ตามที่ทราบกัน ไฟฟ้าสถิตหมายถึงประจุไฟฟ้าที่ค่อนข้างคงที่ซึ่งสะสมอยู่บนผิววัตถุ ซึ่งเป็นความไม่สมดุลของประจุบวกและประจุลบภายในขอบเขตเฉพาะที่ ESD ซึ่งเป็นคำย่อของ Electrostatic Discharge หมายถึงการถ่ายโอนประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างวัตถุหรือพื้นผิวที่มีศักย์ไฟฟ้าสถิตต่างกัน ESD สามารถแบ่งออกได้เป็นการคายประจุแบบสัมผัสและการคายประจุแบบการสลายตัวของสนามไฟฟ้า นอกจากนี้ ความเสียหายจาก ESD หมายถึงปรากฏการณ์ที่ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เกิดการเสื่อมสมรรถนะหรือขัดข้องเนื่องจากผลกระทบของ ESD ในฐานะที่เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการประกอบที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบัน SMT (Surface Mount Technology) ได้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ที่ให้บริการในหลากหลายสาขา ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจในความเชื่อถือได้และประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ จึงควรป้องกันความเสียหายจาก ESD ระหว่างกระบวนการประกอบ SMT และบทความนี้จะอธิบายวิธีการป้องกันดังกล่าว
การเกิดขึ้นของ ESD
ในความเป็นจริงแล้ว ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นจากกระบวนการทางกายภาพหลายขั้นตอน รวมถึงการสัมผัสและการแยกตัวของวัตถุ การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต การมีขั้วของไดอิเล็กทริก และการยึดเกาะของอนุภาคที่มีประจุ เนื่องจากมีความไม่สมดุลบางส่วนของประจุไฟฟ้าบนผิวของวัตถุ ไฟฟ้าสถิตจึงคงอยู่บนผิวของวัตถุในรูปของพลังงานไฟฟ้าสูง ที่ใดมีการเคลื่อนไหว ที่นั่นย่อมมีไฟฟ้าสถิต ในแง่ของกระบวนการประกอบ SMT ไฟฟ้าสถิตสามารถพบได้ในสถานการณ์ต่อไปนี้:
a. ESD จากแรงเสียดทาน
ในฐานะแหล่งกำเนิดการคายประจุไฟฟ้าสถิตที่สำคัญ การเสียดสีเป็นสาเหตุหลักของไฟฟ้าสถิตในกระบวนการประกอบ SMT ท้ายที่สุดแล้ว ตราบใดที่มีสารสองชนิดที่ทำจากวัสดุแตกต่างกันสัมผัสกันแล้วแยกออกจากกันในชีวิตประจำวัน ไฟฟ้าสถิตก็จะเกิดขึ้น เมื่อกล่าวถึงกระบวนการประกอบ SMT มักจะพบ ESD หลังจากการเสียดสี การสัมผัส และการแยกตัวระหว่างร่างกายมนุษย์กับเสื้อผ้า รองเท้า ถุงเท้า เป็นต้น โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งมีการคงอยู่ของวัสดุฉนวนมากเท่าใด ก็จะยิ่งเกิดไฟฟ้าสถิตจากการเสียดสีมากขึ้นเท่านั้น จากการศึกษาที่เกี่ยวข้องพบว่า ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการเคลื่อนไหวของมนุษย์มีระดับแรงดันไฟฟ้าอยู่ในช่วง 100V ถึง 3,500V ซึ่งถือเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดความเสียหายแบบถาวรหรือการเสื่อมสภาพแบบอ่อนบนชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
b. ESD โดยการเหนี่ยวนำ
ในกระบวนการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เมื่อสารที่มีประจุไฟฟ้าสถิตซึ่งกักเก็บพลังงานจำนวนมากเข้าใกล้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เหล่านั้นก็จะกลายเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าสถิตเช่นกัน หากมีการวางวัสดุนำไฟฟ้าไว้ในสนามไฟฟ้า ประจุบวกและประจุลบจะถูกถ่ายโอนพร้อมกับการเกิดไฟฟ้าสถิต อย่างไรก็ตาม หากสารสองชนิดมีการสัมผัสกันอย่างแนบแน่น การเคลื่อนย้ายของอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อ นอกจากนี้ ESD ยังสามารถถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นบนอุปกรณ์และเครื่องมือที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อีกด้วย เช่นอุปกรณ์ประกอบ SMTคอมพิวเตอร์และจอภาพ เตารีดบัดกรีไฟฟ้า เตาอบบัดกรีรีโฟลว์ เตาอบบัดกรีแบบคลื่น และเครื่องมือตรวจสอบ
c. ESD โดยการนำไฟฟ้า
มักพบได้บ่อยว่าชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มีขาโลหะหรือพินโลหะ และเมื่อสัมผัสกับวัตถุที่มีไฟฟ้าสถิต ประจุไฟฟ้าจะถูกถ่ายโอนอย่างรวดเร็วจากวัตถุที่มีประจุไปยังตัวโลหะ ทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มีไฟฟ้าสถิต เมื่อชิ้นส่วนที่มีไฟฟ้าสถิตสัมผัสกับกราวด์ ความเสียหายจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ก็อาจเกิดขึ้นได้
คุณลักษณะของการศึกษาเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืน
ไฟฟ้าสถิตมีศักย์ไฟฟ้าสูงและกำลังต่ำ โดยมีแรงดันไฟฟ้าสูงได้ถึงระดับหลายร้อยถึงหลายพันโวลต์ และบางครั้งอาจสูงกว่านั้นอีก โดยทั่วไปไฟฟ้าสถิตจะคงอยู่เพียงไม่กี่ไมโครวินาที และความชื้นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับไฟฟ้าสถิต ดังนั้นการเพิ่มความชื้นจึงช่วยลดความเสียหายจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) คุณลักษณะอื่น ๆ ที่ไฟฟ้าสถิตมี ได้แก่:
a. ปลอมตัว
โดยปกติแล้วมนุษย์ไม่สามารถรับรู้ไฟฟ้าสถิตได้ทางกายภาพ และมนุษย์ก็ไม่สามารถรับรู้ถึงอาการช็อตไฟฟ้าได้อย่างแน่นอน เนื่องจากมีเพียง ESD ที่มีแรงดันสูงกว่า 2kV เท่านั้นที่มนุษย์จะสามารถรับรู้ได้ ซึ่งเป็นลักษณะการแฝงตัวของไฟฟ้าสถิต ความล้มเหลวหรือการเสื่อมลงของประสิทธิภาพที่เกิดจากความเสียหายของ ESD ส่วนใหญ่มักไม่สามารถสังเกตเห็นได้ เว้นแต่จะมีการตรวจสอบหรือมีการนำชิ้นส่วนไปใช้งานจริง
ข. ความซับซ้อน
พลังงานของ ESD เป็นของประจุอวกาศซึ่งมีลักษณะการกักเก็บพลังงานที่จำกัด ในฐานะที่เป็นพัลส์แรงดันไฟฟ้าสูงแบบฉับพลัน มันสามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าช็อกให้กับชิ้นส่วนได้เพียงช่วงเวลาสั้น ๆ แม้ไฟฟ้าสถิตจะมีพลังงานไฟฟ้าต่ำ แต่ก็ไม่ง่ายที่จะระบายออกอย่างปลอดภัยและยังควบคุมได้ยาก ESSD (Electrostatic Sensitive Device) มีวงจรที่ละเอียดอ่อนมากจนการวิเคราะห์ความล้มเหลวทำได้ยากหลังจากที่ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้รับความเสียหายจาก ESD
c. ความรุนแรง
ความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจาก ESD จะทำให้พารามิเตอร์บางส่วนเปลี่ยนแปลงเท่านั้น ตราบใดที่ยังคงอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้ อุปกรณ์ที่ได้รับความเสียหายจาก ESD ก็จะผ่านการตรวจสอบไปได้อย่างราบรื่น ซึ่งจะกลายเป็นสาเหตุของความล้มเหลวในระยะเริ่มต้น ข้อบกพร่องที่เกิดจากความเสียหายของ ESD แทบไม่สามารถแก้ไขได้ในขั้นตอนต่อมา ที่แย่ไปกว่านั้นคือไม่สามารถถูกตรวจพบได้ในขั้นตอนการตรวจสอบ
ความเสียหายจากไฟฟ้าสถิต
ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีแนวโน้มที่จะมีขนาดเล็กลงและมีฟังก์ชันหลากหลายมากขึ้น ความหนาแน่นของการรวมตัวของชิ้นส่วนบางประเภทเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ชั้นฉนวนภายในยังบางลงเรื่อย ๆ ลวดเชื่อมต่อมีขนาดเล็กลง และความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้ลดลง อุปกรณ์ชนิดติดตั้งบนพื้นผิว (SMDs – Surface Mount Devices) จำนวนมากที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตมีค่าความทนต่อแรงดันไฟฟ้าช็อกต่ำกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าสถิตที่มนุษย์สามารถรับรู้ได้ อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต การขนส่ง และการเก็บรักษานั้นสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าช็อกมาก ซึ่งมักทำให้ชิ้นส่วนได้รับความเสียหายแบบช็อกแข็งหรือช็อกอ่อน สุดท้าย SMDs เหล่านี้จะเกิดความล้มเหลวหรือความน่าเชื่อถือของมันจะลดลงอย่างมาก
ตามสถิติพบว่า ท่ามกลางสาเหตุทั้งหมดที่ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขัดข้อง ไฟฟ้าสถิต (ESD) คิดเป็นสัดส่วนระหว่าง 8% ถึง 33% และความเสียหายที่เกิดขึ้นมีมูลค่าสูงถึงหลายพันล้านดอลลาร์สหรัฐ ดังนั้น ในกระบวนการประกอบ SMT ไฮเทค การควบคุมไฟฟ้าสถิต (ESD) อย่างมีประสิทธิภาพจึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต ปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ และสร้างผลกำไรได้ ดังนั้น การดำเนินมาตรการที่มีประสิทธิผลเพื่อป้องกัน ESD จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
ESD จะทำให้เกิดความล้มเหลวแบบฉับพลันหรือความล้มเหลวแฝงในคอมโพเนนต์ที่มีความไวต่อสัญญาณ ความล้มเหลวแบบฉับพลัน ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าความเสียหายแบบฮาร์ด อาจทำให้คอมโพเนนต์สูญเสียการทำงานโดยรวม ทำให้ส่วนภายในของคอมโพเนนต์เกิดความเสียหายถาวรหรือวงจรขาด ความล้มเหลวแฝง ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าความเสียหายแบบซอฟต์ อาจทำให้คอมโพเนนต์เสื่อมลงในด้านพารามิเตอร์สมรรถนะ ทำให้การทำงานไม่เสถียร หรือทำให้การทำงานบางส่วนเสื่อมถอยหรือล้มเหลว เมื่อกล่าวถึงความล้มเหลวโดยรวมที่เกิดจาก ESD ความล้มเหลวแฝงคิดเป็น 60% ถึง 90% ในขณะที่ความล้มเหลวแบบฉับพลันคิดเป็น 10% ซึ่งหมายความว่าส่วนใหญ่เป็นความล้มเหลวแฝง ธรรมชาติของความล้มเหลวแฝงคือข้อบกพร่องของคอมโพเนนต์แทบไม่สามารถถูกเปิดเผยได้ผ่านการตรวจสอบ และยากที่จะหาสาเหตุที่แท้จริงของความล้มเหลว นอกจากนี้ การทำรีเวิร์กและการประมวลผลยังมีต้นทุนสูง และอายุการเก็บรักษาของคอมโพเนนต์ก็จะสั้นลงด้วย
การป้องกัน ESD ในกระบวนการประกอบ SMT
วัตถุประสงค์ที่สำคัญของการป้องกัน ESD ระหว่างกระบวนการประกอบ SMTคือการป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ที่ไวต่อไฟฟ้าสถิต (ESSD: Electrostatic Sensitive Device) ได้รับความเสียหายจากไฟฟ้าสถิต หลักการพื้นฐานคือจะต้องควบคุมการสะสมของไฟฟ้าสถิตอย่างมีประสิทธิภาพในบริเวณที่อาจเกิด ESD ป้องกันไม่ให้เกิดสนามไฟฟ้าสถิต และควบคุมแหล่งกำเนิดไฟฟ้าสถิตอย่างเข้มงวด นอกจากนี้ ควรลดปริมาณประจุไฟฟ้าสถิตให้เหลือน้อยที่สุด และดำเนินการตรวจสอบ ติดตามแบบเรียลไทม์ และบำรุงรักษาอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตทั้งหมด การป้องกัน ESD ดำเนินการเป็นหลักในด้านสภาพแวดล้อมของเวิร์กช็อป เจ้าหน้าที่ปฏิบัติงาน การต่อลงดิน และการทำให้ประจุไฟฟ้าสถิตเป็นกลาง
•การป้องกัน ESD ในสภาพแวดล้อมของเวิร์กช็อป
a. การใช้งานกราวด์แบบไร้ไฟฟ้าสถิต
พื้นที่การผลิตเป็นเขตป้องกัน ESD ที่สำคัญมาก ดังนั้นทุกส่วนจึงควรปราศจากไฟฟ้าสถิต รวมถึงพื้น ผนัง เพดาน ประตู หน้าต่าง โต๊ะปฏิบัติงาน เครื่องมือการผลิต เป็นต้น ในฐานะแหล่งกำเนิดไฟฟ้าสถิตที่สำคัญ การป้องกัน ESD จึงต้องได้รับการออกแบบและติดตั้งอย่างดี มาตรการที่ใช้กันทั่วไปได้แก่ การใช้พื้น PVC ป้องกันไฟฟ้าสถิต การทาสีพื้นป้องกันไฟฟ้าสถิต และการใช้ยางป้องกันไฟฟ้าสถิต
เพื่อให้ใช้ประโยชน์จากพื้นป้องกันไฟฟ้าสถิตได้ดียิ่งขึ้นและยืดอายุการใช้งาน ควรมีมาตรการบางอย่างในชีวิตประจำวัน ตัวอย่างเช่น ควรรักษาความสะอาดของพื้นและหลีกเลี่ยงวัตถุมีคมที่อาจทำให้เกิดรอยขีดข่วน ควรป้องกันไม่ให้สิ่งสกปรกเข้าสู่พื้นที่ทำงาน และควรทำความสะอาดคราบมันบนพื้นให้ทันเวลา
b. การควบคุมความชื้นสัมพัทธ์
ความชื้นสัมพัทธ์ (RH) ของโรงงานผลิตมีบทบาทสำคัญต่อการเกิดไฟฟ้าสถิต (ESD) ดังนั้นเมื่อไม่สามารถควบคุมได้ดี ระดับไฟฟ้าสถิตจะสูงขึ้น ส่งผลให้มีโอกาสเกิดอุบัติเหตุในการผลิตจากไฟฟ้าสถิตมากขึ้น ดังนั้นสามารถเพิ่มค่า RH ในพื้นที่ประกอบชิ้นงานได้อย่างเหมาะสมโดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้ วัสดุที่มีไฟฟ้าสถิตสูงควรอยู่ให้ห่างจากสายการผลิต
c. การใช้วัสดุป้องกันไฟฟ้าสถิต
วัสดุป้องกันไฟฟ้าสถิตหมายถึงวัสดุประเภทหนึ่งที่สามารถหยุดการเกิดไฟฟ้าสถิต กระจายประจุไฟฟ้าสถิต หรือป้องกัน ESD ได้ ดังนั้นสมรรถนะของวัสดุจึงมีความสำคัญต่อระบบป้องกัน ESD ทั้งหมด
•ระบบกราวด์ป้องกันไฟฟ้าสถิตของร่างกายมนุษย์
ระบบป้องกันไฟฟ้าสถิตของร่างกาย (Body ESD protection system) ประกอบด้วย ชุดป้องกันไฟฟ้าสถิต สายรัดข้อมือ รองเท้า ถุงเท้า หมวก ถุงมือหรือปลอกนิ้ว ผ้ากันเปื้อน สายรัดข้อเท้า เป็นต้น ทั้งระบบมีคุณสมบัติในการระบายไฟฟ้าสถิต การทำให้ประจุเป็นกลาง และการป้องกันการรบกวนจากไฟฟ้าสถิต ระบบกราวด์ไฟฟ้าสถิตของร่างกายมนุษย์เป็นวงจรกาวด์ที่สมบูรณ์เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมของไฟฟ้าสถิต โดยประกอบด้วย สายรัดข้อมือ สายรัดข้อเท้า รองเท้า แผ่นรอง พื้น เสื่อ สายกราวด์ย่อย และสายกราวด์หลักร่วม
•การต่อลงกราวด์ ESD
วิธีการที่สำคัญในการกำจัดไฟฟ้าสถิตในกระบวนการประกอบ SMT คือการกระจายประจุไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตและกระบวนการปฏิบัติงานออกไปอย่างรวดเร็ว การต่อลงดินหมายถึงกระบวนการที่ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าสามารถเชื่อมต่อกับวัตถุที่มีความสามารถในการจ่ายหรือรับประจุจำนวนมากได้ การต่อลงดินสามารถแบ่งออกเป็นการต่อลงดินแบบแข็งและการต่อลงดินแบบอ่อน แบบแรกหมายถึงการต่อลงดินผ่านอิมพีแดนซ์ต่ำ ในขณะที่แบบหลังหมายถึงการต่อลงดินผ่านอิมพีแดนซ์สูง
•การทำให้ประจุไฟฟ้าสถิตเป็นกลาง
