Come è noto, l’elettricità statica si riferisce a cariche relativamente statiche accumulate sulla superficie di un oggetto, che rappresentano uno squilibrio di cariche positive e negative in un ambito locale. ESD, forma abbreviata di Electrostatic Discharge (scarica elettrostatica), indica il trasferimento di cariche statiche tra oggetti o superfici con diverso potenziale elettrostatico. L’ESD può essere classificata in scarica per contatto e scarica per rottura del campo elettrico. Inoltre, il danno da ESD si riferisce al fenomeno di degrado delle prestazioni o di guasto subito dai componenti elettronici a causa dell’effetto dell’ESD. Come una delle tecnologie di assemblaggio attualmente più diffuse, l’SMT (Surface Mount Technology) è stata ampiamente applicata in prodotti destinati a diversi settori. Pertanto, per garantire l’affidabilità e le prestazioni ottimali dei prodotti elettronici, i danni da ESD devono essere prevenuti durante il processo di assemblaggio SMT e questo articolo spiegherà come farlo.
Generazione di ESD
L'elettricità statica è in realtà generata attraverso una serie di processi fisici, tra cui il contatto e la separazione delle sostanze, l'induzione elettrostatica, la polarizzazione dielettrica e l'adesione di corpuscoli carichi. A causa del parziale squilibrio delle cariche elettriche sulla superficie delle sostanze, l'elettricità statica esiste sulla superficie delle sostanze come elevata energia elettrica. Dove c'è movimento, c'è elettricità statica. Per quanto riguarda il processo di assemblaggio SMT, l'elettricità statica può presentarsi nelle seguenti situazioni:
a. ESD per attrito
In quanto principale fonte di scarica di elettricità statica, l’attrito è stata una delle cause principali dell’elettricità statica nel processo di assemblaggio SMT. Dopotutto, ogni volta che due sostanze di materiali diversi vengono separate dopo essere entrate in contatto nella vita quotidiana, si genera elettricità statica. Nel processo di assemblaggio SMT, l’ESD si verifica solitamente dopo attrito, contatto e separazione tra il corpo umano e indumenti, scarpe, calze ecc. In generale, quanto più materiale isolante è presente, tanta più elettricità statica verrà generata attraverso l’attrito. In base a studi pertinenti, l’elettricità statica dovuta al movimento umano presenta una tensione compresa tra 100 V e 3.500 V, che è considerata la causa principale di danni gravi o guasti parziali ai componenti elettronici.
b. ESD per induzione
Nel processo di produzione elettronica, quando sostanze elettrostatiche che immagazzinano una grande quantità di energia si avvicinano alle parti elettroniche, anche queste parti elettroniche diventeranno sorgenti elettrostatiche. Se un materiale conduttore viene posto nel campo, cariche positive e negative verranno trasferite con l’elettricità statica generata. Se, tuttavia, due sostanze sono a stretto contatto, si genererà una migrazione di elettroni nel punto di giunzione. Inoltre, l’ESD può essere indotta anche sulle apparecchiature e sugli utensili utilizzati per la produzione elettronica, come ad esempioAttrezzatura per l'assemblaggio SMT, computer e monitor, saldatore elettrico, forno di rifusione, forno a onda e strumento di ispezione.
c. ESD per conduzione
È comunemente osservato che i componenti elettronici hanno terminali o pin metallici e, una volta che entrano in contatto con oggetti carichi di elettricità statica, le cariche vengono rapidamente trasferite dal corpo carico al corpo metallico, rendendo i componenti elettronici elettrostatici. Non appena i componenti elettrostatici entrano in contatto con la massa, è possibile che si verifichino danni da ESD.
Attributi dell'ESD
L’elettricità statica è caratterizzata da un alto potenziale e una bassa potenza e la sua tensione può raggiungere centinaia o migliaia di volt, talvolta anche di più. L’elettricità statica di solito agisce per alcuni microsecondi e l’umidità è così strettamente correlata all’elettricità statica che un suo aumento contribuisce a ridurre i danni da ESD. Altri attributi dell’elettricità statica includono:
a. Travestimento
L’elettricità statica di solito non può essere percepita fisicamente dall’uomo e l’essere umano non può avere con certezza la sensazione di scossa elettrica, poiché solo una ESD con una tensione superiore a 2 kV può essere percepita dall’uomo, il che rappresenta una caratteristica elettrostatica di natura ingannevole. I guasti o il degrado delle prestazioni causati dai danni da ESD per lo più non possono essere rilevati a meno che non vengano effettuate ispezioni o i componenti non vengano effettivamente messi in uso.
b. Complessità
La potenza delle ESD appartiene alla carica spaziale, che è caratterizzata da una capacità di accumulo di energia limitata. In quanto impulso di alta tensione istantaneo, è in grado di fornire solo energia di scossa elettrica di breve durata ai componenti. Nonostante la bassa energia elettrica posseduta dall’elettricità statica, non è così semplice scaricarla in modo sicuro ed è complesso controllarla. I dispositivi sensibili alle scariche elettrostatiche (ESSD, Electrostatic Sensitive Device) presentano circuiti così fini che l’analisi dei guasti è difficile da eseguire dopo che i componenti elettronici hanno subito danni da ESD.
c. Gravità
Il potenziale guasto dovuto all’ESD provoca solo variazioni parziali dei parametri. Finché rimangono entro un intervallo ragionevole, i componenti soggetti a danni da ESD supereranno senza problemi le ispezioni, il che sarà la causa principale dei guasti precoci. I difetti derivanti dai danni da ESD sono difficilmente superabili nelle fasi successive. Peggio ancora, non riescono a essere individuati durante la fase di ispezione.
