Антистатическое оснащение производственных помещений
Некоторые эффекты статического электричества известны уже несколько тысяч лет. В последнее время их свойства были поняты и использованы для многих приложений. К сожалению, некоторые свойства статического электричества вызывают проблемы, особенно в электронной промышленности. Компоненты, которые могут пострадать от электростатического разряда, именуются ESD-чувствительными, или ESDS. К ним относятся транзисторы, диоды, лазерные диоды, электрооптические устройства, прецизионные пленочные резисторы, конденсаторы и другие разнообразные интегральные схемы. Восприимчивость устройств к ESD растет из-за привода для миниатюризации электронных устройств и увеличения рабочих скоростей. Устройства подвергаются ESD-повреждению на каждом этапе производства — от изготовления пластин до сборки печатной платы.
Наиболее распространенным электростатическим генератором является трибоэлектрическая зарядка. Это вызвано тем, что два материала входят в контакт или перетираются вместе, а затем разделяются. Такие действия позволяют электронам перемещаться с одной поверхности на другую, создавая дисбаланс заряда между материалами. Общими источниками ESD считаются персонал, предметы, изготовленные из общих полимерных материалов, и технологическое оборудование. ESD может повредить детали прямым контактом с заряженным источником или электрическими полями, исходящими от заряженных объектов, которые вызывают заряд на заземленных чувствительных элементах.
Важность антистатической ESD-защиты
Статическое электричество — невидимый враг микроэлектронных изделий, наносящий ощутимые убытки при недооценке его силы. И хотя электростатический разряд переносит незначительное количество энергии, большая разность потенциалов и высокая скорость их изменения влекут образование токов, достаточных для мгновенного выхода из строя чувствительной электроники или нанесения кристаллу изначально незаметных повреждений. Следствием таких повреждений становится деградация параметров — постепенный отказ, крайне сложный для локализации. В итоге — финансовые потери, порой сопровождающиеся утратой репутации. Для превентивного решения проблем имеет смысл оснастить рабочее место средствами антистатической защиты.
Статическое электричество — заряд, который накапливается в изоляторе и остается там даже после полного отключения питания. Получается, что это ток не постоянный, не переменный, а статический.
Электрический заряд малой силы, способный доставить человеку только неприятные ощущения, в большинстве случаев может вывести из строя полупроводниковые приборы или их компоненты. Антистатическое оснащение — контейнеры, браслеты, антистатические пакеты — обеспечивает увеличения срока службы электрических приборов, а также повышает безопасность работы.
Сегодня все современные предприятия, контролирующие качество своей продукции и осуществляющие изготовление, технологическую обработку, монтаж, упаковку, маркировку, обслуживание, тестирование, транспортировку или другие действия с электрическими и электронными компонентами, узлами и оборудованием, восприимчивым к воздействию электростатических разрядов, используют в своей практике стандарты по защите от ESD-повреждений. Система мер по защите от разрядов статического электричества называется программой ESD-контроля (ESD Control Program).
Что представляет собой современное производство, оснащенное средствами ESD-защиты? Это современное оборудование, технологии, материалы, комплектующие и, несомненно, соблюдение мер по защите от электростатических разрядов на протяжении всего производственного цикла — от доставки комплектующих до отправки готовых изделий. Нарушение цепочки в каком-либо месте делает бессмысленными все затраты на обеспечение ESD-защиты.
Основные принципы ESD-контроля
Основные принципы ESD-контроля:
- Все проводники, включая персонал, должны быть электрически соединены и заземлены. Это дополнение создает эквипотенциальный баланс между всеми элементами и персоналом. Электростатическая защита может поддерживаться при потенциале, превышающем нулевой потенциал заземления, так как все элементы в системе имеют одинаковый потенциал.
- Ионизационные системы обеспечивают нейтрализацию зарядов в процессе необходимых изоляторов и изолированных проводников.
