adoptarse diferentes medidas para ser compatibles con distintos requisitos, de modo que se puedan implementar protecciones ESD efectivas en los dispositivos.
La descarga electrostática (ESD) representa un riesgo significativo para los componentes electrónicos, especialmente durante el proceso de ensamblaje de tecnología de montaje superficial (SMT). Impulsada por la electricidad estática, la ESD puede destruir los dispositivos electrónicos tanto de forma directa como silenciosa, afectando la fiabilidad y la funcionalidad de los productos. A medida que la electrónica se miniaturiza y se vuelve cada vez más compleja, es crucial gestionar la ESD de manera eficaz mediante entornos libres de estática, sistemas de puesta a tierra y neutralización de cargas.
La integración de procedimientos integrales de protección contra ESD en el proceso de producción garantiza una mejor calidad y una mayor vida útil del producto. Para proteger sus ensamblajes electrónicos de defectos inducidos por ESD, considere integrar estas sólidas medidas. Nuestra experiencia en la integración de cuidadosas precauciones contra ESD dentro del proceso de ensamblaje SMT nos convierte en su socio ideal para sus necesidades de fabricación electrónica. Al trabajar con PCBCart, se beneficia de nuestro compromiso con la calidad y la innovación. Contáctenos hoy para recibir una cotización personalizada y descubrir cómo nuestras soluciones innovadoras pueden proteger y mejorar sus proyectos electrónicos.
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