เมื่อพูดถึงตัวนำไฟฟ้าหรือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถกระจายประจุได้ การป้องกัน ESD สามารถทำได้ด้วยการต่อลงดิน แต่ใช้ไม่ได้ผลกับฉนวนไฟฟ้า ดังนั้นจึงควรใช้การทำให้ประจุเป็นกลางด้วยไอออนเพื่อกำจัดประจุไฟฟ้าสถิต
โดยสรุปแล้ว การป้องกัน ESD ควรถูกนำมาใช้ตลอดทั้งกระบวนการผลิตการประกอบ SMT เมื่อเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์มีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในปัจจุบัน การป้องกัน ESD ก็จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงเช่นกัน ในฐานะที่เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน จึงต้องมีการกำหนดมาตรการที่แตกต่างกันเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดที่หลากหลาย เพื่อให้สามารถดำเนินการป้องกัน ESD ที่มีประสิทธิภาพบนอุปกรณ์ได้
การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) เป็นความเสี่ยงสำคัญต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างกระบวนการประกอบด้วยเทคโนโลยีติดตั้งบนพื้นผิว (SMT) ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสถิต ESD อาจทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ทั้งโดยตรงและอย่างเงียบ ๆ ส่งผลกระทบต่อความเชื่อถือได้และการทำงานของผลิตภัณฑ์ เมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กลงและมีความซับซ้อนมากขึ้น การจัดการ ESD อย่างมีประสิทธิภาพผ่านสภาพแวดล้อมที่ปราศจากไฟฟ้าสถิต ระบบกราวด์ และการทำให้ประจุเป็นกลางจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
การบูรณาการกระบวนการป้องกัน ESD อย่างครอบคลุมเข้าไปในกระบวนการผลิต ช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ที่ดีขึ้น เพื่อปกป้องชุดประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของคุณจากข้อบกพร่องที่เกิดจาก ESD ควรพิจารณานำมาตรการที่แข็งแกร่งเหล่านี้ไปใช้ ความเชี่ยวชาญของเราในการผสานมาตรการป้องกัน ESD ที่รอบคอบภายในกระบวนการประกอบ SMT ทำให้เราเป็นพันธมิตรที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการด้านการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ของคุณ ด้วยการทำงานร่วมกับ PCBCart คุณจะได้รับประโยชน์จากความมุ่งมั่นของเราในด้านคุณภาพและนวัตกรรม ติดต่อเราได้วันนี้เพื่อรับใบเสนอราคาที่ปรับให้เหมาะกับคุณ และค้นพบว่าโซลูชันนวัตกรรมของเราสามารถปกป้องและยกระดับโครงการอิเล็กทรอนิกส์ของคุณได้อย่างไร
ขอใบเสนอราคาประกอบ SMT แบบกำหนดเองของคุณตอนนี้
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•กระบวนการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCBA)
•การออกแบบการกระจายความร้อนภายในของ PCB ตามแบบจำลองความร้อน
•เคล็ดลับการออกแบบการจัดการความร้อนสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ควบคุมด้วยระบบ FPGA
•การออกแบบแผงวงจรพิมพ์กำลังสูงในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูง
•Metal Core PCB ทางออกที่เหมาะสมสำหรับปัญหาความร้อนใน PCB และ PCBA
•บริการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) แบบครบวงจรจาก PCBCart - ตัวเลือกเสริมที่เพิ่มมูลค่าหลากหลาย
•บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์ขั้นสูงจาก PCBCart - เริ่มต้นเพียง 1 ชิ้น