- Упаковка чувствительных к электростатическим разрядам предметов, находящихся за пределами защищенной ESD-области, должна ограничивать трибоэлектрическую зарядку, защищать от электростатического воздействия и разрядов, а также обеспечивать отвод заряда до заземления EPA при вводе в EPA. Все предметы, не относящиеся к категории ESDS, перенесенные в защищенную зону, должны быть упакованы в непроводящую, рассеивающую упаковку ESD.
Необходимо отметить, что программа контроля ESD никаким образом не может заменить или отменить любые требования к безопасности персонала. Прерыватель тока при электрическом замыкании на «землю» (GFCI) и другие меры безопасности должны рассматриваться повсюду, где персонал может вступать в контакт с электрическими источниками.
Программа контроля ESD
Программа контроля ESD предусматривает:
- В соответствии с IEC 61340 5 2 повреждение от электростатического разряда является весьма реальным, но поскольку большая часть ущерба происходит ниже уровней, где человек может обнаружить разряд, фактор осведомленности жизненно важен. Обучение является одним из лучших способов достижения такой осведомленности и должно быть включено в качестве основной части любой структурированной процедуры обработки.
- В письменном плане контроля ESD должны быть установлены, документированы, внедрены, проверены и поддерживаться условия, соответствующие требованиям Программы IEC 61340-5-1.
- План контроля ESD должен предусматривать электростатический контроль и защиту при проектировании, изготовлении, проверке, испытании, хранении, отгрузке, установке, использовании, обслуживании, замене и ремонтных функциях.
- Пошив одежды является приемлемым, и требования могут быть добавлены, изменены или удалены. Решения по подбору персонала, включая обоснование, должны быть документированы в плане программы контроля ESD.
- План контроля ESD должен охватывать обучение, проверку соответствия, технические требования и включать перечень конкретного типа защитных материалов ESD и оборудования, используемого в программе.
- План контроля ESD должен обеспечивать создание и внедрение программы, соответствующей IEC 61340-5-1, поставщиками ESD-чувствительных компонентов и сборок.
Средства обеспечения ESD-защиты и заземления
Важным пунктом программы контроля ESD является напольное покрытие, именно с него начинается ESD-защита любого объекта. Задача покрытия — не позволять накапливать на поверхности электрический заряд, тем самым защищая людей и высокочувствительную электронную технику от воздействия статической энергии.
Сегодня применяются в основном три вида напольного покрытия:
- Антистатический линолеум, который иногда называют изоляционным, имеет электрическое сопротивление не менее 109 Ом. Линолеум считается антистатическим, если при ходьбе по нему возникает разряд не более 2 кВ. Стандартное коммерческое покрытие обладает антистатическими свойствами. Данный вид линолеума часто применяют в компьютерных классах учебных заведений. Примером может послужить линолеум марок Tarket и Desco Europe c их широкой линейкой напольных покрытий (рис. 1).
- Токорассеивающий линолеум — обладает сопротивлением в пределах 108 Ом. Способность рассеивать электрический ток обеспечивается наличием в материале высокого содержания углерода. Данный вид покрытия может применяться в медучреждениях (рентген-кабинет), серверных комнатах. Одними из наиболее качественных покрытий являются серии SD и Finesse SD (производитель Polyflor).
- Токопроводящий линолеум — обладает самым низким сопротивлением, не более 105 Ом. Токопроводность достигается за счет графитовых включений в материал, что обеспечивает отличную проводимость и мгновенное отведение электрического заряда с покрытия. Чаще всего применяется в помещениях с высоким классом чистоты, дорогостоящим и высокочувствительным оборудованием. Производитель Polyflor, серии EC и Finesse EC.
В любом случае выбор напольного покрытия зависит от технологических процессов на предприятии, а также от видов работ и установленного оборудования.
Для защиты различных объектов необходимо обеспечить их электрическую связь с «землей». Заземление настольных и напольных ковриков, рабочих мест, систем стеллажного хранения и других элементов антистатической защиты осуществляют через шнуры заземления.
