Антистатическое оснащение (ESD) – залог безопасности производства

Информация может быть не достоверна

ESD – эта аббревиатура хорошо известна всем производителям электроники. Она повсеместно применяется при описании технологий, требующих соблюдения норм антистатической безопасности, а так же при маркировке инструмента и материалов, использующихся в таких процессах.

Слабый электрический заряд, чреватый лишь неприятными ощущениями для человека, часто является смертельным для полупроводниковых приборов и компонентов. Несмотря на то, что энергия, переносимая электростатическим зарядом невелика, большая разность потенциалов ведет к образованию токов, достаточных для выхода из строя чувствительной электроники или нанесения кристаллу повреждений, которые может не сразу, но гарантированно приведут к отказам. 

К сожалению, в обычной жизни избежать образования статического электричества мы не можем. Человек, прошедшийся по ковру, накапливает на себе заряд около 1000 В, если радиомонтажник пришел на работу в шерстяном свитере, или синтетическом пуловере, напряжение заряда на нем будет составлять около 1500 В, при чем эти показатели сильно зависят от влажности воздуха. Понижение уровня влажности на 10% - 20% ведет к резкому увеличению напряжения. Не будем забывать, что чувствительных элементов напряжение в сотни вольт является смертельным.

Таким образом, вопрос о необходимости выделения антистатических зон на производстве не стоит. С другой стороны, не всегда есть возможность полностью оснастить участок проводящими материалами. Причин на это может быть множество, самая главная из них – финансовая, однако следует помнить, что введение каждого нового этапа в антистатическом оснащении снижает уровень брака почти на 3%. 

Основными составляющими комплексной антистатической защиты являются:

• Антистатические браслеты
• Антистатическая одежда
• Антистатические покрытия
• Антистатические пакеты
• Антистатические контейнеры
• Антистатические наклейки
• Измерители статического напряжения
• Ионизаторы

Схема идеальной рабочей зоны, защищенной от статического электричества

1. Предупреждающая табличка о входе в зону, защищенную от статического электричества (ЕРА)
2. Предупреждающая табличка о нахождении в ЕРА
3. Предупреждающая табличка о выходе из ЕРА
4. Контролируемый доступ в ЕРА
5. Обувь-браслет-тестер у входа в ЕРА
6. Пластина для тестирования одного ботинка
7. Протокол тестирования обуви и браслетов
8. ESD-пол, соединенный с ESD-землей
9. Провод заземления поверхностей рабочих столов
10. Провод заземления поверхностей полок
11. Браслет с проводом, подключённым к колодке заземления
12. Жало паяльника, присоединенное непосредственно к ESD-земле
13. Соединительная колодка для заземляющих проводов и ESD-земли
14. Соединение ESD-земли с защитным заземлением
15. Полупроводящие, заземлённые ящики для хранения
16. Полупроводящие перчатки для работ с электронным оборудованием
17. Пневматический пистолет с ионизатором
18. ESD-ручные инструменты
19. Полупроводящие и заземлённые рабочие поверхности микроскопа и других приборов
20. ESD-скоросшиватели для документации
21. Диссипативная пластиковая папка для бумаг
22. ESD-рабочий стул
23. Полупроводящая обувь
24. Полупроводящие или диссипативные брюки
25. Полупроводящая рабочая одежда
26. Тележка с проводящими колёсами и полупроводящими полками
27. Стеллаж для хранения с полупроводящими и заземлёнными полками
28. Гигрометр
29. Вентилятор-ионизатор

НОРМАТИВЫ

Начальное представление о действующих международных нормативах в области антистатического оснащения можно получить из таблицы, которая частично извлечена из стандарта IEC61340-5-1.
 

С ЧЕГО НАЧАТЬ:

Следует помнить, что человек является основным «генератором» статического заряда в рабочей зоне, поэтому индивидуальные средства ESD-защиты являются ключевым пунктом любой антистатической программы. Считается, что около 70% повреждений электронных компонентов статическим электричеством вызваны ненадежным заземлением персонала. Для обеспечения ESD-безопасности на рабочем месте и в производственных помещениях следует соблюдать три базовых правила:

