Склад хранения электронных компонентов: оборудование и материалы

ESD ОСНАЩЕНИЕ

Эффективное управление ESD (electrostatic discharge – разряд статического электричества) на предприятиях радиоэлектронной промышленности – одна из важных составляющих производственного цикла.

Основные принципы ESD контроля следующие:

• 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 на процесс 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, и 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.

Учитывая выше отмеченное, в рамках управления ESD склады хранения электронных компонентов должны иметь соответствующее оснащение.

Антистатическое напольное покрытие – как правило, это двухслойное резиновое напольное покрытие с верхним рассеивающим слоем и нижним проводящим слоем (см. рис. 1). Сопротивление заземления Rg: 1×10⁶–1×10⁸ Ом, поверхностное сопротивление «точка–точка» Rp-p: 1×10⁶–1×10⁹ Ом (испытания согласно IEC 61340–4-1, соответствует стандарту EN 61340–5-1). Истираемость: 5 Н (испытания согласно ISO 4649, метод A). Твердость: 85±5 (по Шору, метод A, согласно ISO 7619). Покрытие устойчиво к чистящим средствам, обычно используемым для технического обслуживания (стандарт EN 423).

Рекомендуется применять такое покрытие не только в изолированной области вокруг отдельных рабочих мест, а во всей рабочей зоне.

Рис. 1. Антистатический линолеум Desco

Антистатический липкий коврик – предназначен для удаления загрязнений с подошвы обуви, колес транспортировочных тележек и мобильного оборудования (см. рис. 2). Он может быть размещен как при входе в зону, защищенную от электростатического разряда, так и внутри EPA-зоны при необходимости. Минимизация возникновения статических зарядов происходит благодаря использованию антистатического полиэтилена низкого давления и специальному составу клейкого акрилового покрытия. Клейкое покрытие имеет водную основу, лишено запаха и нетоксично.

Коврик состоит из 30 или 60 пронумерованных слоев, которые можно последовательно удалять по мере загрязнения. Нумерация слоев позволяет отслеживать их остаток, а также препятствует удалению нескольких слоев одновременно. Нижняя поверхность коврика имеет клеевой слой для фиксации его на полу. Поверхностное сопротивление антистатического липкого коврика не превышает 10¹¹ Ом.

Рис. 2. Антистатический липкий коврик

Антистатическая мебель – использование промышленной антистатической (ESD) мебели гарантирует контролируемое стекание статических зарядов как с самого рабочего места, так и с антистатических материалов, размещенных на нем. Для поддержания антистатических свойств мебели и стульев применяются специальные очистители, которые позволят удалить загрязнения и сохранить свойства материалов, из которых они изготовлены. Мебель отечественных и импортных производителей: Treston (см. рис. 3), Viking, Москвичка, Новатор, Белтема, GEFESD.

Рис. 3. Антистатический стол Treston

Системы хранения: кассетницы. Кассетницы для хранения малых компонентов отвечают самым высоким требованиям профессионального использования в складских, торговых, производственных помещениях. Ассортимент кассетниц для хранения компонентов и различных вариантов складских ячеек предоставляет возможности для оптимального хранения разнообразных товаров. Ячейки для хранения производятся из прочного полипропилена, делающего их прочными и надежными (см. рис. 4).

Рис. 4. Кассетница Treston

Антистатическая тара – предназначена для хранения, перемещения и транспортировки печатных плат, электронных компонентов и модулей, чувствительных к воздействию электростатического разряда (ESD). Антистатические свойства тары обеспечиваются применением специальных материалов, исключающих возможность генерации и накопления статического заряда на поверхности.

Следует различать:

• хранение и перемещение чувствительных компонентов внутри зоны, защищенной от электростатического разряда (пример – перемещение между рабочими местами или участками, находящимися в EPA-зоне);
• перемещение компонентов за пределы такой зоны (примеры – перемещение со склада в цех, транспортировка потребителю готовых изделий).

В первом случае для стеллажного хранения и переноски рекомендуется использовать пластиковые ящики, контейнеры и лотки из антистатического полипропилена (см. рис. 5). Материал имеет черный цвет, так как насыщен в объеме карбоновыми волокнами, обладающими электропроводностью. Поверхностное сопротивление составляет порядка 10⁵ Ом, т. е. находится на границе между проводящими и диссипативными материалами. Заряд стекает с поверхности такой тары за минимальное время, что в условиях системы выравнивания потенциалов в защищенной зоне гарантирует безопасность находящихся внутри электронных компонентов.

