Электростатический разряд (ESD) может повредить компоненты и изделия, содержащие электронику. Это скрытый враг на многих высокотехнологичных фабриках. Часто этот ущерб не может быть обнаружен инспекциями контроля качества и может быть очень неприятным: отрицательно сказывается на производительности, качестве, надежности продукции и, следовательно, репутации и прибыльности компании.
В первую очередь необходимо понимать и следовать основам управления электростатическим разрядом, чтобы ограничить образование электростатических зарядов, ограничить и замедлить разряд в EPA. Защищенная от электростатических разрядов область должна иметь указатели, часто с проходной лентой, чтобы четко определить, где они находятся.
Правила работы с ESD
- Обращайтесь с неупакованными чувствительными к электростатическому разряду элементами (ESDS) в защищенной от электростатического раз-ряда области (EPA) только при заземлении.
- Допускайте в EPA только обученных лиц или в сопровождении таковых.
- Заземлите все проводники, включая людей в EPA.
- Используйте непрерывные мониторы или проверяйте браслеты как минимум ежедневно.
- Если используется одежда и обувь ESD, проверяйте ее, по крайней мере, ежедневно.
- Визуально проверьте, что заземляющие шнуры подключены.
- Держите браслет плотно прилегающим, язычок заземления ножки в обуви, а антистатические халаты должны покрывать всю одежду. Держите рабочую зону чистой и свободной от всех несущественных изоляторов, или нейтрализуйте основные изоляторы ионизаторами, направляя поток воздуха в рабочую зону.
- Используйте упаковку с защитными свойствами для хранения или транспортировки ESDS за пределами EPA.
Заземление и безопасность персонала
Основное правило в управлении ESD — заземлять все проводники, включая людей. Однако, персонал не должен быть заземлен в ситуациях, когда он может контактировать с напряжением свыше 250 вольт переменного тока. Все материалы могут проявлять трибоэлектрический эффект или генерировать электростатические заряды.
Это статическое электричество, которое представляет собой электрический заряд в состоянии покоя. Когда электрический заряд не находится в покое, но разряжается, могут возникнуть проблемы.
Количество генерируемого статического электричества варьирует и зависит от материалов, трения, площади контакта и относительной влажности среды. При более низкой относительной влажности выработка заряда будет возрастать по мере сушки окружающей среды.
Для большинства людей статическое электричество представлено шумом или потрескиванием, как по радио, или ударом, который возникает при прикосновении к металлическому предмету после того, как он прошел через комнату с ковровым покрытием или скользил через автомобильное сиденье. Статическое электричество также наблюдается как статическое сцепление, когда одежда слипается после сушилки для белья. Любое соприкосновение и физическое разделение материалов или потоков твердых веществ, жидкостей или наполненных частицами газов может генерировать электростатические заряды. К общим источникам ESD относятся заряженные: персонал, проводники, обычные полимерные материалы и технологическое оборудование.
Многие общие действия могут генерировать заряды на теле человека, которые потенциально вредны для электронных компонентов (более высокий заряд генерируется при низкой влажности в сухой среде).
Заряды статического электричества:
- прогулка по ковру — от 1500 до 35 000 вольт;
- прогулка по необработанному виниловому полу— от 250 до 12 500 вольт;
- виниловый конверт, используемый для рабочих инструкций, — от 600 до 7000 вольт.
Механизмы отказа и потенциальный ущерб
Электростатический разряд может вызвать сбои в работе и скрытые дефекты электронных компонентов, причем заряд даже менее 100 вольт может стать причиной повреждения. Также электростатический разряд может вызвать расплав металла, разрушение соединения или разрушение оксида, что станет причиной сбоя. Скрытый дефект может возникать, когда чувствительный к ESD элемент подвергается воздействию ESD и частично ухудшается. Он может продолжать выполнять свою функцию, поэтому не может быть обнаружен при обычном осмотре. Однако прерывистые или постоянные сбои могут возникнуть позже. Катастрофический отказ электронного компонента может быть наименее дорогостоящим типом повреждения от электростатического разряда, поскольку его можно обнаружить и устранить на ранней стадии производства.
Однако механизмы отказа могут включать следующее:
- Разрушение диэлектрика является преобладающим механизмом разрушения на МОП-устройствах, когда напряжение на оксиде превышает прочность на разрыв диэлектрика. Этот механизм отказа в основном зависит от напряжения. Чем тоньше оксид, тем выше подверженность электростатическому разряду. Этот механизм отказа может происходить на МОП или биполярных устройствах.
- При использовании биполярных устройств могут возникать резистивные пути утечки, когда металлизация протекает над изоляцией, которая находится над активными полупроводниковыми областями. Термическое разрушение происходит, когда связующие материалы плавятся, особенно в случае эвтектического сплава из кремниевого контактного материала или из кремния. В основном это механизм сбоя, зависящий от энергии: форма, длительность и энергия импульса электростатического разряда могут создавать уровни мощности, приводящие к локальному нагреву и, в конечном итоге, к переходу или расплавлению свинца, даже если уровень напряжения ниже требуемого, чтобы вызвать деградацию устройства, а также функциональные сбои. Это может повлиять как на производительность, так и на надежность. Когда это произойдет, тогда «ходячие раненые» устройства могут быть более восприимчивы как к дальнейшему повреждению от электростатического разряда, так и к повреждению из-за скачков напряжения и термического ухудшения.
Скрытый ущерб, вызванный ESD, потенциально более дорогостоящий, поскольку происходит повреждение, которое невозможно почувствовать, увидеть или обнаружить с помощью обычных процедур проверки. Скрытые дефекты могут серьезно повлиять на репутацию продукта компании. Периодические сбои после отправки продукта могут вызывать разочарование, особенно когда покупатель возвращает продукт, сообщая о проблеме, которую завод снова не может обнаружить. Следовательно, он проходит проверку, и продукт возвращается покупателю с нерешенной проблемой. Худшее событие — это когда продукт установлен в системе клиента, работает некоторое время, а затем работает беспорядочно. В этой ситуации устранение неполадок и ремонт могут быть очень дорогими.
Меры предосторожности
Многие организации считают все электронные компоненты чувствительными к электростатическим разрядам. Очень важно знать о наиболее чувствительных элементах, которые обрабатываются на вашем заводе. По мере развития электронных технологий электронная схема постепенно уменьшается. По мере уменьшения размера компонентов увеличивается микроскопическое расстояние между изоляторами и цепями внутри них, что повышает их чувствительность к электростатическому разряду. Как вы можете предположить, необходимость надлежащей защиты от электро-статического разряда возрастает с каждым днем.
Любой элемент, чувствительный к ESD, должен быть обозначен символом чувствительности к ESD, либо на нем, либо на его контейнере. Символ чувствительности к электростатическим разрядам (также называемый символом восприимчивости или предупреждающим символом) идентифицирует предметы, которые могут быть повреждены от электростатического разряда и должны быть распакованы и обработаны при заземлении на рабочей станции, защищенной от электростатического разряда.
Маркировка элементов оборудования может быть выполнена с помощью символа «Чувствительность к ESD».
Маркировка оборудования зависит от свободного места на самом предмете, а также от среды, в которой он будет работать, и от того, будет ли маркировка мешать работе предмета. Некоторые метки оборудования могут содержать номенклатуру вместе с символом.
Большинство фирм использует стандарт EN61340-5-1 для составления плана управления ESD, основанного на обработке чувствительных к ESD предметов, имеющих выдерживаемое напряжение модели человеческого тела 100 В или более. Модель человеческого тела имитирует разряды человека и все чаще проверяет электронное устройство на повышенных и повышенных разрядах до тех пор, пока оно не выйдет из строя, тем самым устанавливая выдерживаемое напряжение устройства.
