Era semasa telah menyaksikan kelajuan tinggi integrasi serta pengeluaran dan pembuatan besar-besaran komponen plumbum untuk dikecilkan. Apabila melibatkan pemasangan SMT (Teknologi Pelekap Permukaan), komponen perlu melalui satu siri pemprosesan, termasuk pra-pemprosesan, penempatan, pematerian, ujian dan pembungkusan. Sepanjang keseluruhan proses ini, berlakunya ESD (Nyahcas Elektrostatik) boleh menyebabkan kerosakan pada pelbagai tahap, sekali gus mengurangkan prestasi pemasangan SMT.
Dalam proses pematerian, bagaimanapun, kelembapan di dalam komponen boleh menghasilkan wap dan tekanan, menyebabkan keretakan di dalam komponen dan keretakan ini mungkin merebak. Akibatnya, litar pintas mungkin akhirnya berlaku, mengurangkan kebolehpercayaan produk. Oleh itu, kerosakan yang disebabkan oleh ESD pada sambungan pateri adalah begitu serius sehingga perhatian yang mencukupi perlu diberikan terhadapnya, dan inilah yang dibincangkan dalam artikel ini.
Sumber Penjanaan ESD
Elektrik elektrostatik terutamanya berpunca daripada tiga sumber: geseran, aruhan dan tubuh manusia.
a. ESD melalui Geseran
Sebagai sejenis tenaga elektrik, elektrik elektrostatik biasanya kekal pada permukaan objek dan penjanaannya berpunca daripada ketidakseimbangan antara cas positif dan negatif dalam julat tertentu. Secara umumnya, elektrik elektrostatik dijana melalui pemindahan elektron dan ion. Apabila geseran berlaku antara dua objek penebat, tenaga elektrik pada permukaan satu objek akan dipindahkan ke permukaan objek yang lain yang kemudiannya mempunyai cas negatif. ESD akibat geseran kebanyakannya berkaitan dengan tahap kebersihan permukaan objek, saiz dan persekitaran.
b. ESD melalui Induksi
Objek yang berupaya membangkitkan aruhan ialah konduktor dan medium dielektrik dalam medan elektrik statik. Apabila konduktor wujud di sekeliling objek bercas, pengutuban akan berlaku pada konduktor disebabkan oleh kesan medan elektrostatik. Akibatnya, cas aruhan akan terhasil dengan pengutuban yang bertentangan dan nilai yang setara, yang akan meningkatkan kemungkinan ESD.
c. ESD oleh Badan Manusia
Tubuh manusia dianggap sebagai sumber utama ESD sepanjang keseluruhan proses pemasangan SMT. Apabila manusia bergerak, geseran yang disebabkan oleh kasut atau pakaian akan mengakibatkan objek bercas. Selain itu, suhu, pergerakan berkelajuan tinggi dan keretakan juga akan menyebabkan ESD.
Sebenarnya, elektrik statik sering ditemui dalam kehidupan seharian manusia, tetapi ia hampir tidak mendatangkan kerosakan. Namun, jika IC dan bahan polimer tinggi kerap digunakan, kerosakan akibat ESD akan meningkat. Oleh itu, adalah sangat penting untuk merangka skim perlindungan ESD dalam proses pemasangan SMT.
Kerosakan ESD pada Sambungan Pateri
Sambungan pematerian memainkan peranan yang sangat penting dalam keseluruhan sistem produk elektronik kerana ia memikul tanggungjawab sambungan semasa litar beroperasi. Pada masa ini, litar menjadi semakin padat dengan bilangan sambungan pematerian yang meningkat dengan ketara. Jika terdapat masalah pada satu sambungan pematerian sahaja, keseluruhan sistem litar akan gagal. Kecacatan sambungan pematerian terutamanya berpunca daripada kecacatan yang berlaku dalam proses pemasangan SMT. Apabila suhu persekitaran berfluktuasi atau arus keseluruhan litar menjadi tidak stabil, komponen akan menjadi terlalu panas sehingga keletihan terma akan seterusnya mengurangkan prestasi produk elektronik. Selain itu, apabila suhu di sekitar sambungan pateri berubah, tegasan terma akan terhasil di dalam sambungan pematerian.
Satu lagi kecacatan pada sambungan pateri ialah rongga. Rongga merujuk kepada beberapa gelembung udara kecil di dalam sambungan pateri dan ia terhasil daripada pengembangan sebatian atau sisa udara dalam pes pateri. Walaupun pemeriksaan visual boleh digunakan untuk mengesan beberapa rongga luaran pada sambungan pateri, rongga yang terbentuk semasa proses pematerian akan menjadi ancaman besar sehingga sukar untuk dikesan. Namun begitu, rongga terbentuk akibat satu siri proses semula jadi, yang bermaksud ia tidak dapat dielakkan. Di satu pihak, rongga boleh menghalang pembentukan keretakan atau mengubah laluan pengembangan keretakan. Di pihak lain, rongga akan memendekkan jangka hayat produk akhir.