Danno da ESD
Per quanto riguarda l’industria elettronica, i prodotti elettronici tendono a diventare miniaturizzati e multifunzionali, e l’integrazione di alcuni componenti continua ad aumentare. Inoltre, lo strato isolante interno diventa sempre più sottile, i fili di interconnessione più fini e la capacità di sopportare la tensione applicabile si riduce. Numerosi SMD (Surface Mount Devices) sensibili alle cariche elettrostatiche presentano una tensione di scarica inferiore a quella della tensione elettrostatica percepibile dalle persone. Tuttavia, la tensione elettrostatica generata durante i processi di produzione, trasporto e stoccaggio è di gran lunga superiore alla tensione di scarica, il che porta solitamente i componenti a subire scariche “dure” o “morbide”. Infine, gli SMD andranno incontro a guasti oppure la loro affidabilità verrà drasticamente ridotta.
Secondo le statistiche, tra tutte le cause di guasti elettronici, le ESD rappresentano dall’8% al 33% e i danni causati raggiungono miliardi di dollari statunitensi. Nel processo di assemblaggio SMT ad alta tecnologia, quindi, il controllo efficace delle ESD è in grado di aumentare l’efficienza produttiva, migliorare la qualità dei prodotti e generare profitti. Pertanto, è di grande importanza adottare misure efficaci per prevenire le ESD.
Le scariche elettrostatiche (ESD) provocheranno guasti improvvisi o guasti latenti nei componenti sensibili. Il guasto improvviso, detto anche danno duro (hard damage), può portare i componenti a perdere completamente le proprie funzioni, causando guasti permanenti o interruzioni (aperture) nelle parti interne dei componenti. Il guasto latente, detto anche danno morbido (soft damage), può portare a un degrado dei componenti in termini di parametri di prestazione, rendendone il funzionamento instabile o causando il deterioramento o la perdita di funzioni parziali. Per quanto riguarda i guasti complessivi causati dalle ESD, i guasti latenti rappresentano dal 60% al 90%, mentre i guasti improvvisi il 10%, il che significa che la maggior parte dei guasti rientra nella categoria dei guasti latenti. La natura del guasto latente è tale che i difetti dei componenti sono difficilmente rilevabili tramite ispezione ed è difficile individuare la vera causa del guasto. Inoltre, le operazioni di rilavorazione e trattamento comportano costi elevati e la durata di conservazione dei componenti risulta anch’essa ridotta.
Protezione ESD nel processo di assemblaggio SMT
Lo scopo essenziale della protezione ESD duranteProcesso di assemblaggio SMTconsiste nell’impedire che i dispositivi sensibili alle scariche elettrostatiche (ESSD, Electrostatic Sensitive Device) vengano danneggiati dall’elettricità statica. Il principio di base è che l’accumulo elettrostatico debba essere efficacemente controllato nei luoghi in cui l’ESD può essere generata, che la formazione di campi elettrostatici debba essere prevenuta e che le sorgenti elettrostatiche debbano essere rigorosamente controllate. Inoltre, la quantità di cariche elettrostatiche deve essere infine ridotta e su tutte le apparecchiature resistenti alle cariche elettrostatiche devono essere implementati monitoraggio in tempo reale, ispezione e manutenzione. Le protezioni ESD vengono effettuate principalmente in termini di ambiente di officina, personale operativo, messa a terra e neutralizzazione delle cariche elettrostatiche.
•Protezione ESD nell'ambiente di officina
a. Applicazione di messa a terra antistatica
L’officina di produzione è un’area di protezione ESD talmente importante che tutte le sue parti dovrebbero essere prive di elettricità statica, compresi pavimento, pareti, soffitto, porte, finestre, banchi operativi, strumenti di produzione ecc. In quanto principale fonte elettrostatica, le protezioni ESD devono essere realizzate in modo adeguato. Le misure comunemente utilizzate includono l’applicazione di pavimentazione in PVC antistatico, vernici per pavimenti antistatiche e rivestimenti in gomma.
