如何消除医疗电子器件中的PCB静电

2/2如何消除医疗电子器件中的PCB静电

2023-07-1813:08医疗电子器械技术正不断进步，并帮助塑造医疗保健的未来。这一技术广泛用于医疗行业的各个领域，从简单的远程患者监测（如智能手表）到复杂的植入式器械（如心脏起搏器和耳蜗助听器）。其重要性显而易见，2022年全球医疗电子市场规模估计为1010.6亿美元，2032年预计将增长到2484.3亿美元。

这一不断发展的技术需求需要极其复杂的微型电子器件。印刷电路板（PCB）必须更小、更轻，但必须保留高科技医疗器械供电所需的复杂电路。所有医疗电子产品都必须确保可靠且长期可用。然而，这些小而密集的印刷电路板（PCB）使管理故障变得困难且更具挑战性。

静电放电（ESD）是一种可严重影响电子医疗器械的问题，会导致微电子元件故障和损坏。据估计，三分之一的PCB故障是由静电放电（ESD）引起的。如果不采取控制措施和有效的流程消除医疗器械中的静电放电，可能会对人类安全造成严重危害。

一、什么是ESD？

静电放电（ESD）是累积电荷在物体之间的快速释放，导致电流在物体间流动。当一个物体带正电荷而另一个物体带负电荷时，携带这些电荷的质子和电子会试图通过在接触点快速交换来相互平衡。累积电荷的突然释放会导致ESD尖峰。虽然该尖峰人眼不可见，但它会损坏印刷电路板（PCB）和电子元件，特别是电阻器、电容器、二极管、集成电路、变压器和晶体管等敏感器件。

ESD损伤有两种形式：灾难性损伤和潜在损伤。当电子设备遭受潜在损伤时，它可能会部分退化，但仍能继续运行。然而，随着使用寿命的缩短，该设备将老旧/不精确，影响其正常功能。

在制造过程中，通过初步检查几乎不可能发现受损印刷电路板（PCB）的潜在损伤。然而，灾难性损伤更加明显，通常可以通过质量控制检查期间的性能测试发现。它会造成印刷电路板的永久性损坏，导致电子元件无法使用。

ESD对电子设备的危害非常大\因此国际电工委员会（IEC）和美国国家标准协会（ANSI）等管理机构已将这种现象纳入其标准IEC61340和ANSI/ESDS20。

二、ESD的来源有哪些？

在敏感的PCB上操作时，需佩戴防静电腕带。（图片来源：MicroCare）

静电放电（ESD）可能发生在制造和装配过程的任何阶段；然而，最常见的途径是通过触摸。在平常的一个工作日内，人体和某些衣物可以储存500-2,500V的静电。

静电放电（ESD）在生产设施的每个角落都可能发生；然而，实际操作过程更多的制造区域面临的风险更高。例如，收货、装配、维修、清洁、检查和包装是最容易发生ESD的生产空间。其他常见的ESD来源包括在电子电路故障排除时，使用未接地的电气设备，如示波器。

小车、输送机等生产设备以及机器或材料相互摩擦，也会累积摩擦电荷并导致ESD。另一个诱因是快速的空气流动，例如使用压缩空气或风扇来干燥PCB组件。

三、如何管理ESD

尽管不可能百分之百地消除ESD，但可以采取有效措施来减少表面贴装技术（SMT）生产过程中的ESD。以下是一些推荐的方法。

环境控制。生产设施的某些区域要比其他区域更易于受到静电荷影响，但通过结合这些保护措施，可以减少静电荷的产生。

在敏感的PCB上操作时，佩戴与接地线连接的防静电腕带或脚带，以消散工人身上的静电。

使用导电地垫来消除鞋子上聚集的静电。

穿戴防静电服和鞋套。

确保所有工作台、地垫和腕带都已接地。

保持生产区域的空气湿度在40%至70%之间，以帮助防止静电积聚。

在干燥PCB时，严禁使用压缩空气。

移除工作区域中所有可能产生ESD的非必需物品。

确保使用防静电容器运输PCB。

四、静电消散的清洁工具

静电安全的受控助焊剂清洗液分配系统可帮助控制静电。（图片来源：MicroCare）

清洁是减少静电放电（ESD）的一种有效方式。用于组装、清洁和测试PCB的工作台面和工具会累积静电荷，因此使用预饱和的、防静电的清洁抹布进行擦拭，以消除静电荷和污染是非常重要的。高质量的防静电清洁抹布还能有效地清除污垢、油脂、油污和指纹污染，这些也可能影响PCB的可靠性。

气溶胶助焊剂去除剂和清洗剂是最常见的PCB清洁工具之一。然而，一些气溶胶式清洗液可产生高达12,000V的ESD，这是由分子在塑料喷物管中移动时的摩擦产生的。因此，请考虑使用由耐用的铝合金和不锈钢制成的分配工具。

此外，在气溶胶喷罐上安装静电消除工具，通过保持与静电消除工具自身接触，使清洁技术人员成为接地电路的一部分。静电电荷被引入大地，将ESD降低到仅50V。

静电安全的受控助焊剂清洗液分配系统也可以帮助控制静电。通过使用接地措施，助焊剂去除剂分配工具可减少敏感电子元件的静电。这也是清洁小型密集PCB的一种非常有效的方式。清洗液可以到达低表面安装的组件下方，以松动并冲洗污染物，从而实现更彻底的清洁和静电耗散。

五、保持控制

对于有关键电子元件的医疗器械，制造过程中的ESD损伤可能会带来缺陷，产品一旦投入使用，医疗器械就会失效，从而危及患者的安全。

ESD会影响医疗器械的功能和可靠性，因此在制造敏感的医疗电子产品时，通过策略、流程和有效