เทคโนโลยีป้องกันไฟฟ้าสถิตย์

เทคโนโลยีป้องกันไฟฟ้าสถิตย์

เพื่อให้สามารถต่อสู้และป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD, การคายประจุไฟฟ้าสถิต) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ต้องใช้อุปกรณ์ที่เหมาะสมอย่างถูกวิธี ด้วยชุดอุปกรณ์ป้องกัน ESD แบบวงปิด ที่มีประสิทธิภาพ เฝ้าติดตาม และทำให้ ESD กลายเป็นปัญหาในการควบคุมกระบวนการได้

การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) เป็นแหล่งของแผงวงจรและความเสียหายของส่วนประกอบที่คุ้นเคยและประเมินค่าต่ำเกินไปในการประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ส่งผลกระทบต่อผู้ผลิตทุกรายไม่ว่าจะเล็กหรือใหญ่ก็ตาม แม้ว่าหลายคนคิดว่าพวกเขากำลังผลิตผลิตภัณฑ์ในสภาพแวดล้อมที่ปลอดภัยจาก ESD ในความเป็นจริง ความเสียหายที่เกี่ยวข้องกับ ESD ยังคงสร้างความเสียหายให้กับโลก' อุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายพันล้านดอลลาร์ต่อปี

ESD คืออะไรกันแน่? การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) หมายถึงการคายประจุ (กระแสของอิเล็กตรอน) ไปยังหรือจากประจุ (อิเล็กตรอนที่ไม่เพียงพอหรือส่วนเกิน) ที่ได้รับไฟฟ้าสถิต (คงที่) ประจุมีความเสถียรภายใต้สองเงื่อนไข:

เมื่อมัน"จม" เข้าไปในวัตถุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าแต่เป็นฉนวนไฟฟ้า เช่น ไขควงโลหะที่มีด้ามพลาสติก

เมื่ออยู่บนพื้นผิวที่เป็นฉนวน (เช่น พลาสติก) และไม่สามารถไหลบนได้

อย่างไรก็ตาม หากตัวนำที่หุ้มฉนวนไฟฟ้า (ไขควง) ที่มีประจุไฟฟ้าสูงเพียงพออยู่ใกล้กับวงจรรวม (IC) ที่มีศักย์ไฟฟ้าตรงข้ามกัน ประจุไฟฟ้า"ข้าม" ทำให้เกิดการคายประจุไฟฟ้าสถิต ( อีเอสดี)

ESD เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยความเข้มที่สูงมาก และมักจะสร้างความร้อนเพียงพอที่จะละลายวงจรภายในของชิปเซมิคอนดักเตอร์ และดูเหมือนรูกระสุนเล็กๆ ที่เป่าออกมาภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ทำให้เกิดความเสียหายในทันทีและไม่สามารถย้อนกลับได้

ที่ร้ายแรงกว่านั้นคืออันตรายนี้มีเพียงหนึ่งในสิบของเวลาเท่านั้นที่เลวร้ายจนทำให้ส่วนประกอบทั้งหมดที่ทดสอบหลังจาก * ล้มเหลว ในอีก 90% ของกรณี ความเสียหายจาก ESD ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพเพียงบางส่วนเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบที่เสียหายสามารถผ่าน *หลังการทดสอบโดยไม่มีใครสังเกตเห็น และจะมีความล้มเหลวในฟิลด์ก่อนเวลาอันควรหลังจากจัดส่งให้กับลูกค้าเท่านั้น ผลลัพธ์คือ * ความเสียหายต่อชื่อเสียง สถานที่สำหรับผู้ผลิตเพื่อแก้ไขข้อบกพร่องในการผลิต * เพื่อจ่ายราคา

อย่างไรก็ตาม ปัญหาหลักในการควบคุม ESD คือมองไม่เห็น แต่อาจทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เสียหายได้ ในการสร้างเสียง"tick" การคายประจุต้องใช้ประจุที่ค่อนข้างใหญ่ประมาณ 2,000 โวลต์เพื่อสะสม ในขณะที่ไฟฟ้าช็อตขนาดเล็กสามารถสัมผัสได้ที่ 3000 โวลต์ และสามารถมองเห็นประกายไฟที่ 5,000 โวลต์

ตัวอย่างเช่น ส่วนประกอบทั่วไป เช่น เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม (CMOS, เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม) หรือหน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่โปรแกรมได้ทางไฟฟ้า (EPROM, หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ตั้งโปรแกรมได้ทางไฟฟ้า) อาจได้รับผลกระทบจากความต่างศักย์ ESD เพียง 250 โวลต์และ 100 โวลต์ ตามลำดับ การทำลายล้างและส่วนประกอบสมัยใหม่ที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งรวมถึงโปรเซสเซอร์ Pentium สามารถทำลายได้นานถึง 5 โวลต์