Per sfruttare meglio il pavimento antistatico e prolungarne la durata, è necessario adottare alcune misure nella vita quotidiana. Ad esempio, il pavimento deve essere pulito e privo di oggetti appuntiti che possano causare graffi. Lo sporco deve essere tenuto lontano dall’officina e lo sporco oleoso sul pavimento deve essere rimosso tempestivamente.
b. Controllo dell'umidità relativa
L’umidità relativa dello stabilimento di produzione svolge un ruolo significativo nell’influenzare le ESD, quindi si genereranno elevate scariche elettrostatiche quando non viene controllata adeguatamente, con conseguente maggiore probabilità di incidenti di produzione dovuti all’elettricità statica. Pertanto, l’umidità relativa può essere opportunamente aumentata nell’officina di assemblaggio senza causare danni ai prodotti. Inoltre, i materiali con elevata elettricità statica dovrebbero essere tenuti lontani dalla linea di produzione.
c. Utilizzo di materiale protettivo antistatico
Il materiale di protezione antistatica si riferisce a un tipo di materiale in grado di impedire la generazione di elettricità statica, dissipare le cariche elettrostatiche o prevenire le ESD. Pertanto, le prestazioni del materiale sono essenziali per l’intero sistema di protezione ESD.
•Sistema di messa a terra elettrostatica del corpo umano
Il sistema di protezione ESD per il corpo è composto da uniforme di protezione ESD, braccialetto, scarpe, calze, cappelli, guanti o ditale, grembiule, cinturino da piede ecc. L’intero sistema è caratterizzato dalle funzioni di dispersione, neutralizzazione e schermatura dell’elettricità statica. Il sistema di messa a terra elettrostatica del corpo umano è in realtà un circuito di messa a terra completo per impedire l’accumulo di elettricità statica, composto da braccialetto, cinturino da piede, scarpe, tappetino, pavimento, stuoia, diramazione di messa a terra e diramazione comune.
•Messa a terra ESD
Il modo essenziale per eliminare l’elettricità statica nel processo di assemblaggio SMT è dissipare rapidamente l’elettricità statica generata nel processo di produzione e nel processo operativo. La messa a terra si riferisce al processo mediante il quale i dispositivi elettrici possono essere collegati a un oggetto in grado di fornire o ricevere una grande quantità di cariche. La messa a terra può essere classificata in messa a terra rigida e messa a terra morbida. La prima si riferisce al collegamento a terra tramite bassa impedenza, mentre la seconda si riferisce al collegamento a terra tramite alta impedenza.
•Neutralizzazione della carica elettrostatica
Per quanto riguarda i conduttori o i materiali semiconduttori dissipativi, la protezione ESD può essere ottenuta tramite messa a terra, ma ciò non funziona sugli isolanti. Pertanto, per eliminare le cariche elettrostatiche si dovrebbe utilizzare la neutralizzazione ionica.
In una parola, le protezioni ESD dovrebbero essere applicate all’intero processo di produzione dell’assemblaggio SMT. Poiché la tecnologia elettronica compie continui progressi oggi, anche le protezioni ESD dovrebbero essere migliorate. Trattandosi di un processo complesso, devono essere adottate diverse misure per essere compatibili con differenti requisiti, in modo che possano essere realizzate protezioni ESD efficaci sui dispositivi.
La scarica elettrostatica (ESD) rappresenta un rischio significativo per i componenti elettronici, in particolare durante il processo di assemblaggio con tecnologia a montaggio superficiale (SMT). Generata dall’elettricità statica, l’ESD può distruggere i dispositivi elettronici sia in modo diretto sia in modo silenzioso, compromettendo l’affidabilità e la funzionalità dei prodotti. Con la miniaturizzazione e la crescente complessità dell’elettronica, è fondamentale gestire efficacemente l’ESD tramite ambienti privi di cariche statiche, sistemi di messa a terra e neutralizzazione delle cariche.
L’integrazione di procedure complete di protezione ESD nel processo di produzione garantisce una migliore qualità e una maggiore durata del prodotto. Per proteggere i tuoi assemblaggi elettronici da difetti causati dall’ESD, valuta l’integrazione di queste solide misure. La nostra esperienza nell’integrare attente precauzioni ESD all’interno del processo di assemblaggio SMT ci rende il partner ideale per le tue esigenze di produzione elettronica. Collaborando con PCBCart, beneficerai del nostro impegno per la qualità e l’innovazione. Contattaci oggi stesso per ricevere un preventivo personalizzato e scoprire come le nostre soluzioni innovative possono proteggere e valorizzare i tuoi progetti elettronici.
Richiedi subito il tuo preventivo personalizzato per l’assemblaggio SMT
Risorse utili
•Processo di assemblaggio di circuiti stampati (PCBA)
•Progettazione della dissipazione termica interna del PCB basata su modello termico
•Suggerimenti per la progettazione termica dei PCB controllati da sistemi FPGA
•Progettazione di PCB ad alta potenza in ambiente ad alta temperatura
•PCB con nucleo metallico: una soluzione ideale ai problemi termici in PCB e PCBA
•Servizio completo di produzione PCB da PCBCart - Molteplici opzioni a valore aggiunto
•Servizio avanzato di assemblaggio PCB da PCBCart - A partire da 1 pezzo
