Защита от ESD при монтаже электроники: одежда и пайка

Защита от ESD нужна потому, что электростатический разряд может повредить электронный компонент, не оставив видимых следов. Плата проходит тест на линии, а выходит из строя уже у клиента. Поэтому при монтаже электроники действуют зоны EPA, заземляющие браслеты, антистатическая одежда и обувь, а у пайки THT и SMD свои приёмы и свой контроль.

Что такое ESD и почему повреждение не видно

ESD (electrostatic discharge), это разряд заряда, накопившегося на теле, одежде или инструменте. Человек часто его не чувствует, но для чувствительной микросхемы этого достаточно, чтобы ослабить её структуру. Компонент не всегда перестаёт работать сразу: он может исправно пройти тест и отказать через несколько недель у пользователя. Такую неисправность трудно обнаружить, поэтому предприятия стремятся к тому, чтобы заряд вообще не возникал или сразу уходил в заземление. Эти правила действуют на каждом рабочем месте в работе по монтажу электроники, от комплектации компонентов до контроля готовых плат.

Зона EPA: правила защиты от ESD в цехе

EPA, это зона, защищённая от статического электричества. У неё есть обозначенные границы и знаки, заземлённые столы, коврики и пол. Зону контролируют и регулярно проверяют измерениями сопротивления по IEC 61340-5-1 или ANSI/ESD S20.20, в зависимости от того, какой стандарт применяет предприятие.

При входе в зону обычно соблюдается такой порядок:

Вы надеваете антистатическую одежду (халат или куртку, застёгнутую до конца) и обувь ESD.
Проверяете обувь на тестере у входа, если предприятие его использует.
На рабочем месте надеваете браслет на запястье, прямо на кожу.
Перед началом работы проверяете браслет тестером.
Компоненты достаёте из упаковки ESD только на заземлённом коврике.

В зону не приносят обычную плёнку, пластиковые стаканчики и личные сумки, потому что они легко накапливают заряд. Подробные правила устанавливает рабочая инструкция конкретного предприятия.

Как работает антистатический браслет и что делать, если он не проходит тест

Браслет соединяет тело с заземлением. В его шнуре есть резистор, ограничивающий ток, обычно 1 МОм: он защищает человека от удара током и при этом позволяет заряду стекать. Браслет проверяют перед каждым использованием, надев его на кожу.

Проверка измеряет сопротивление и напряжение на теле. Допустимые значения в разных стандартах различаются, поэтому действует тот, который принят на предприятии. Если тестер показывает ошибку, работу не начинают: поправляют посадку браслета, проверяют шнур и сообщают о проблеме руководителю смены. Изношенный браслет пропускает более высокое напряжение, поэтому его заменяют.

Антистатическая одежда и обувь

Одежда и обувь ESD на таком рабочем месте являются обязательной частью экипировки, а их применение вытекает из инструкции. Обувь работает вместе с полом: каждый тип обуви квалифицируется с определённым типом пола отдельно, потому что ботинок и пол, которые по отдельности проходят тест, вместе могут не пройти. Поэтому обувь ESD не меняют на собственную, даже внешне похожую. Требования к антиэлектростатической одежде и обуви встречаются и вне электроники, например в малярных камерах. Маркировку и виды экипировки описывает статья о рабочей одежде и средствах защиты.

Пайка THT и SMD: в чём различие

Признак	THT	SMD
Монтаж	выводы проходят через металлизированные отверстия	компонент лежит на поверхности платы
Примеры компонентов	осевой резистор, электролитический конденсатор, разъём	мелкие резисторы, конденсаторы, микросхемы
Пайка	волной, селективная или ручная, отдельным проходом	в основном на автоматической линии, вручную при доработках
Типичный дефект	неполное заполнение отверстия припоем	«надгробный камень» (компонент встаёт на одном конце)

При THT ручная пайка требует прогрева вывода и площадки так, чтобы припой затёк в отверстие. Распространённое утверждение, что в классе 2 достаточно половины заполнения отверстия, часто неверно: для классов 2 и 3 требование выше, а исключение касается отверстий, соединённых с внутренними слоями, отводящими тепло. При SMD компоненты настолько малы, что работают с лупой или микроскопом.

Как оценивают качество пайки

Паяные соединения оценивают по IPC-A-610 в трёх классах:

класс 1: электроника общего назначения,
класс 2: изделия с определённым назначением,
класс 3: применения с высокой надёжностью, например медицинские.

Дефектом считается, в частности, смещение компонента или несоответствие по форме или функции. Визуальный контроль дополняет автоматический оптический контроль (AOI) и рентген, но не заменяет их. Типичные дефекты, которые ищет контролёр: холодная пайка (матовая, неровная), перемычка между выводами, «надгробный камень» и неполное заполнение отверстия. Тот же подход к качеству действует и в других отделах, о чём рассказывает статья о работе на производстве.

Часто задаваемые вопросы

Нужен ли для пайки сертификат IPC?

В объявлениях знание IPC-A-610 и J-STD-001 обычно приветствуется, иногда требуется. Курс J-STD-001 для операторов, это обучение, а не сертификация, и ему должен предшествовать курс по основам монтажа электроники.

Нужно ли при SMD очень хорошее зрение?

Официального требования к зрению нет, но в объявлениях часто упоминают хорошее зрение и работу с лупой или микроскопом. При приёме на работу иногда проводят проверку мануальных навыков.

Можно ли ненадолго зайти в зону EPA без браслета?

Нет, если вы работаете с компонентами. Браслет надевают и проверяют до прикосновения к плате, а рабочие места предприятие контролирует измерениями.

Что такое «надгробный камень»?

Это дефект SMD, при котором мелкий компонент во время пайки приподнимается и встаёт на одном конце, поэтому соединяется только с одной контактной площадкой.

Текст описывает общие правила. То, что вам положено, зависит от вида договора: трудовой договор (umowa o pracę) или договор поручения (umowa zlecenie). Решающими являются ваш договор и расчётный лист.