如何消除醫(yī)療電子器件中的PCB靜電

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2023-07-1813:08醫(yī)療電子器械技術(shù)正不斷進步，并幫助塑造醫(yī)療保健的未來。這一技術(shù)廣泛用于醫(yī)療行業(yè)的各個領(lǐng)域，從簡單的遠程患者監(jiān)測（如智能手表）到復(fù)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(yī)療電子市場規(guī)模估計為1010.6億美元，2032年預(yù)計將增長到2484.3億美元。

這一不斷發(fā)展的技術(shù)需求需要極其復(fù)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(yī)療器械供電所需的復(fù)雜電路。所有醫(yī)療電子產(chǎn)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(zhàn)性。

靜電放電（ESD）是一種可嚴重影響電子醫(yī)療器械的問題，會導(dǎo)致微電子元件故障和損壞。據(jù)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(yī)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(dǎo)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(zhì)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(dǎo)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(zāi)難性損傷和潛在損傷。當電子設(shè)備遭受潛在損傷時，它可能會部分退化，但仍能繼續(xù)運行。然而，隨著使用壽命的縮短，該設(shè)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(fā)現(xiàn)受損印刷電路板（PCB）的潛在損傷。然而，災(zāi)難性損傷更加明顯，通?？梢酝ㄟ^質(zhì)量控制檢查期間的性能測試發(fā)現(xiàn)。它會造成印刷電路板的永久性損壞，導(dǎo)致電子元件無法使用。

ESD對電子設(shè)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(xié)會（ANSI）等管理機構(gòu)已將這種現(xiàn)象納入其標準IEC61340和ANSI/ESDS20。

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(fā)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(nèi)，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(chǎn)設(shè)施的每個角落都可能發(fā)生；然而，實際操作過程更多的制造區(qū)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(fā)生ESD的生產(chǎn)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(shè)備，如示波器。

小車、輸送機等生產(chǎn)設(shè)備以及機器或材料相互摩擦，也會累積摩擦電荷并導(dǎo)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(shù)（SMT）生產(chǎn)過程中的ESD。以下是一些推薦的方法。

環(huán)境控制。生產(chǎn)設(shè)施的某些區(qū)域要比其他區(qū)域更易于受到靜電荷影響，但通過結(jié)合這些保護措施，可以減少靜電荷的產(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)區(qū)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(qū)域中所有可能產(chǎn)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(tǒng)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(yù)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(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)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(tǒng)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(xiàn)更徹底的清潔和靜電耗散。

五、保持控制

對于有關(guān)鍵電子元件的醫(yī)療器械，制造過程中的ESD損傷可能會帶來缺陷，產(chǎn)品一旦投入使用，醫(yī)療器械就會失效，從而危及患者的安全。

ESD會影響醫(yī)療器械的功能和可靠性，因此在制造敏感的醫(yī)療電子產(chǎn)品時，通過策略、流程和有效