Рис. 5. Ящик ESD для хранения

В случае перемещения за пределы EPA-зоны следует учитывать воздействие на чувствительные компоненты электромагнитных полей, возможность контакта с носителем статического заряда, а также возникновения на упаковке трибоэлектрического заряда во время транспортировки. Наконец, необходимо обеспечить защиту от механических повреждений и воздействия окружающей среды. Поэтому рекомендуется применение комплексной упаковки: проводящий поролон, экранирующий металлизированный пакет, коробка из диссипативного материала, рассеивающая заряд пленка, антистатическая клейкая лента (см. рис. 6).

Рис. 6. Коробка ESD c проводящим поролоном

Антистатические пакеты – предназначены для защиты электронных компонентов и изделий, чувствительных к воздействию электростатического разряда. Антистатические пакеты для электроники различаются по типу материалов, из которых они изготовлены. Пакеты из рассеивающего заряд материала служат для перемещения компонентов между рабочими местами в зоне, защищенной от электростатического разряда, а также для хранения в EPA-зоне комплектующих, нечувствительных к электростатике. Их основная задача – не генерировать и не накапливать на себе статический заряд. Эти пакеты имеют, как правило, розовый цвет, не предназначены для вакуумной упаковки, закрываются на zip-замок или заклеиваются антистатическим скотчем (см. рис. 7).

Рис. 7. Антистатические пакеты

Пакеты антистатические металлизированные используются для перемещения между защищенными зонами, для транспортировки потребителю или для безопасного хранения электронных компонентов. Такие пакеты обычно имеют цвет от серо-голубого до серебристого и различную степень прозрачности в зависимости от толщины и типа материала. Для их производства применяется один или несколько слоев рассеивающей заряд пластиковой пленки и слой алюминия (в форме напыления или фольги), выполняющий роль экрана, защищающего от воздействия электромагнитных полей. Металлизированные пакеты могут быть с zip-замком (zip-lock) или без него, их можно рекомендовать для вакуумной упаковки компонентов в сочетании с использованием влагопоглотителя и индикаторов влажности. Если металлизированный пакет маркирован как влагозащитный, то он подходит для долговременного хранения чувствительных к влаге элементов.

Проводящие антистатические пакеты имеют черный цвет из-за добавления в пластик карбоновых волокон, обладающих электропроводностью. Они имеют преимущество перед другими типами пакетов по скорости стекания заряда, однако, в отличие от металлизированных не защищают содержимое от воздействия электромагнитных полей и не подходят в качестве влагозащитных. Проводящие пакеты чаще всего используются для хранения готовых изделий и печатных плат с уже смонтированными компонентами в EPA-зоне.

Существуют также пакеты из пузырчатой пленки, как рассеивающей, так и токопроводящей, которые служат для лучшей механической защиты компонентов и готовых изделий, при сохранении всех свойств ESD-безопасности. Можно сразу купить антистатические пакеты подходящего размера или использовать рукав из пленки и оборудование для ее запайки, тогда готовые пакеты можно сделать практически любых размеров.

Вакуумная упаковка электронных компонентов – применяется в электронной промышленности для защиты электронной компонентной базы (ЭКБ) от механических повреждений и воздействия влаги при продолжительном хранении, или транспортировке. Для этой цели используются металлизированные антистатические пакеты, а при особых требованиях, указанных в технических условиях на компоненты, применяются антистатические влагозащитные пакеты.

Влагозащитные антистатические пакеты, кроме защиты ЭКБ от воздействия электростатического разряда и электростатических полей, должны обеспечивать барьер от проникания водяных паров на уровне 2–4 мг/дм2/24 часа/400°C.

Как правило, вместе с электронными компонентами в пакет помещают влагопоглотитель – для снижения уровня влажности и индикатор влажности – для контроля за состоянием компонентов в период хранения или транспортировки.

Существуют технологии упаковки, включающие предварительное наполнение пакета сухим воздухом или азотом перед вакуумированием. Таким образом, сначала вытесняется содержащий влагу атмосферный воздух. Наконец, в случае особых требований к условиям хранения, вместо вакуумирования может применяться наполнение пакета инертным газом.

Вакуумная упаковка ЭКБ производится на бескамерных вакуумных упаковочных машинах. Скорость их работы в несколько раз превышает скорость работы камерных вакуумных упаковщиков. Сначала из пакета через вакуумную насадку откачивается воздух. Герметичность системе обеспечивает упругий материал вакуумных губок, прижимающих пакет к насадке. Далее насадка выходит из пакета и он запаивается при температуре 200–250°C и давлении сварных планок около 3–4 бар.

Вакуумные упаковочные машины могут иметь пневматический привод от внешней магистрали или компрессора, либо электрический привод. Во втором случае электрический компрессор встраивается в корпус вакуумного упаковщика. Независимо от типа привода ресурс оборудования обычно составляет более 50000 циклов вакуумирования и сварки до проведения регламентного обслуживания и замены расходных материалов.