1. Использовать только антистатические материалы и инструмент.
2. Обеспечить надежное заземление всех «заземляемых» объектов, с которых принципиально может стекать заряд через проводники.
3. Из рабочей зоны по возможности удалить диэлектрики (материалы, имеющие поверхностное сопротивление более 100 ГОм), заземление которых через проводник бесполезно для стекания заряда. При вынужденном присутствии таких объектов в рабочей зоне применяется локальная ионизация воздуха, либо ежедневная обработка помещения и рабочих поверхностей специальными жидкостями (как пример ТОПБИО), рассеивающими заряд, и препятствующими накоплению статического электричества.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПЕРСОНАЛА:

1. Прежде всего, необходимо помнить, что наличие заземляющего браслета на руке монтажника является обязательным. Сейчас на рынке представлено множество вариантов антистатических браслетов металлических или тканевых. Браслет соединяется шнуром с резистором 1 Мом с шиной заземления. Он должен плотно обхватывать запястье. Свободно болтающийся на руке браслет средством защиты не является.
2. Одежда и обувь. Как уже говорилось выше, наличие синтетики и шерсти в одежде приводит к самым плачевным последствиям для элементной базы. Поэтому в EPA-зоне можно находиться только в специально для этого предназначенных халатах или костюмах. Смысл антистатической обуви без антистатического напольного покрытия теряется.
3. Антистатические настольные покрытия так же являются важным атрибутом EPA зоны. Они должны быть выполнены из термостойкого материала. Верхний слой такого покрытия – рассеивающий, а нижний выполнен из проводящей резины.

ПРОМЫШЛЕННАЯ МЕБЕЛЬ:

Рабочее место монтажника включает в себя: стол, кресло, часто подставку под ноги (при отсутствии антистатического напольного покрытия). Естественно в идеальном варианте, вся мебель в зоне свободной от статики должна быть выполнена из ESD материалов. В крайнем случае, необходимо как можно чаще проводить влажную уборку рабочего место раствором спец средств, таких как концентрат ТОП БИО, или аэрозольный ANTISTATIC от Cramolin.
Так же важным атрибутом является антистатическая тара. Элементная база всегда должна быть под рукой, и, естественно, храниться она должна в ячейках икассетницах, выполненных из ESD-материалов.

АНТИСТАТИЧЕСКАЯ УПАКОВКА:

Хранение и транспортировка готовых изделий — завершающий этап производственного цикла на фирмах-изготовителях и базовая составляющая деятельности фирм-дистрибьюторов. Согласно западным источникам, около 25% брака образуется в ходе транспортировки и хранения компонентов при отсутствии должной упаковки. Результатом воздействия статического электричества на полупроводниковый кристалл может стать как немедленный выход микросхемы из строя, так и изначально незаметные дефекты, приводящие к сокращению срока эксплуатации, снижению надежности и деградации параметров готового изделия. Антистатические пакеты, кейсы, рассеивающий поролон и упаковочный материал.

ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА:

К сожалению, не все материалы в EPA-зоне поддаются заземлению. Полностью избежать диэлектриков (материалов имеющих сопротивление более 100 ГОм) не удастся. Их заземление не приводит к стеканию заряда на землю. Это шнуры питания, корпуса приборов, органы управления, пластмассовые детали, изоляционные материалы. на производстве удается заземлить. Для того, чтобы эффективно нейтрализовать заряд на диэлектрике, необходимо увеличить проводимость окружающего воздуха. Есть два пути снижения остроты проблемы: повышение влажности воздуха и его ионизация. Влажная уборка помещений с использованием спецсредств (как пример ТОПБИО) способна во многом снизить остроту проблемы, однако ионизация является наиболее эффективным способом нейтрализации заряда в диэлектриках.

Ионизатор генерирует поток положительно и отрицательно заряженных ионов, которые, притягиваясь к молекулам противоположной полярности, нейтрализуют статический заряд на объектах рабочей зоны. Для доставки ионов к рабочим поверхностям объектов ионизаторы обычно оснащаются встроенным вентилятором.

ESD-МОНИТОРИНГ И АУДИТ:

Естественно за соблюдением норм и правил нахождения в антистатической зоне должен быть постоянный контроль. Человеческий фактор способен свести на нет любые инвестиции в техническое оснащение.
Для аудита EPA-зоны незаменимы тестеры поверхностного сопротивления, измерения напряженности статического поля, измерители статических потенциалов. Так же необходимо постоянно контролировать температуру и влажность в помещении (например, можно воспользоваться термогирометром Testo 608-H1, Testo 622).