Technologie zur Verhinderung statischer Elektrizität
Um elektrostatische Entladungen (ESD, elektrostatische Entladung) effektiv zu bekämpfen und zu verhindern, müssen die richtigen Geräte richtig eingesetzt werden. Dank einer Reihe leistungsstarker ESD-Verhinderungs-, Überwachungs- und Ionisationsgeräte mit geschlossenem Regelkreis kann ESD heute als Prozesssteuerungsproblem angesehen werden.
Elektrostatische Entladung (ESD) ist eine bekannte und unterschätzte Quelle für Schäden an Leiterplatten und Bauteilen in der elektronischen Baugruppe. Es betrifft jeden Hersteller, egal wie groß oder klein er ist. Obwohl viele Leute denken, dass sie Produkte in einer ESD-sicheren Umgebung herstellen, kosten ESD-bedingte Schäden die Elektronikindustrie weltweit weiterhin Milliarden von Dollar pro Jahr.
Was genau ist ESD? Als elektrostatische Entladung (ESD) wird die Entladung (Elektronenstrom) zu oder von einer elektrostatisch fixierten Ladung (Elektronenmangel oder Elektronenüberschuss) bezeichnet. Die Ladung ist unter zwei Bedingungen stabil:
Wenn es"senkt" in einen leitfähigen, aber elektrisch isolierenden Gegenstand, z. B. einen Metallschraubendreher mit Kunststoffgriff.
Wenn es sich auf einer isolierenden Oberfläche (z. B. Kunststoff) befindet und darauf nicht fließen kann.
Befindet sich jedoch ein elektrisch isolierter Leiter (Schraubendreher) mit ausreichend hoher elektrischer Ladung in der Nähe eines integrierten Schaltkreises (IC) mit entgegengesetztem elektrischem Potential, so kreuzt die elektrische Ladung"& quot; und verursacht elektrostatische Entladung ( ESD).
ESD tritt sehr schnell mit extrem hoher Intensität auf und erzeugt normalerweise genug Hitze, um den internen Schaltkreis des Halbleiterchips zu schmelzen, und sieht aus wie ein kleines Einschussloch, das unter dem Elektronenmikroskop ausgesprengt wird und sofortige und irreversible Schäden verursacht.
Noch gravierender ist, dass diese Gefahr nur in einem Zehntel der Fälle so groß ist, dass die gesamte nach * getestete Komponente ausfällt. In den anderen 90% der Fälle verursachen ESD-Schäden nur eine teilweise Degradation, d. h. die beschädigte Komponente kann den *Post-Test unbemerkt bestehen und hat nur einen vorzeitigen Feldausfall, nachdem sie an den Kunden geliefert wurde. Das Ergebnis ist * Rufschädigung, ein Ort für einen Hersteller, um Herstellungsfehler zu korrigieren *, um einen Preis zu zahlen.
Die Hauptschwierigkeit bei der Kontrolle von ESD besteht jedoch darin, dass sie unsichtbar ist, aber elektronische Komponenten beschädigen kann. Um ein hörbares&zu erzeugen, quot;Häkchen" eine Entladung erfordert eine relativ große Ladung von etwa 2000 Volt, um sich anzusammeln, während ein kleiner elektrischer Schlag bei 3000 Volt zu spüren ist und ein Funke bei 5000 Volt gesehen werden kann.
Beispielsweise können gängige Bauelemente wie Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder elektrisch programmierbare Festwertspeicher (EPROM, elektrisch programmierbarer Festwertspeicher) von ESD-Potentialunterschieden von nur 250 Volt und 100 Volt betroffen sein , bzw. Zerstörung und immer empfindlichere moderne Komponenten, einschließlich Pentium-Prozessoren, können bis zu 5 Volt zerstört werden.
Das Problem wird durch tägliche Aktivitäten, die Schäden verursachen, verschlimmert. Wenn Sie beispielsweise über eine Vinylfabrik gehen, entsteht Reibung zwischen der Bodenoberfläche und den Schuhen. Das Ergebnis ist ein rein geladener Gegenstand, der je nach relativer Luftfeuchtigkeit der örtlichen Luft eine Ladung von 3 bis 2000 Volt ansammelt.
Sogar die Reibung, die durch die natürliche Bewegung der Arbeiter auf der Bühne verursacht wird, kann 400~6000 Volt erzeugen. Wenn der Arbeiter den Isolator während des Auspackens oder Einpackens der Leiterplatte in die Schaumstoffbox oder den Luftpolsterbeutel berührt hat, kann die auf der Oberfläche des Körpers des Arbeiters' angesammelte Nettoladung ungefähr 26.000 Volt erreichen.
Als Hauptquelle von ESD-Gefahren müssen daher alle Arbeiter, die den elektrostatisch geschützten Bereich (EPA, elektrostatisch geschützter Bereich) betreten, geerdet werden, um eine Ansammlung von Ladungen zu vermeiden, und alle Oberflächen sollten geerdet werden, um alles auf dem gleichen Potenzial zu halten, um ESD zu verhindern tritt ein.