К вакуумным упаковщикам для ЭКБ предъявляются повышенные требования по качеству материалов, из которых они изготовлены, в связи с необходимостью их размещения в чистых помещениях. Как правило, корпус вакуумной машины для упаковки электронных компонентов изготавливается из нержавеющей стали.

В случае применения с вакуумными упаковочными машинами компрессорного оборудования, следует учесть, что применение масляных компрессоров нежелательно. Для обеспечения чистоты в помещении и соблюдения требований руководящих документов необходимо применять совместно с вакуумной упаковочной машиной безмасляный компрессор.

Средства заземления – разрабатываются для того, чтобы самый главный «виновник» разрядов стал безопасен для дорогостоящей электроники. Их применение обязательно на каждом налаженном производстве.

Основные средства заземления:

• Браслеты и провода заземления. Основной элемент защиты, благодаря которому значительно снижается риск повреждения ЭКБ. Конечно, при правильном подключении. Заряд с человека должен стекать через браслет по проводу к колодке заземления.
• Гарнитура заземления соединяет медной пластиной токопроводящую поверхность антистатического напольного покрытия.
• Колодки заземления и гарнитуры заземления напольных покрытий связаны общей шиной заземления.

Ионизаторы – продуцируют миллиарды положительно и отрицательно заряженных ионов. Изоляторы не могут быть заземлены, но отрицательный заряд на изоляторе или изолированном проводнике будет привлекать положительно заряженные ионы при отмене отрицательно заряженных ионов. Количество положительных и отрицательных ионов не может быть идеально сбалансированным, но должно быть ниже порога напряжения самого чувствительного устройства. Однако в значительной степени ионизатор находится вне баланса (напряжение смещения), этот объем заряда будет размещаться на изоляторах и/или незаземленных проводниках в воздушном потоке ионизатора.

Одежда ESD (см. рис. 8) должна быть заземлена с помощью браслета защелкивающимся на запястье или манжете, что освобождает руки монтажника для работы. В браслете на запястье или креплении к манжете заряды могут быть удалены на землю через обувь ESD в сочетании с напольным ESD покрытием. В противном случае можно использовать обычные халаты из хлопка или другой ткани с низкой воспроизводимостью заряда, чтобы избежать того, что ткань ESD одежды станет изолированным заряженным проводником, который может разряжаться в чувствительных к ESD предметах. Все технологические основные изоляторы с электростатическими полями, превышающими 2000 Вольт, должны храниться на минимальном расстоянии 12 дюймов от элементов ESDS.

Рис. 8. Антистатический халат

Хотя куртки ESD не относятся к требованиям рабочей одежды, которая может быть синтетической и иметь высокий заряд, одежда ESD создает защиту как «Клетка Фарадея». В изделиях с электростатической защитой от электростатического разряда используются проводящие карбоновые волокна, и все проводники должны быть заземлены. Риск состоит в том, что одежда ESD может стать изолированным заряженным проводником.

После проверки того, что одежда имеет электрическую проводимость через все полотна, одежда должна быть электрически связана с системой заземления пользователя, чтобы не действовать как буфер. Одежда должна надеваться с правильно закрепленной или застегнутой передней стороной, чтобы избежать воздействия возможных зарядов на личную одежду, надеваемую под ESD одежду.

Ткань антистатических халатов:

• Вид 1. Полиэстер 78%, Хлопок 20%, Токопроводящая нить – 2%.
• Вид 2. Полиэстер 99%, Токопроводящая нить – 1%.
• Вид 3. Полиэстер 98%, Токопроводящая нить – 2%.

Антистатическая обувь для заземления персонала является промежуточным проводником между человеком и полом, который должен быть заземлен. Если у лаборанта одежда является антистатической, то есть способной выводить заряд к земле, а обувь нет, то заряд так и останется на теле человека, пока он не коснется токопроводящей поверхности.

Существует несколько главенствующих стандартов по антистатике, на которые опираются промышленные предприятия.

• ГОСТ 12.4.124–83 ССБТ «Средства защиты от статического электричества». Согласно данному регламенту ESD-обувью может называться обувь с сопротивлением подошвы от 10⁶–10⁸ Ом.
• ГОСТ Р ЕН ИСО 20345–2011 «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты ног. Обувь защитная. Технические требования». За основу этого ГОСТа взяли европейский стандарт. Здесь указывается, что сопротивление антистатической обуви должно составлять 10⁵–10⁹ Ом.
• ГОСТ Р 53734.4.3–2010«Электростатика. Часть 4.3. Методы испытаний для прикладных задач. Обувь». Данный ГОСТ был разработан по требованию МЭК (Международная электротехническая комиссия). По этим данным антистатической рассеивающей обувью может называться обувь с сопротивлением 10⁵–10⁷ Ом.

