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    如何消除醫療電子器件中的PCB靜電

    嘉峪檢測網        2023-07-18 13:08

    醫療電子器械技術正不斷進步,并幫助塑造醫療保健的未來。這一技術廣泛用于醫療行業的各個領域,從簡單的遠程患者監測(如智能手表)到復雜的植入式器械(如心臟起搏器和耳蝸助聽器)。其重要性顯而易見,2022年全球醫療電子市場規模估計為1010.6億美元,2032年預計將增長到2484.3億美元。
     
    這一不斷發展的技術需求需要極其復雜的微型電子器件。印刷電路板(PCB)必須更小、更輕,但必須保留高科技醫療器械供電所需的復雜電路。所有醫療電子產品都必須確??煽壳议L期可用。然而,這些小而密集的印刷電路板(PCB)使管理故障變得困難且更具挑戰性。
     
    靜電放電(ESD)是一種可嚴重影響電子醫療器械的問題,會導致微電子元件故障和損壞。據估計,三分之一的PCB故障是由靜電放電(ESD)引起的。如果不采取控制措施和有效的流程消除醫療器械中的靜電放電,可能會對人類安全造成嚴重危害。
     
    一、什么是ESD?
     
    靜電放電(ESD)是累積電荷在物體之間的快速釋放,導致電流在物體間流動。當一個物體帶正電荷而另一個物體帶負電荷時,攜帶這些電荷的質子和電子會試圖通過在接觸點快速交換來相互平衡。累積電荷的突然釋放會導致ESD尖峰。雖然該尖峰人眼不可見,但它會損壞印刷電路板(PCB)和電子元件,特別是電阻器、電容器、二極管、集成電路、變壓器和晶體管等敏感器件。
     
    ESD損傷有兩種形式:災難性損傷和潛在損傷。當電子設備遭受潛在損傷時,它可能會部分退化,但仍能繼續運行。然而,隨著使用壽命的縮短,該設備將老舊/不精確,影響其正常功能。
     
    在制造過程中,通過初步檢查幾乎不可能發現受損印刷電路板(PCB)的潛在損傷。然而,災難性損傷更加明顯,通??梢酝ㄟ^質量控制檢查期間的性能測試發現。它會造成印刷電路板的永久性損壞,導致電子元件無法使用。
     
    ESD對電子設備的危害非常大\因此國際電工委員會(IEC)和美國國家標準協會(ANSI)等管理機構已將這種現象納入其標準IEC 61340和ANSI/ESD S20。
     
    二、ESD的來源有哪些?
     
    在敏感的PCB上操作時,需佩戴防靜電腕帶。(圖片來源:MicroCare)
     
    靜電放電(ESD)可能發生在制造和裝配過程的任何階段;然而,最常見的途徑是通過觸摸。在平常的一個工作日內,人體和某些衣物可以儲存500-2,500V的靜電。
     
    靜電放電(ESD)在生產設施的每個角落都可能發生;然而,實際操作過程更多的制造區域面臨的風險更高。例如,收貨、裝配、維修、清潔、檢查和包裝是最容易發生ESD的生產空間。其他常見的ESD來源包括在電子電路故障排除時,使用未接地的電氣設備,如示波器。
     
    小車、輸送機等生產設備以及機器或材料相互摩擦,也會累積摩擦電荷并導致ESD。另一個誘因是快速的空氣流動,例如使用壓縮空氣或風扇來干燥PCB組件。
     
    三、如何管理ESD
     
    盡管不可能百分之百地消除ESD,但可以采取有效措施來減少表面貼裝技術(SMT)生產過程中的ESD。以下是一些推薦的方法。
     
    環境控制。生產設施的某些區域要比其他區域更易于受到靜電荷影響,但通過結合這些保護措施,可以減少靜電荷的產生。
     
    在敏感的PCB上操作時,佩戴與接地線連接的防靜電腕帶或腳帶,以消散工人身上的靜電。
     
    使用導電地墊來消除鞋子上聚集的靜電。
     
    穿戴防靜電服和鞋套。
     
    確保所有工作臺、地墊和腕帶都已接地。
     
    保持生產區域的空氣濕度在40%至70%之間,以幫助防止靜電積聚。
     
    在干燥PCB時,嚴禁使用壓縮空氣。
     
    移除工作區域中所有可能產生ESD的非必需物品。
     
    確保使用防靜電容器運輸PCB。
     
    四、靜電消散的清潔工具
     
    靜電安全的受控助焊劑清洗液分配系統可幫助控制靜電。(圖片來源:MicroCare)
     
    清潔是減少靜電放電(ESD)的一種有效方式。用于組裝、清潔和測試PCB的工作臺面和工具會累積靜電荷,因此使用預飽和的、防靜電的清潔抹布進行擦拭,以消除靜電荷和污染是非常重要的。高質量的防靜電清潔抹布還能有效地清除污垢、油脂、油污和指紋污染,這些也可能影響PCB的可靠性。
     
    氣溶膠助焊劑去除劑和清洗劑是最常見的PCB清潔工具之一。然而,一些氣溶膠式清洗液可產生高達12,000V的ESD,這是由分子在塑料噴物管中移動時的摩擦產生的。因此,請考慮使用由耐用的鋁合金和不銹鋼制成的分配工具。
     
    此外,在氣溶膠噴罐上安裝靜電消除工具,通過保持與靜電消除工具自身接觸,使清潔技術人員成為接地電路的一部分。靜電電荷被引入大地,將ESD降低到僅50V。
     
    靜電安全的受控助焊劑清洗液分配系統也可以幫助控制靜電。通過使用接地措施,助焊劑去除劑分配工具可減少敏感電子元件的靜電。這也是清潔小型密集PCB的一種非常有效的方式。清洗液可以到達低表面安裝的組件下方,以松動并沖洗污染物,從而實現更徹底的清潔和靜電耗散。
     
    五、保持控制
     
    對于有關鍵電子元件的醫療器械,制造過程中的ESD損傷可能會帶來缺陷,產品一旦投入使用,醫療器械就會失效,從而危及患者的安全。
     
    ESD會影響醫療器械的功能和可靠性,因此在制造敏感的醫療電子產品時,通過策略、流程和有效的靜電安全清洗液和工具進行靜電控制是至關重要的。
     
    文章翻譯自Elizabeth Norwood,來自康涅狄格州新不列顛市MicroCare, LLC的高級化學家。目前,Norwood擁有一項已批準專利和兩項正在申請中的專利。
     
     
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    來源:Medtec醫療器械設計與制造

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