Das Hauptprodukt, das zur Verhinderung von ESD verwendet wird, ist ein Armband mit gewelltem Cord und einer ableitfähigen Oberfläche oder Bettzeug – beides muss ordnungsgemäß geerdet sein. Zusätzliche Hilfsmittel wie ableitfähiges Schuhwerk oder Fersenriemen und geeignete Kleidung sollen verhindern, dass sich das Personal beim Bewegen in einem elektrostatisch geschützten Bereich (EPA) ansammelt und eine Nettoladung aufrechterhält.
Während und nach der Bestückung sollte die Leiterplatte auch ESD beim internen und externen Transport verhindern. Es gibt viele Verpackungsprodukte für Leiterplatten, die in diesem Bereich verwendet werden können, darunter Abschirmbeutel, Versandkartons und bewegliche Wagen. Obwohl die richtige Verwendung der oben genannten Geräte 90% der ESD-bezogenen Probleme verhindert, ist eine andere Art von Schutz erforderlich, um die letzten 10% zu erreichen: Ionisierung.
Die effektivste Methode zur Neutralisierung von Montagegeräten und Oberflächen, die elektrostatische Ladungen erzeugen können, ist die Verwendung eines Ionisators – ein Gerät, das einen Strom ionisierter Luft über den Arbeitsbereich bläst, um jegliche auf dem Isoliermaterial angesammelte Ladung zu neutralisieren.
Ein verbreiteter Trugschluss ist, dass durch das Tragen des Schüsselgurtes am Arbeitsplatz die Isolatoren in der Umgebung, wie Styroporbecher oder Kartons, sicher abgeführt werden. Per Definition leitet ein Isolator keinen Strom, außer dass es unmöglich ist, sich durch Ionisation zu entladen.
Wenn ein aufgeladener Isolator in der EPA verbleibt, strahlt er ein elektrostatisches Feld aus, das eine Nettoladung an nahe gelegenen Objekten verursacht und somit das Risiko von ESD-Schäden am Produkt erhöht. Obwohl viele Hersteller versuchen, Dämmstoffe aus ihrer EPA zu verbannen, ist diese Methode schwierig umzusetzen. Isolation gehört zu viel zum Alltag – vom Schaumstoffpolster, auf dem der Bediener bequem sitzt, bis hin zu etwas in der Plastikhülle.
Aufgrund der Verwendung von Ionisatoren können Hersteller akzeptieren, dass einige Isoliermaterialien in ihrer EPA erscheinen. Da das Ionenerzeugungssystem kontinuierlich jede Ladungsakkumulation, die auf dem Isolator auftreten kann, neutralisiert, sind sie eine vernünftige Investition für jedes ESD-Programm.
Es gibt zwei Grundformen von ionenerzeugenden Geräten in Standard-Elektronikbaugruppen:
Desktop-Typ (einzelner Lüfter)
Überkopfgeräte (in einer einzelnen Überkopfeinheit befinden sich eine Reihe von Ventilatoren)
Es gibt auch Indoor-Ionengeneratoren, die jedoch hauptsächlich zur Reinigung der Raumumgebung verwendet werden.
Die Auswahl hängt von der Größe des zu schützenden Bereichs ab. Der Desktop-Ionisator deckt eine einzelne Arbeitsfläche ab, während der Overhead-Ionisator zwei oder drei abdeckt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Ionisator auch verhindern kann, dass sich Staub statisch am Produkt anlagert, was das Erscheinungsbild beeinträchtigen kann.
Wenn es jedoch keine normale Prüfung und Überwachung der Wirksamkeit von ESD-Geräten gibt, ist kein Schutzplan perfekt. Top-Experten für ESD-Kontrolle und Ionisation berichteten über Beispiele von Herstellern, die ausgefallene (und daher nutzlose) ESD-Geräte verwendeten, ohne den Fehler zu kennen.
Um dies zu verhindern, bieten ESD-Lieferanten neben der Standard-ESD-Ausrüstung auch verschiedene Dauermonitore an, die automatisch alarmieren, wenn eine Leistung die Vorschriften überschreitet. Der Monitor kann als eigenständige Einheit verwendet oder in einem Netzwerk miteinander verbunden werden. Außerdem gibt es eine Netzwerksoftware zur automatischen Datenerfassung, die die Systemleistung der zugehörigen Operatoren und Workstations in Echtzeit anzeigt.
Der Monitor kann die ESD-Planung vereinfachen, indem er viele tägliche Aufgaben eliminiert, wie z.
abschließend
Der erste Schritt zur Verhinderung von ESD besteht darin, richtig zu bewerten, wie kleine Details irreparable Schäden verursachen können, wenn sie ignoriert werden. Ein wirksamer Plan erfordert nicht nur den Einsatz von wirksamer ESD-Schutzausrüstung, sondern auch strenge Betriebsverfahren, um sicherzustellen, dass das Verhalten aller Anlagenmitarbeiter am Boden ESD-sicher ist.
Obwohl viele Hersteller automatische Schüsselbandtester verwenden, wird häufig beobachtet, dass Bediener den Test bestehen oder nicht bestehen, weil das Schüsselband zu locker ist. Viele Bediener versuchen, den Test zu bestehen, indem sie den Tester einfach mit der anderen Hand nahe am Handgelenk halten.
Die gute Nachricht ist jedoch, dass ESD vermeidbar ist. Der Zeit- und Kostenaufwand für die richtige Ausrüstung und die Verbesserung der Sicherheitsverfahren wird mit einer entsprechenden Erhöhung der Erfolgsquote belohnt.