Таким образом, обувь, подходящая к каждому из регламентов по антистатике, должна иметь сопротивление 10⁶–10⁷ Ом.

ШКАФЫ СУХОГО ХРАНЕНИЯ

Международным стандартом IPC/JEDEC J-STD-020C все SMD компоненты в негерметичных корпусах по степени чувствительности подразделяются на 8 уровней (см. табл. 1). Каждый уровень присваивается в соответствии с определенным видом производства, а именно условиями хранения, времени термообработки перед установкой и т. д. Данная информация отражается на изделии с помощью специальной маркировки.

Большинство компонентов и интегральных микросхем необходимо использовать в течение 24 ч после вскрытия упаковки, в противном случае компоненты наберут влагу из атмосферы, что приведет к образованию различных дефектов. Для хранения компонентов, печатных плат и микросхем в условиях, соответствующих международным стандартам, применяются шкафы сухого хранения.

При выборе шкафов сухого хранения (см. табл. 2) следует ориентироваться на следующие основные характеристики:

• Относительная влажность;
• Объем шкафа;
• Наличие антистатического исполнения;
• Требования к хранению в инертной среде.

К вспомогательным характеристикам также можно отнести:

• Количество полок;
• Требования к индикации параметров;
• Другие дополнительные опции (независимые дверцы, полки на направляющих и т. д.);
• «Чистые помещения».

У большинства производителей объем шкафов сухого хранения имеет широкий диапазон. Например, шкафы сухого хранения производителя Totech (Япония-Китай) (см. рис. 9) имеют объем от 145 до 1160 л, у производителя Catec от 98 до 1436 литров, у Mekko Technology 250–1500 л (увеличенный объем – 3380 л).

Также в зависимости от объема может варьироваться количество дверей, полок. При больших объемах шкафов сухого хранения также используют независимые секции, что позволяет, минимизировать негативное воздействие окружающей среды на все компоненты в целом.

Рис. 9. Шкаф сухого хранения Totech Super Dry HSD-1104-01 (4 секции), 1160 л

СЧЕТЧИКИ КОМПОНЕНТОВ

На входном контроле производится подсчет поступивших электронных компонентов. Учитывая тенденцию к их миниатюризации, осуществлять подсчет эффективнее с помощью автоматических средств – счетчиков электронных компонентов.

И самые популярные варианты – это счетчики компонентов, как мы привыкли их видеть. Например, Olamef County Evo для подсчета осевых и радиальных компонентов. Это неавтоматизированная модель, подсчет компонентов осуществляется также протяжкой ленты. Большой список аксессуаров позволяет подобрать нужную комплектацию для каждого: адаптер для SMD компонентов, подставки под катушки, ручка для перемотки катушек, принтер для распечатки этикеток, баркод-сканер.

Продолжением этой линейки стала модель автоматического подсчета компонентов Olamef County-S Evo. Счетчик основан на микрокомпьютере и предназначен для счета SMD-компонентов с автоматической перемоткой и с возможностью его подключения к ПК или к этикеточному принтеру.

На самом деле, на рынке существует очень много моделей автоматизированных счетчиков SMD компонентов с очень похожими конструкциями и функционалом: держатели катушек на корпусе, цифровой дисплей, максимальная ширина ленты, максимальный диаметр катушки, регулировка скорости подсчета, звуковой сигнал по окончании счета, реверс, обнуление подсчета, функция пустой ячейки. Основные отличия – это способ реализации.

Например, автоматический счетчик компонентов компании DDmNovastar GC-40 (США). Может поставляться как с подставкой под катушки, так и без. Здесь реализация автоматического подсчета реализована именно в подставке, которая соединяется с самим счетчиком. Выбирается направления вращения катушек с помощью механической ручки, по окончании подсчета издается звуковой сигнал и вращение катушек останавливается. Задание максимального значения и перфорации осуществляется с помощью аналоговых кнопок.

Компанией ПРОТЕХ предлагается также собственный счетчик SMD компонентов «СОНАТА» (см. рис. 10), который оснащен 4 регулируемыми скоростями подсчета и автоматическим сохранением настроек, так же его можно запрограммировать для подсчета, определенного числа элементов. Счетчик оснащен датчиком пустой ячейки EPD, который будет определять наличие компонента в инспектируемой ячейке. При окончании подсчета производится звуковой сигнал и отображается информация на ЖКИ-дисплее с числом подсчитанных элементов.

Рис. 10. Счетчик SMD-компонентов «Соната»