ปัญหาเกิดจากกิจกรรมประจำวันที่ก่อให้เกิดความเสียหาย ตัวอย่างเช่น การเดินข้ามพื้นโรงงานไวนิลทำให้เกิดการเสียดสีระหว่างพื้นผิวพื้นกับรองเท้า ผลที่ได้คือวัตถุที่มีประจุอย่างหมดจด สะสมประจุ 3 ถึง 2,000 โวลต์ ขึ้นอยู่กับความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศในพื้นที่

แม้แต่การเสียดสีที่เกิดจากการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติของผู้ปฏิบัติงานบนเวทีก็สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้ 400~6000 โวลต์ ถ้าคนงานจัดการฉนวนระหว่างกระบวนการแกะหรือบรรจุ PCB ในกล่องโฟมหรือถุงฟอง ประจุสุทธิที่สะสมอยู่บนพื้นผิวของผู้ปฏิบัติงาน' ของร่างกายอาจถึงประมาณ 26,000 โวลต์

ดังนั้น ในฐานะที่เป็นแหล่งหลักของอันตรายจาก ESD พนักงานทุกคนที่เข้าสู่พื้นที่ป้องกันไฟฟ้าสถิต (EPA พื้นที่ป้องกันไฟฟ้าสถิต) จะต้องต่อสายดินเพื่อป้องกันการสะสมของประจุ และพื้นผิวทั้งหมดควรต่อสายดินเพื่อรักษาทุกอย่างให้มีศักยภาพเท่ากันเพื่อป้องกัน ESD เกิดขึ้น

ผลิตภัณฑ์หลักที่ใช้ป้องกัน ESD คือสายรัดข้อมือซึ่งมีผ้าลูกฟูกม้วนงอและพื้นผิวที่กระจายตัวหรือผ้าปูที่นอน - ทั้งสองอย่างต้องต่อสายดินอย่างเหมาะสม อุปกรณ์ช่วยเหลือเพิ่มเติม เช่น รองเท้าแบบกระจายตัวหรือสายรัดส้น และเสื้อผ้าที่เหมาะสม ได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันบุคลากรจากการสะสมและรักษาประจุสุทธิเมื่อเคลื่อนที่ในพื้นที่ที่มีการป้องกันไฟฟ้าสถิต (EPA)

ระหว่างและหลังการประกอบ PCB ควรป้องกัน ESD จากการขนส่งภายในและภายนอก มีผลิตภัณฑ์บรรจุภัณฑ์แผงวงจรมากมายที่สามารถใช้ได้ในบริเวณนี้ รวมทั้งถุงป้องกัน กล่องขนส่ง และรถเข็นแบบเคลื่อนย้ายได้ แม้ว่าการใช้อุปกรณ์ข้างต้นอย่างถูกต้องจะป้องกันปัญหาที่เกี่ยวข้องกับ ESD ได้ถึง 90% แต่การจะไปถึง 10% ล่าสุด จำเป็นต้องมีการป้องกันอีกแบบหนึ่ง นั่นคือ การแตกตัวเป็นไอออน

วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการทำให้อุปกรณ์ประกอบและพื้นผิวเป็นกลางที่สามารถสร้างประจุไฟฟ้าสถิตได้คือการใช้อุปกรณ์สร้างประจุไอออนที่เป่าลมไอออไนซ์ออกมาเหนือพื้นที่ทำงานเพื่อทำให้ประจุที่สะสมอยู่บนวัสดุฉนวนเป็นกลาง

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือ เนื่องจากการคาดเข็มขัดชามที่เวิร์กสเตชัน ฉนวนในบริเวณนั้น เช่น ถ้วยโพลีสไตรีนหรือกล่องกระดาษแข็ง จะกระจายไปอย่างปลอดภัย ตามคำนิยาม ฉนวนไม่นำไฟฟ้า เว้นแต่จะปล่อยผ่านไอออไนซ์ไม่ได้

หากฉนวนที่มีประจุยังคงอยู่ใน EPA ฉนวนจะแผ่รังสีสนามไฟฟ้าสถิต ทำให้เกิดประจุสุทธิไปยังวัตถุใกล้เคียง ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความเสี่ยงที่ ESD จะเกิดความเสียหายต่อผลิตภัณฑ์ แม้ว่าผู้ผลิตหลายรายจะพยายามห้ามวัสดุที่เป็นฉนวนจาก EPA แต่วิธีนี้ทำได้ยากมาก ฉนวนเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันมากเกินไป ตั้งแต่เบาะโฟมที่ผู้ปฏิบัติงานนั่งอย่างสบายไปจนถึงบางสิ่งบางอย่างในฝาครอบพลาสติก