Langkah untuk Meminimumkan Kesan Negatif pada Sambungan Pateri
Perlindungan ESD berada di tangga teratas senarai masalah yang berkemungkinan berlaku semasa proses pemasangan SMT. Operator perlu dilengkapi dengan pengetahuan yang mencukupi mengenai perlindungan ESD, serta benar-benar memahami tujuan dan langkah khusus perlindungan ESD. Selain itu, semua operator mesti dilatih supaya mempunyai kepakaran dan mengekalkan tahap kesedaran yang tinggi terhadap perlindungan ESD.
• Langkah Perlindungan ESD #1: Konduktor dan Penebat
Jika elektrik statik dijana pada konduktor, ia perlu dilepaskan tepat pada masanya melalui beberapa saluran seperti peralatan dan peranti tertentu. Saluran kebocoran elektrostatik boleh berupa pembumian dengan konduktor supaya cas elektrostatik dapat dilepaskan daripada konduktor. Wayar anti-statik boleh dipasang untuk menyumbang kepada perlindungan ESD dan ia hendaklah diwujudkan secara bebas bagi memisahkan wayar pembumian kuasa dan talian pembumian anti-statik. Oleh kerana cas tidak dapat bergerak dalam penebat, langkah perlindungan ESD untuk konduktor tidak berkesan pada penebat. Justeru, peneutralan cas biasanya digunakan untuk perlindungan ESD bagi penebat. Kipas ion digunakan untuk menjana ion positif dan negatif supaya cas elektrostatik dapat dineutralkan. Dalam persekitaran yang sama, suhu persekitaran yang lebih rendah membawa kepada peningkatan kelembapan yang turut mempengaruhi kekonduksian konduktor. Apabila kekonduksian elektrik sentiasa meningkat dan kelembapan juga naik, adalah lebih baik untuk melindungi daripada ESD dalam persekitaran sedemikian. Oleh itu, penyelesaian optimum sebagai langkah perlindungan ESD dalam kawasan berbahaya ialah meningkatkan kelembapan dan menurunkan suhu.
• Langkah Perlindungan ESD #2: Peranti Perlindungan ESD
Untuk sebahagian besarnya menghentikan penjanaan elektrik statik dan melepaskan elektrik statik sedia ada, peranti perlindungan ESD hendaklah mempunyai kekonduksian yang mencukupi dan berupaya mengawal kelajuan kebocoran ESD bagi mengelakkan elektrik statik daripada dibocorkan secara berlebihan.
• Langkah Perlindungan ESD #3: Litar Pelindung
Adalah perkara biasa untuk menambah litar perlindungan kepada langkah perlindungan ESD. Walau bagaimanapun, litar perlindungan tidak diterima dalam litar yang dikecilkan dan berketumpatan tinggi.
Sejauh langkah perlindungan ESD berkenaan, begitu banyak unsur perlu diambil kira semasa membuat keputusan supaya langkah perlindungan ESD yang optimum dapat digunakan.
P.S. Beberapa Petua untuk Penjanaan Cantuman Pateri yang Optimum dalam Proses Pemasangan SMT
Apabila produk elektronik semakin dikecilkan dan pelbagai fungsi, adalah semakin sukar untuk menganalisis punca kecacatan semasa proses pemasangan SMT. Masalah sambungan pateri telah menjadi isu utama dalam proses pemasangan SMT, jadi masalah sambungan pateri boleh ditangani dengan menetapkan lengkung suhu pematerian aliran semula dengan sewajarnya.
Rongga berupaya mempercepat kelajuan pengembangan retak dan kekuatan sambungan pateri akan berkurang. Penggunaan via buta pada PCB (Papan Litar Bercetak) akan menyebabkan berlakunya rongga, yang juga boleh terhasil akibat penggunaan teknologi yang tidak sesuai. Udara terdapat di dalam via buta dan isipadunya akan mengembang selepas dipanaskan. Selain itu, sebahagian udara akan dikeluarkan apabila pes pateri sedang dicairkan dan udara yang tidak dikeluarkan akan menjadi rongga dalam sambungan pateri.
Di samping itu, pembentukan rongga berkait secara langsung dengan suhu pematerian. Suhu pra-pemanasan perlu dipanjangkan ke julat antara 90 hingga 120 saat supaya udara dan air yang terkandung dalam pes pateri dapat disejat sepenuhnya, sekali gus mengurangkan kemungkinan berlakunya rongga. Atau, mengurangkan ketegangan permukaan pes pateri dapat mengeluarkan buih dalam persekitaran bersuhu tinggi.