В зависимости от характера выполняемых работ различают две основные схемы заземления персонала:
- при сидячей работе оно выполняется с помощью металлических или эластичных браслетов;
- при стоячей работе и/или работе с перемещениями — через напольное покрытие и специальную обувь.
Дополнительными средствами обеспечения ESD-защиты и заземления персонала для обоих вариантов являются специальные халаты (рис. 2), шапочки, перчатки (рис. 3), напальчники, бахилы, маски.
Вся одежда имеет определенные показатели ESD-защиты, благодаря которым может использоваться персоналом в том или ином технологическом процессе. Например, ткань халатов должна иметь определенную плотность, процент токопроводящей нити (в частности, карбоновой) и указание количества стирок, после которых халат теряет свои свойства. То же самое относится к перчаткам и маскам. Перед использованием спецодежды необходимо каждый раз замерять проводимость.
Кроме того, для заземления персонала существует и специальная антистатическая обувь. Это надежный способ заземления передвигающегося персонала; обувь обладает нормированной проводимостью для стекания заряда с ноги на проводящий пол. Антистатические туфли и сабо изготавливаются на основе натуральной кожи, на кожаной или полиуретановой подошве, маркируется ESD-символом (рис. 4). Иногда применяются ремешки заземления для обуви (рис. 5) и ремешки заземления на носок для женской обуви (рис. 6).
Антистатический браслет предназначен для снятия электростатического потенциала с тела работника и таким образом предотвращает повреждение чувствительных элементов разрядами статического электричества.
Браслеты бывают тканевыми, металлическими и из термопластичного материала (рис. 7, 8).
Антистатические коврики позволяют обеспечить быстрое стекание с рабочей поверхности электростатических зарядов, которые могут существенно повредить электронным компонентам и модулям при монтаже или ремонте радиоэлектронной аппаратуры.
Антистатический коврик состоит из двух слоев. Внешняя токорассеивающая сторона устойчива к температуре, припою, химикатам и растворителям, внутренняя токопроводящая сторона обеспечивает стекание заряда.
Антистатический настольный коврик имеет по краям 10-мм кнопку и заземляется при помощи провода со встроенным сопротивлением 1 МОм (рис. 9).
Данные средства являются неотъемлемой частью комплекса мер по ESD-защите.
Сегодня Desco Europe считается основным поставщиком ESD-одежды и средств заземления для многих европейских компаний и осуществляет поставки на предприятия нашей страны.
При производстве или ремонте, а также при применении высокоточного оборудования используется промышленная антистатическая (ESD) мебель. Примером может служить производитель Treston (Финляндия) (рис. 10).
Использование промышленной ESD-мебели гарантирует контролируемое стекание статических зарядов как с самого рабочего места, так и с находящихся рядом антистатических материалов. К тому же применение специальных стульев (например, из полиуретана) исключает генерацию и удержание статического заряда на них. Для поддержания антистатических свойств мебели и стульев предлагаются очистители, позволяющие удалить загрязнения и сохранить свойства материалов, из которых они изготовлены.
Крупнейшие компании, такие как IBM и HP, утверждают, что 25% всех не идентифицированных сбоев в электронике — это результат ESD. Чтобы максимизировать рентабельность инвестиций, наиболее уязвимые области, операции и продукты должны быть идентифицированы первыми. Затем следует разработать и оценить корректирующий план, установить ESD-контроль и обеспечить поверку качества. Далее нужно оценить эффективность плана и при необходимости внести уточнения. Этот процесс надо повторять до тех пор, пока качество и надежность не будут считаться приемлемыми для компании и ее клиентов.
Сохраняя ESD-контроль в процессе непрерывного контроля качества, можно отслеживать текущие затраты и итоговую рентабельность инвестиций, чтобы добиться наилучших результатов от внедрения данной программы.