Kuinka estää sähköstaattista purkausta (ESD)
ESD:n torjumiseksi ja estämiseksi on käytettävä oikeita laitteita oikein. Monien tehokkaiden suljetun kierron ESD-esto-, valvonta- ja ionisaatiolaitteiden ansiosta ESD:tä voidaan nyt pitää prosessinhallintaongelmana.
Sähköstaattinen purkaus (ESD) on tuttu mutta aliarvioitu vaurioiden lähde piirilevyille ja komponenteille elektroniikkakokoonpanossa. Koskee kaikkia valmistajia koosta riippumatta. Vaikka monet uskovat tuottavansa ESD-turvallisessa ympäristössä, todellisuus on, että ESD-aiheiset vahingot maksavat edelleen maailman elektroniikkateollisuudelle miljardeja dollareita vuosittain.
Mitä ESD oikein on? Sähköstaattinen purkaus (ESD) määritellään aiemmin olemassa olevan (kiinteän) staattisen varauksen purkaukseksi (elektronivirtaukseksi) (riittämättömästi tai liikaa elektroneja). Lataus on vakaa kahdessa tilanteessa:
Kun se "jumittuu" johtavaan mutta sähköä eristävään esineeseen, kuten metalliseen ruuvimeisseliin, jossa on muovikahva.
Kun se sijaitsee eristävällä pinnalla (kuten muovilla) eikä voi virrata sen yli.
Kuitenkin, jos johdin, jolla on riittävän korkea sähkövaraus (kuten ruuvimeisseli) lähestyy integroitua piiriä (IC), jolla on vastakkainen potentiaali, tapahtuu varauksen "sillattuminen", mikä aiheuttaa sähköstaattista purkausta (ESD).
ESD tapahtuu erittäin nopeasti erittäin suurella intensiteetillä, tyypillisesti tuottaa tarpeeksi lämpöä sulattaakseen puolijohdesirun sisäiset piirit. Elektronimikroskoopissa tämä näyttää pieneltä,-puhalletulta reiältä, joka aiheuttaa välittömiä ja peruuttamattomia vahinkoja.
Vielä vakavampaa on, että vain kymmenesosassa tapauksista tämä vahinko aiheuttaa koko komponentin epäonnistumisen lopputestauksen aikana. Muissa 90 prosentissa ESD-vaurio aiheuttaa vain osittaisen hajoamisen-eli vaurioitunut komponentti läpäisee lopullisen testauksen havaitsematta ja osoittaa vain ennenaikaista kenttävikaa asiakkaalle toimituksen jälkeen. Tämä on valmistajan maineikkain ja kallein alue mahdollisten valmistusvirheiden korjaamiseen.
Suurin vaikeus ESD:n hallinnassa on kuitenkin se, että se on näkymätön, mutta silti kykenevä vahingoittamaan elektronisia komponentteja. Purkaus, joka tuottaa kuuluvan "naksahduksen", vaatii suhteellisen suuren, noin 2 000 voltin latauksen, kun taas 3 000 voltti voi tuottaa pienen sähköiskun ja 5 000 voltti voi tuottaa näkyvän kipinän.
Esimerkiksi yleiset komponentit, kuten komplementaariset metalli-oksidi-puolijohteet (CMOS) tai sähköisesti ohjelmoitava vain luku{2}}muisti (EPROM), voivat vaurioitua vain 250 voltin ja 100 voltin ESD-potentiaalierojen takia, kun taas yhä herkempiä nykyaikaisia komponentteja, kuten Pentium-prosessorit, voivat tuhota niin vähän.
Tätä ongelmaa pahentavat päivittäin tapahtuvat haitalliset toiminnot. Esimerkiksi vinyylitehtaan lattialla käveleminen aiheuttaa kitkaa lattiapinnan ja kenkien välille. Tuloksena on, että puhtaasti ladattu esine voi kerätä 3 - 2000 voltin varauksen paikallisen ilman suhteellisesta kosteudesta riippuen.
Jopa työntekijän luonnollisen liikkeen synnyttämä kitka työpöydällä voi tuottaa 400-6000 volttia. Jos työntekijät käsittelevät eristeitä purkaessaan tai uudelleen pakkaaessaan piirilevyjä vaahtomuovilaatikoihin tai kuplamuoviin, työntekijän kehon pinnalle kertynyt nettovaraus voi olla noin 26 000 volttia.
Siksi kaikki sähköstaattiselle suoja-alueelle (EPA) saapuva henkilöstö on maadoitettu sähköstaattiselle suoja-alueelle (Electrostatic Protected Area) ja kaikki pinnat on maadoitettava, jotta kaikki pysyy samassa potentiaalissa, mikä estää ESD:n esiintymisen.
Ensisijaiset ESD:n estämiseen käytetyt tuotteet ovat rannekkeet, jotka on valmistettu muhkeasta vakosametuksesta ja hajoavista pinnoista tai pehmusteista-molempien on oltava kunnolla maadoitettuja. Lisäapuvälineet, kuten hajottavat jalkineet tai kantapäähihnat ja sopivat vaatteet, on suunniteltu estämään nettovarauksen kerääntyminen ja säilyminen henkilöstön liikkuessa EPA:n sisällä.
Asennuksen aikana ja sen jälkeen piirilevyt tulee myös suojata ESD:ltä sisäiseltä ja ulkopuolelta. Tähän tarkoitukseen on saatavana monia PCB-pakkaustuotteita, mukaan lukien suojapussit, lähetyslaatikot ja siirrettävät vaunut. Vaikka yllä olevien laitteiden oikea käyttö estää 90 % ESD{3}}ongelmista, tarvitaan toinen suojakerros viimeisen 10 %:n saavuttamiseksi: ionisaatio.
Tehokkain tapa neutraloida kokoonpanolaitteet ja pinnat, jotka voivat synnyttää sähköstaattisia varauksia, on käyttää ionisaattoria,{0}}laitetta, joka puhaltaa ionisoitua ilmavirtaa työalueen läpi eristeeseen kertyneen varauksen neutraloimiseksi.
Yleinen väärinkäsitys on, että koska käsihihnat ovat kuluneet työasemilla, eristeen, kuten polystyreenikuppien tai pahvilaatikoiden, varaus haihtuu turvallisesti. Määritelmän mukaan eristimet eivät johda sähköä, eivätkä ne voi purkaa muuten kuin ionisaation kautta.
Jos ladattu eriste jää EPA:iin, se säteilee sähköstaattista kenttää, joka synnyttää nettovarauksen lähellä oleviin esineisiin, mikä lisää ESD-vaurion riskiä tuotteelle. Vaikka monet valmistajat yrittävät kieltää eristyksen EPA-sopimuksistaan, tätä lähestymistapaa on vaikea toteuttaa. Eristys on niin yleistä jokapäiväisessä elämässä-vaahtomuovimatoista, joissa käyttäjät istuvat mukavasti, muovisuojuksiin.
Ionisaattoreiden käytön vuoksi valmistajat voivat hyväksyä jonkin verran eristystä EPA-sopimuksissaan. Koska ionintuotantojärjestelmät neutraloivat jatkuvasti eristimiin mahdollisesti muodostuvia varauksia, ne ovat kannattava investointi mihin tahansa ESD-ohjelmaan.
Vakioelektroniikkakokoonpanoissa on kahta perustyyppiä ionigeneraattoreita:
Pöytäkone (yksi tuuletin)
Ohjausyksikkö (sarja tuulettimia yhdessä yläyksikössä)
Saatavilla on myös sisäkäyttöisiä ionigeneraattoreita, mutta niitä käytetään nykyään pääasiassa puhdastilaympäristöissä.
Valinta riippuu suojeltavan alueen koosta. Pöytäkoneen ionigeneraattori kattaa yhden yhtenäisen työpinnan, kun taas yläpuolella oleva ionigeneraattori kattaa kaksi tai kolme. Toinen etu on, että ionigeneraattorit estävät myös staattisen pölyn tarttumisen tuotteisiin, mikä voi huonontaa niiden ulkonäköä.
Mikään suojausohjelma ei kuitenkaan ole täydellinen ilman ESD-laitteiden tehokkuuden asianmukaista testausta ja valvontaa. Johtavat ESD-ohjaus- ja ionisaatioasiantuntijat ovat raportoineet esimerkkejä valmistajista, jotka käyttävät tehottomia (ja siksi hyödyttömiä) ESD-laitteita huomaamatta niiden vikaa.
Tämän estämiseksi ESD-toimittajat tarjoavat vakiovarusteiden lisäksi erilaisia jatkuvatoimisia valvontalaitteita, jotka hälyttävät automaattisesti, jos suorituskyky ylittää määritetyt rajat. Monitoreja voidaan käyttää erillisinä yksiköinä tai liitettynä verkkoon. Saatavilla on myös automaattista tiedonkeruuta varten tarkoitettua verkkoohjelmistoa, joka tarjoaa reaaliaikaisia-näyttöjä järjestelmän suorituskyvystä operaattoreille ja työasemille.
Monitorit voivat yksinkertaistaa ESD-suunnittelua poistamalla monet rutiinitehtävät, kuten varmistamalla asianmukaiset päivittäiset mittanauhat, ionigeneraattorin tasapainotuksen ja asianmukaisen huollon sekä vahingoittumattomien työpöydän maadoituspisteiden.
Johtopäätös
Ensimmäinen askel ESD:n estämisessä on arvioida oikein, kuinka pieneltä vaikuttavat yksityiskohdat voivat aiheuttaa korjaamatonta vahinkoa, jos ne jätetään huomiotta. Tehokas suunnitelma ei edellytä ainoastaan tehokkaiden ESD-suojalaitteiden käyttöä, vaan myös tiukkoja toimintamenetelmiä ESD-turvallisuuden varmistamiseksi koko tehtaalla työskentelevälle henkilökunnalle.
Vaikka monet valmistajat käyttävät automaattisia nauhatesteriä, on yleistä, että käyttäjät joko läpäisevät tai epäonnistuvat testin löystymisen vuoksi. Monet käyttäjät yrittävät läpäistä testin tarttumalla testeriin ranteestaan toisella kädellä.
Hyvä uutinen on kuitenkin se, että ESD on estettävissä. Oikeisiin laitteisiin ja parannettuihin turvallisuusmenetelmiin sijoitettu aika ja raha maksavat itsensä takaisin lisääntyneillä läpäisymäärillä.