เนื่องจากการใช้ไอออไนเซอร์ ผู้ผลิตสามารถยอมรับความจริงที่ว่าวัสดุฉนวนบางชนิดปรากฏใน EPA ของพวกเขา เนื่องจากระบบสร้างไอออนจะทำให้การสะสมประจุที่อาจเกิดขึ้นกับฉนวนเป็นกลางอย่างต่อเนื่อง จึงเป็นการลงทุนที่สมเหตุสมผลสำหรับโปรแกรม ESD ใดๆ

มีสองรูปแบบพื้นฐานของอุปกรณ์สร้างไอออนในชุดอิเล็กทรอนิกส์มาตรฐาน:

ประเภทเดสก์ท็อป (พัดลมเดี่ยว)

อุปกรณ์ประเภทโอเวอร์เฮด (ในยูนิตโอเวอร์เฮดเดียวมีพัดลมหลายชุด)

นอกจากนี้ยังมีเครื่องกำเนิดไอออนในร่ม แต่ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อทำความสะอาดสภาพแวดล้อมในห้อง

การเลือกขึ้นอยู่กับขนาดของพื้นที่ที่จะป้องกัน เดสก์ท็อป ionizer จะครอบคลุมพื้นผิวการทำงานเดียว ในขณะที่ ionizer เหนือศีรษะจะครอบคลุมสองหรือสาม ข้อดีอีกประการหนึ่งคือไอออไนเซอร์ยังสามารถป้องกันฝุ่นไม่ให้เกาะติดกับผลิตภัณฑ์แบบคงที่ ซึ่งอาจทำให้ลักษณะที่ปรากฏลดลง

อย่างไรก็ตาม หากไม่มีการทดสอบและติดตามประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ESD ตามปกติ ก็ไม่มีแผนการป้องกันใดที่สมบูรณ์แบบ ผู้เชี่ยวชาญด้านการควบคุม ESD และไอออไนเซชันชั้นนำรายงานตัวอย่างของผู้ผลิตที่ใช้อุปกรณ์ ESD ที่ล้มเหลว (และไม่มีประโยชน์) โดยไม่ทราบถึงความล้มเหลว

เพื่อป้องกันสถานการณ์นี้ นอกเหนือจากอุปกรณ์ ESD มาตรฐานแล้ว ซัพพลายเออร์ ESD ยังจัดให้มีการตรวจสอบคงที่ต่างๆ ซึ่งจะแจ้งเตือนโดยอัตโนมัติหากประสิทธิภาพการทำงานเกินข้อกำหนด จอภาพสามารถใช้เป็นหน่วยอิสระหรือเชื่อมต่อเข้าด้วยกันในเครือข่าย นอกจากนี้ยังมีซอฟต์แวร์เครือข่ายสำหรับการรวบรวมข้อมูลอัตโนมัติ ซึ่งแสดงประสิทธิภาพของระบบของผู้ปฏิบัติงานที่เกี่ยวข้องและเวิร์กสเตชันแบบเรียลไทม์

จอภาพสามารถลดความซับซ้อนในการวางแผน ESD โดยกำจัดงานประจำวันหลายอย่าง เช่น การตรวจสอบสายพานชามอย่างถูกต้องทุกวัน เครื่องสร้างประจุไอออนจะสมดุลและบำรุงรักษาอย่างเหมาะสม และจุดต่อลงดินของโต๊ะทำงานไม่เสียหาย

สรุปแล้ว

ขั้นตอนแรกในการป้องกัน ESD คือการประเมินอย่างถูกต้องว่ารายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ อาจทำให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถแก้ไขได้หากละเลย แผนที่มีประสิทธิภาพไม่ได้ต้องการเพียงแค่การใช้อุปกรณ์ป้องกัน ESD ที่มีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังต้องมีขั้นตอนการปฏิบัติงานที่เข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าพฤติกรรมของบุคลากรในโรงงานทุกคนบนพื้นดินนั้นปลอดภัยจาก ESD

แม้ว่าผู้ผลิตหลายรายจะใช้เครื่องทดสอบสายพานชามอัตโนมัติ แต่ก็มักจะเห็นว่าผู้ปฏิบัติงานผ่านการทดสอบหรือไม่ผ่านการทดสอบเนื่องจากสายพานของโถหลวมเกินไป ผู้ปฏิบัติงานหลายคนพยายามที่จะผ่านการทดสอบโดยเพียงแค่ถือเครื่องทดสอบไว้ใกล้ข้อมือด้วยมืออีกข้างหนึ่ง

อย่างไรก็ตาม ข่าวดีก็คือ ESD สามารถหลีกเลี่ยงได้ เวลาและต้นทุนที่ลงทุนในอุปกรณ์ที่เหมาะสมและการปรับปรุงขั้นตอนความปลอดภัยจะได้รับรางวัลเป็นอัตราการผ่านที่เพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกัน