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靜電放電 （ESD） 是電子制造中的無聲威脅，能夠?qū)γ舾薪M件造成災(zāi)難性損壞或潛在缺陷，從而降低產(chǎn)品可靠性。在 PCB 組裝工作站中，精度和質(zhì)量至關(guān)重要，有效的 ESD 保護(hù)不僅是一種最佳實(shí)踐，而且是必需的。據(jù)估計(jì)，電子行業(yè)每年因 ESD 相關(guān)故障而損失 50 億美元，因此實(shí)施強(qiáng)大的 ESD 控制措施對(duì)于確保高良率、可靠性和客戶滿意度至關(guān)重要。

了解 PCB 組裝中的靜電放電 （ESD）

當(dāng)具有不同電位的兩個(gè)物體接觸或靠近時(shí)，就會(huì)發(fā)生 ESD，從而導(dǎo)致電流突然流動(dòng)。在 PCB 組裝中，當(dāng)技術(shù)人員的身體、工具甚至工作臺(tái)攜帶靜電荷時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況，這些靜電荷會(huì)放電到 MOSFET、二極管或 CMOS IC 等敏感元件中。低至 30V 的電壓會(huì)損壞微電子器件，電子行業(yè)中高達(dá) 33% 的設(shè)備故障歸因于 ESD。這些失敗可能會(huì)立即表現(xiàn)出來，也可能表現(xiàn)為潛在的缺陷，從而導(dǎo)致該領(lǐng)域的早期故障，這可能會(huì)損害公司的聲譽(yù)和底線。

為什么 ESD 保護(hù)在 PCB 組裝工作站中很重要

ESD 保護(hù)不足的后果很嚴(yán)重。災(zāi)難性故障會(huì)導(dǎo)致組件立即損壞，需要昂貴的返工。占 ESD 相關(guān)損害 60-90% 的潛在缺陷更加隱蔽，因?yàn)樗鼈兛赡芡ㄟ^初始測(cè)試但在運(yùn)行過程中失敗，從而導(dǎo)致高退貨授權(quán) （RMA） 率。根據(jù) Deloitte 的一項(xiàng)研究，僅美國(guó)電子行業(yè)的 ESD 相關(guān)成本每年就達(dá)到 50 億美元，這凸顯了全面保護(hù)的必要性。

有效的 ESD 管理可提高產(chǎn)量、減少返工并延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。據(jù) Gartner 報(bào)告，通過控制工作站環(huán)境中的靜電荷，制造商可以將 ESD 相關(guān)成本降低 60-70%。對(duì)于工程師來說，這意味著更少的生產(chǎn)難題和更可靠的產(chǎn)品，從而建立與客戶和最終用戶的信任。

ESD 安全工作站的關(guān)鍵組件

創(chuàng)建 ESD 安全工作站需要結(jié)合環(huán)境控制、設(shè)備和人員實(shí)踐。以下是建立強(qiáng)大的 ESD 保護(hù)系統(tǒng)的基本組件。

1. 接地的工作臺(tái)面和墊子

所有工作站表面都必須是靜電耗散的，以防止電荷積聚。ESD 墊的表面電阻率通常為 10^6 至 10^9 歐姆，為靜電荷消散至地面提供了一條安全路徑。這些墊子應(yīng)覆蓋工作臺(tái)并連接到公共接地點(diǎn)。使用 ESD 安全清潔劑定期清潔對(duì)于保持其耗散特性至關(guān)重要。

2. 人員接地

技術(shù)人員是靜電荷的主要來源，通過簡(jiǎn)單的動(dòng)作即可產(chǎn)生高達(dá) 30,000V 的電壓。接地腕帶的電阻為 1MΩ，可確保安全放電，是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。腳跟帶或 ESD 安全鞋也是必不可少的，尤其是在更容易產(chǎn)生靜電的低濕度環(huán)境中。使用阻抗測(cè)試儀對(duì)腕帶和腳跟帶進(jìn)行日常測(cè)試可確保其有效性。

3. 導(dǎo)電地板

ESD 專用地磚通常含有碳或石墨，具有導(dǎo)電性，可防止靜電產(chǎn)生。這些地板應(yīng)保持 10^6 到 10^10 歐姆的電阻，并與工作站接地到相同的系統(tǒng)。在干燥氣候下，將濕度保持在 40-70% 之間可進(jìn)一步減少靜電積聚，因?yàn)楦稍锏目諝鈺?huì)促進(jìn)離子積累。

4. ESD 安全工具和設(shè)備

所有工具（如鑷子、真空拾取工具和烙鐵）都必須經(jīng)過 ESD 保護(hù)，以避免電荷轉(zhuǎn)移。拾取和放置機(jī)器等設(shè)備應(yīng)接地，以防止在運(yùn)行過程中產(chǎn)生靜電。定期測(cè)試設(shè)備接地，最好每周一次，以確保持續(xù)合規(guī)。

