醫(yī)療電子器械技術(shù)正不斷進(jìn)步，并幫助塑造醫(yī)療保健的未來(lái)。這一技術(shù)廣泛用于醫(yī)療行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，從簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程患者監(jiān)測(cè)（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(chǎng)規(guī)模估計(jì)為1010.6億美元，2032年預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)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)品都必須確保可靠且長(zhǎng)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(yán)重影響電子醫(yī)療器械的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致微電子元件故障和損壞。據(jù)估計(jì)，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(huì)對(duì)人類安全造成嚴(yán)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(dòng)。當(dāng)一個(gè)物體帶正電荷而另一個(gè)物體帶負(fù)電荷時(shí)，攜帶這些電荷的質(zhì)子和電子會(huì)試圖通過(guò)在接觸點(diǎn)快速交換來(lái)相互平衡。累積電荷的突然釋放會(huì)導(dǎo)致ESD尖峰。雖然該尖峰人眼不可見，但它會(huì)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(dāng)電子設(shè)備遭受潛在損傷時(shí)，它可能會(huì)部分退化，但仍能繼續(xù)運(yùn)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(guò)程中，通過(guò)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，通常可以通過(guò)質(zhì)量控制檢查期間的性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)。它會(huì)造成印刷電路板的永久性損壞，導(dǎo)致電子元件無(wú)法使用。
ESD對(duì)電子設(shè)備的危害非常大\因此國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）等管理機(jī)構(gòu)已將這種現(xiàn)象納入其標(biāo)準(zhǔn)IEC 61340和ANSI/ESD S20。
二、ESD的來(lái)源有哪些？
在敏感的PCB上操作時(shí)，需佩戴防靜電腕帶。（圖片來(lái)源：MicroCare）
靜電放電（ESD）可能發(fā)生在制造和裝配過(guò)程的任何階段；然而，最常見的途徑是通過(guò)觸摸。在平常的一個(gè)工作日內(nèi)，人體和某些衣物可以儲(chǔ)存500-2,500V的靜電。
靜電放電（ESD）在生產(chǎn)設(shè)施的每個(gè)角落都可能發(fā)生；然而，實(shí)際操作過(guò)程更多的制造區(qū)域面臨的風(fēng)險(xiǎn)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(lái)源包括在電子電路故障排除時(shí)，使用未接地的電氣設(shè)備，如示波器。
小車、輸送機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備以及機(jī)器或材料相互摩擦，也會(huì)累積摩擦電荷并導(dǎo)致ESD。另一個(gè)誘因是快速的空氣流動(dòng)，例如使用壓縮空氣或風(fēng)扇來(lái)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(lái)減少表面貼裝技術(shù)（SMT）生產(chǎn)過(guò)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(guò)結(jié)合這些保護(hù)措施，可以減少靜電荷的產(chǎn)生。
在敏感的PCB上操作時(shí)，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(lái)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(tái)、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(shí)，嚴(yán)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(yùn)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(lái)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(cè)試PCB的工作臺(tái)面和工具會(huì)累積靜電荷，因此使用預(yù)飽和的、防靜電的清潔抹布進(jìn)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(dá)12,000V的ESD，這是由分子在塑料噴物管中移動(dòng)時(shí)的摩擦產(chǎn)生的。因此，請(qǐng)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(guò)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(guò)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(dá)低表面安裝的組件下方，以松動(dòng)并沖洗污染物，從而實(shí)現(xiàn)更徹底的清潔和靜電耗散。
五、保持控制
對(duì)于有關(guān)鍵電子元件的醫(yī)療器械，制造過(guò)程中的ESD損傷可能會(huì)帶來(lái)缺陷，產(chǎn)品一旦投入使用，醫(yī)療器械就會(huì)失效，從而危及患者的安全。
ESD會(huì)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(shí)，通過(guò)策略、流程和有效的靜電安全清洗液和工具進(jìn)行靜電控制是至關(guān)重要的。
文章翻譯自Elizabeth Norwood，來(lái)自康涅狄格州新不列顛市MicroCare, LLC的高級(jí)化學(xué)家。目前，Norwood擁有一項(xiàng)已批準(zhǔn)專利和兩項(xiàng)正在申請(qǐng)中的專利。
