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PCB返工/维修中ESD控制的湿度调节
  2022-04-06      98

by Bob Wettermann

电子产品返工和修理区域产生的电荷量受多种因素的影响,包括但不限于所用材料、材料之间的摩擦相互作用量以及环境的相对湿度。在北方寒冷的冬季,当加热系统使车间空气变干,相对湿度下降时,在其他条件相同的情况下,会累积更多的静电电荷。较低的湿度会增加ESD事件的数量,因此从理论上讲,将返工区域保持在较高的湿度水平可降低静电导致元件损坏的可能性。

为了达到PCB返工/维修区域的“适当”相对湿度水平,需要考虑几个变量。正在返工的电子元件需要空气相对温度达到其规定的工作范围。此外,返工处理步骤,如返修环氧树脂固化所需的时长或三防漆材料固化需要的时间量,是受湿度水平影响的一些工艺步骤。相对湿度水平过高可能会导致不必要的质量问题,如腐蚀、手工焊接缺陷以及对湿敏器件造成不必要的MSD损坏。在较高的相对湿度水平下,焊膏将不具有正确的印刷和坍塌特性。这可能会影响焊膏印刷返工工艺,如无引线器件或BGA元件位置的焊膏印刷。PCB返工和维修区域的常见相对湿度范围在30%~60%之间。相对湿度为40%时,地板、地毯、桌垫和其他敏感区域的表面电阻将降低(图1)。

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图1:铜版纸的相对湿度与表面电阻率示例

增加湿度可以通过加湿系统来实现。加湿器将水蒸气添加到空气中,在表面形成一层薄保护膜,并作为一种自然导体来消散静电电荷。当湿度降至相对湿度40%以下时,这种保护就会消失,因此会增加电子元件和器件损坏或出现缺陷的可能性。

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图2:常见加湿喷嘴(来源:Condair Corporation公司)

在空气相对湿度较低的情况下,在PCB返工和维修区域完成操作存在许多风险。如果任何现有的静电监测或控制系统出现故障(例如,接地连接断开,操作员缺少腕带、脚部接地装置或接地垫,将导致涂层溢出,使其成为绝缘表面),则无法控制静电充电影响。其次,任何未接触ESD安全表面或未经ESD保护返工技术人员正确处理的返工PCB都可能被损坏。在许多情况下,控制湿度级别比确保不产生电荷的材料不进入工作区更容易。这些是在低湿度环境中在返工区域完成操作的一些风险。

增加返工区域的湿度不能仅通过加湿来取代稳定的ESD控制系统,相反,它可以与此类控制方案结合使用。此类方案应该包含以下要素:

•PCB返工/维修技术人员的培训/再培训计划

•操作员在处理ESD产品时佩戴腕带

•静电耗散地板

•所有ESD工作台均已识别并正确连接,每个工作台都有自己的接地连接

•操作员穿着静电耗散鞋

•操作员正确穿戴ESD安全工作服

•绘制/监测相对湿度以及监测警报

•根据EOS/ESD 2020的要求,将绝缘体保持在返工/修理操作区之外

•建立一个审计系统,对上述各项进行监控,每种方法都有足够的频率,以确保合规性和有效性

空气加湿器不能取代这些及其他ESD控制措施。在两种静电电位不同的材料接触并分离的环境中(如从点涂器上撕下Kapton™胶带)添加水分不会阻止充电的发生。然而,向环境中添加湿度将减少ESD事件的数量。没有湿度控制系统可以防止这种情况。

作为设计的组成部分,商用工业加湿系统具有多种功能。设计用于电子组装的系统通常为闭环系统,在该系统中测量湿度并控制湿度级别。使用的水通过卫生多级过滤系统,包括紫外线照明。这有助于确保分配的水蒸气不会损坏机械和电子组件。许多系统都有管路冲洗器,可随时清除杂质。

在北方的深冬,当一天工作结束时PCB返工区使用的加热系统将使空气干燥,使相对湿度降低到较低水平。这反过来会使ESD事件更容易发生,对ESD控制和监控程序的稳定性造成了压力。虽然并非所有情况下都需要加湿系统,但在某些条件下使用加湿系统可能会使返工有保证。

参考资料

1.“Coaxing better performancefrom electrostatics demonstrations in humidconditions,” Thomas Jones, class notes, University of Rochester.

Bob Wettermann是BEST Inc.公司的负责人,该公司是一家位于芝加哥的合同返工及维修工厂。

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