5. 防靜電包裝

PCB 和組件必須在 ESD 安全包裝中儲(chǔ)存和運(yùn)輸，例如金屬防靜電袋或?qū)щ娛痔岽＿@些材料以法拉第籠原理為模型，可保護(hù)內(nèi)容物免受外部 ESD 事件的影響。避免使用標(biāo)準(zhǔn)塑料或紙板，它們會(huì)產(chǎn)生靜電荷。

PCB 組裝中 ESD 控制的最佳實(shí)踐

實(shí)施有效的 ESD 控制計(jì)劃不僅涉及設(shè)備，還需要一種包括培訓(xùn)、程序和合規(guī)性在內(nèi)的整體方法。以下是要遵循的關(guān)鍵最佳實(shí)踐：

1. 建立 ESD 保護(hù)區(qū) （EPA）

指定處理 ESD 敏感元件的特定區(qū)域，并用標(biāo)牌清楚地標(biāo)記，以限制受過培訓(xùn)的人員進(jìn)入。EPA 內(nèi)的所有表面、工具和設(shè)備都必須接地到一個(gè)公共點(diǎn)，以確保等電位連接。根據(jù) IEC 61340-5-1，EPA 應(yīng)使用適當(dāng)?shù)慕拥睾挽o電耗散材料來維護(hù)受控環(huán)境。

2. 綜合培訓(xùn)

ESD 培訓(xùn)是有效計(jì)劃的基石。從技術(shù)人員到管理人員，所有人員都應(yīng)該了解 ESD 風(fēng)險(xiǎn)和正確的處理程序。培訓(xùn)應(yīng)涵蓋腕帶的使用、安全處理技術(shù)（例如，觸摸 PCB 邊緣而不是引腳）以及濕度控制的重要性。定期進(jìn)修可確保合規(guī)性，尤其是對(duì)于新員工。

3. 定期測(cè)試和審核

每天測(cè)試腕帶和鞋類，并每周檢查工作站接地，這一點(diǎn)至關(guān)重要。使用阻抗測(cè)試儀驗(yàn)證電阻值是否符合標(biāo)準(zhǔn)（例如，腕帶為 1MΩ）。符合 ANSI/ESD S20.20 等標(biāo)準(zhǔn)的定期審計(jì)可確保持續(xù)合規(guī)并確定需要改進(jìn)的領(lǐng)域。

4. 最大限度地減少靜電發(fā)生器

從 EPA 中消除產(chǎn)生靜電的材料，例如標(biāo)準(zhǔn)塑料、膠帶分配器或織物椅子。例如，從卷筒上拉下膠帶會(huì)產(chǎn)生數(shù)千伏特的電壓。使用 ESD 安全替代品，如靜電耗散膠帶或?qū)щ娨危越档惋L(fēng)險(xiǎn)。

5. 實(shí)施電路級(jí)保護(hù)

除了工作站控制之外，還將 ESD 保護(hù)納入 PCB 設(shè)計(jì)中。在輸入/輸出端口使用瞬態(tài)電壓抑制器 （TVS） 或浪涌保護(hù)二極管來轉(zhuǎn)移 ESD 電流。PCB 布局中的接地層可以將 ESD 繞過接地，從而降低損壞有源元件的風(fēng)險(xiǎn)。確保將抑制器放置在靠近潛在 ESD 入口點(diǎn)的位置，以最大限度地減少寄生電感，否則可能會(huì)減慢保護(hù)電路的速度。

ESD 保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)和合規(guī)性

遵守行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可確保一致的 ESD 保護(hù)。主要標(biāo)準(zhǔn)包括：

- ANSI/ESD S20.20-2021：提供建立 ESD 控制計(jì)劃的指南，涵蓋接地、材料和人員培訓(xùn)。

- IEC 61340-5-1：側(cè)重于創(chuàng)建 EPA，對(duì)工作站、地板和處理程序有詳細(xì)要求。

- JEDEC JESD625B：以半導(dǎo)體制造為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)組件級(jí)保護(hù)。

- MIL-STD-1686：國(guó)防應(yīng)用的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，與高可靠性環(huán)境相關(guān)。

將 ESD 控制集成到 ISO 9001 質(zhì)量管理體系中可以進(jìn)一步提高合規(guī)性，確保整個(gè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量一致。

PCB 組裝工作站中的 ESD 保護(hù)是現(xiàn)代電子制造的一個(gè)不容商榷的方面。通過實(shí)施接地工作站、人員培訓(xùn)、ESD 安全工具和電路級(jí)保護(hù)，制造商可以顯著降低代價(jià)高昂的故障風(fēng)險(xiǎn)并提高產(chǎn)品可靠性。遵守 ANSI/ESD S20.20 和 IEC 61340-5-1 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可確保強(qiáng)大的 ESD 控制計(jì)劃，而腕帶和防靜電包裝等實(shí)用措施則提供立竿見影的好處。對(duì)于工程師來說，優(yōu)先考慮 ESD 保護(hù)意味著提供符合最高質(zhì)量和耐用性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的電子市場(chǎng)中培養(yǎng)信任和成功。