ЧЭСР (ESDS) — чувствительные к электростатическому разряду устройства.
УЗЭ (EPA) — участок, защищенный от ESD.
Электростатически проводящий — материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 10 2 Ом до 10 5 Ом, (электропроводный, токопроводящий).
Электростатически рассеивающий — материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 10 5 Ом до 10 11 Ом.
Слабозаряжающийся — материал с минимальной склонностью к трибоэлектрическому заряду, с поверхностным сопротивлением менее 10 11 Ом.
Электростатически экранирующий — материал, защищающий от электростатических разрядов вне EPA, с уровнем энергии при разряде 1000 В НВМ внутри материала 5 Ом до 10 11 Ом.
Изолятор — материал с поверхностным сопротивлением выше 10 11 ГОм.
Средство защиты называется антистатическим (ESD-approved), если оно защищает от:
Черным треугольником с неперечеркнутой рукой, заключенным тонкой линией сверху в полукруг, маркируются средства защиты от воздействия разрядов статического электричества (например, столешницы, стулья, упаковочные пакеты).
Согласно стандарту IEC60417 черным треугольником с желтой перечеркнутой кистью руки обозначаются объекты, чувствительные к воздействию разряда статического электричества. Этот же символ используется в качестве предупреждающего символа на табличках и наклейках, имеющих желтое поле и текстовую надпись, а также на маркерах границ зон антистатики (ленте и предупреждающих о входе /выходе из EPA табличках).
Мы все хорошо знакомы с электростатическим разрядом ESD (electrostatic discharge). Электростатический разряд иногда доставляет нам лишь неприятные ощущения, но для современных полупроводниковых приборов и компонентов несет смертельную опасность. Современный уровень развития микроэлектроники достиг невероятной плотности активных элементов в кристалле. Так, процессоры могут содержать сотни миллионов транзисторов.
При такой высокой степени интеграции современные компоненты и электронные устройства становятся очень чувствительными к электростатическим разрядам. Как признано ведущими производителями микроэлектроники, ежегодно теряются миллионы долларов из-за недостаточного соблюдения мер предосторожности от воздействия статического электричества. Известен факт, что после внедрения на производстве программы ESD-контроля, ведущие производители телекоммуникационного оборудования снизили потери от брака в два раза! К сожалению, приходится отметить, что многие отечественные производители микроэлектронных устройств, сервисные службы по обслуживанию телекоммуникационных систем и т. д. не применяют мер защиты от ESD в процессе работы. На первый взгляд кажется, что при прикосновении к электронной плате ничего не происходит, но разряд от руки человека может представлять смертельную опасность для микросхемы.
Человек, идущий по ковру, способен генерировать на теле 15 000 В! При этом разряда, который возникает при напряжении менее 3000 В, человек вообще не ощущает. Для некоторых современных микросхем потенциал в 30 В является смертельным.
Часто повреждение материалов, обусловленных электростатическим разрядом, не приводит к мгновенному выходу из строя электронного устройства, но, по истечении некоторого времени, устройство неожиданно выходит из строя. Это говорит о том, что в результате разряда могло произойти частичное разрушение тончайших элементов микросхемы. Вероятность ее выхода из строя в ближайшем будущем резко возрастает. Все это приводит к дополнительным материальным затратам на устранение неисправности, браку, гарантийному ремонту и, в конечном итоге, непременно скажется на торговой марке производителя.
Что же представляет собой современное производство, оборудованное средствами ESD-защиты? Это современное оборудование, технологии, материалы, комплектующие и, без сомнения, 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 бессмысленным все затраты на обеспечение ESD-защиты.
Мы все хорошо знакомы с электростатическим разрядом ESD (electrostatic discharge). Электростатический разряд иногда доставляет нам неприятные ощущения, но несет смертельную опасность для современных полупроводниковых приборов и компонентов. Современный уровень развития микроэлектроники достиг невероятной плотности активных элементов в кристалле. Так, современные процессоры Intel® Pentium® содержат более 200 000 000 транзисторов. При такой высокой степени интеграции современные компоненты и электронные устройства становятся очень чувствительными к электростатическим разрядам. Как признано ведущими производителями микроэлектроники, ежегодно теряются миллионы долларов из-за недостаточного соблюдения мер предосторожности от воздействия статического электричества. Известен факт, что после внедрения на производстве программы по ESD-защите и контролю, ведущие производители телекоммуникационного оборудования снизили потери от брака в два раза! К сожалению, приходится отметить, что многие отечественные производители микроэлектронных устройств, сервисные службы по обслуживанию телекоммуникационных систем и т. д. не применяют мер защиты от ESD в процессе работы. На первый взгляд кажется, что при прикосновении к электронной плате ничего не происходит, но рука человека может представлять смертельную опасность для микросхемы.
Человек, идущий по ковру, способен генерировать на теле 15 000 В!
При этом разряда, который возникает при напряжении менее 3500 В, человек вообще не ощущает. Для современных микросхем потенциал в 30 В является смертельным. Часто пробой тока разряда не приводит к мгновенному выходу из строя электронного устройства, но по истечении некоторого времени устройство неожиданно выходит из строя. Это говорит о том, что в результате разряда произошло частичное разрушение тончайшего проводника в микросхеме. Вероятность ее выхода из строя в ближайшем будущем резко возрастает. Все это приводит к дополнительным материальным затратам на устранение неисправности, брака, гарантийный ремонт и, в конечном итоге, непременно скажется на товарной марке производителя.
Что же представляет собой современное производство, оборудованное средствами ESD защиты? Это современное оборудование, технологии, материалы, комплектующие и, без сомнения, соблюдение мер по антистатической защите на протяжении всего производственного цикла от доставки комплектующих до отправки готовых изделий. Нарушение цепочки в каком-либо месте делает бессмысленным все затраты на обеспечение ESD защиты.
Не экономьте на качестве!
Схема типовой рабочей зоны, защищенной от статического электричества.
Термины и сокращения
ESD (electrostatic discharge)
разряд статического электричества
ЕРА (ESD protected area)
ESD-защищенная зона
electrostatic conductive
материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 100 Ом до 10 кОм, понимаемый применительно к ESD как проводящий (электропроводный, токопроводящий)
electrostatic dissipative
материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 10 кОм до 100 ГОм, называемый по терминологии ESD рассеивающим
insulator
материал с поверхностным сопротивлением выше 100 ГОм, называемый изолятором или диэлектриком
СРЕДСТВО ЗАЩИТЫ НАЗЫВАЕТСЯ АНТИСТАТИЧЕСКИМ (ESD-APPROVED), ЕСЛИ ОНО ЗАЩИЩАЕТ ОТ:
Внутри защищенной зоны не должно быть разностей потенциалов более 100 В/см.
Согласно стандарту IEC60417 черным треугольником с желтой перечеркнутой кистью руки обозначаются объекты, чувствительные к воздействию разряда статического электричества. Этот же символ используется в качестве предупреждающего знака на табличках и наклейках, имеющих желтое поле с черной линией по периметру и текстовую надпись, а также на маркерах границ зон антистатики (скотче и вывесках). