Основные принципы контроля за электростатическим разрядом
Контролировать электростатический разряд при производстве электроники непросто.
Однако задача разработки и реализации программы для контроля ESD становится менее сложной, если мы сосредоточимся только на шести основных принципах контроля за электростатическим разрядом. При этом мы также должны учитывать закон Мерфи: «Независимо от того, что мы делаем, электростатический заряд будет пытаться найти способ разрядиться».
1. Защита при проектировании устройств и оборудования
Первый принцип заключается в разработке электронных устройств и сборок, которые должны быть максимально устойчивы к воздействию электростатического разряда. Для соблюдения этого принципа, необходимо максимальное использование менее чувствительных к статическому электричеству устройств или обеспечение соответствующей защиты выводов на устройствах, платах, сборках и оборудовании.
Для инженеров и разработчиков парадокс заключается в том, что для развития технологии требуются устройства с меньшими габаритными размерами, печатные платы с большей плотностью монтажа и сложными геометрическими формами, которые часто более восприимчивы к электростатическому разряду. Современными стандартами предполагается, что у разработчиков будет меньше возможностей для обеспечения защиты, которые были доступны в прошлом. Следовательно, целевые уровни ESD снижены до 1000 В для устойчивости модели человеческого тела и до 250 В для устойчивости по сравнению с моделью заряженного устройства с тенденцией к дальнейшему снижению этих значений.
Эти целевые значения считаются реалистичными и безопасными для производства и применения современных изделий с использованием основных методов контроля ESD. При работе с изделиями с более низкими целевыми уровнями ESD, могут потребоваться специальные средства управления, выходящие за рамки описанных здесь принципов.
2. Определите уровень необходимого контроля
Какое самое ESD-чувствительное устройство вы используете и какова классификация выдерживаемого напряжения изделий, которые вы производите? Чтобы понять, что требуется, лучше всего знать уровни чувствительности модели человеческого тела (МЧТ) и модели заряженного устройства (МЗУ) для всех компонентов, которые будут участвовать в производстве.
3. Определите и обозначьте зоны защиты от статического электричества (EPA).
Согласно стандартам, зона, защищенная от электростатического разряда, представляет собой «определенное место с необходимыми материалами, инструментами и оборудованием, способными контролировать статическое электричество до того уровня, который минимизирует повреждение элементов подверженных электростатическому разряду». В этих защищенных зонах вы будете работать с ESD-чувствительными компонентами, и в этих же зонах вам необходимо будет реализовать базовые процедуры контроля ESD, включая подключение всех токопроводящих и рассеивающих материалов, а также персонал на общую тачку заземления.
4. Снижать образование электростатического заряда
Если прогнозы чувствительности к электростатическому разряду верны, меры защиты от электростатического разряда в конструкции изделий будут все менее эффективными для минимизации потерь от электростатического разряда. Четвертый принцип управления состоит в том, чтобы в первую очередь уменьшить образование и накопление электростатического заряда. Это довольно просто: нет заряда – нет разряда.
Начинаем с устранения как можно больше количеств процессов или материалов, генерирующих статический заряд, особенно изоляторов с высоким зарядом, таких как пластмассы из зоны, защищенной от электростатического разряда. Мы сохраняем токопроводящие / рассеивающие материалы с тем же электростатическим потенциалом, используя эквипотенциальное соединение или заземления оборудования. Электростатический разряд не возникает между материалами с одинаковым потенциалом.
В зоне, защищенной от электростатического разряда, для контроля ESD должны использоваться коврики с антистатической поверхностью, напольные покрытия, антистатические халаты и перчатки, канцелярские принадлежности из рассеивающих материалов и т. д., которые должны быть заземлены. Это уменьшит образование и накопление заряда. При этом следует соблюдать основной принцип «управления статическим электричеством до уровня, сводящего к минимуму повреждение», полное устранение генерации заряда недостижимо.
5. Рассеивание и нейтрализация
Поскольку мы просто не можем полностью исключить генерацию электростатического заряда в EPA, наш пятый принцип состоит в безопасном рассеивании или нейтрализации тех электростатических зарядов, которые все- таки возникают. Правильное заземление и использование проводящих или рассеивающих материалов играет важную роль. Например, у персонала начинающего работу может быть заряд на теле эти заряды могут быть устранены – нужно надеть браслет на запястье или пройтись по антистатическому покрытию, надев антистатическую обувь. Заряд уходит в землю при этом не повреждая чувствительные устройства. Для того, чтобы предотвратить повреждение заряженного устройства, величину тока разряда нужно контролировать с помощью материалов, рассеивающих статическое электричество.
Для некоторых предметов, изготовленных из обычных пластмасс или других диэлектриков, заземление не поможет устранить электростатический заряд, нет пути для прохождения тока на землю. Если такие предметы невозможно убрать из зоны, защищенной от электростатического разряда, заряд на них нейтрализуется с помощью ионизация. В процессе ионизации генерируются отрицательные и положительные ионы. Одноименные ионы отталкиваются от заряженного объекта, в то время как разноименные заряженные ионы притягиваются к поверхности заряженного объекта, таким образом нейтрализуя заряд (см. Рисунок 1). Если ионизатор сбалансирован, заряд равен нулю.
6. Защита продуктов
Наш последний принцип контроля электростатических разрядов заключается в том, чтобы предотвратить попадание разрядов на чувствительные детали и узлы. Существует множество упаковочных материалов для защиты от электростатических разрядов и тары для перемещения материалов, которые можно использовать как внутри, так и за пределами EPA. Один из способов защитить изделие от электростатического разряда — это заземление или шунтирование, которое отводит любые разряды от изделия.
Второй метод заключается в упаковке, хранении и транспортировке ESD-чувствительных устройств в рассеивающей/проводящей упаковке, которая может снимать заряды при заземлении. В дополнение к этим свойствам упаковка, используемая для перемещения ESD-чувствительных компонентов за пределы EPA, должна обладать свойством экранирования заряда. Эти материалы должны эффективно защищать компоненты от зарядов и разрядов, а также уменьшать образование заряда, вызванное движением устройства внутри контейнера.
Элементы эффективной программы борьбы с электростатическим разрядом
Хотя эти шесть принципов могут показаться довольно простыми, они могут помочь нам в выборе подходящих материалов и процессов, которые будут использоваться для эффективного управления электростатическим разрядом. В большинстве случаев эффективные программы будут включать все эти принципы. Применение одного принципа или одного метода защиты не справится с полным контролем ESD, для эффективной борьбы требуется создание и соблюдения программы контроля электростатического разряда, включающей в себя все принципы контроля.
Рисунок 1. Принцип нейтрализации заряженного объекта ионизатором.
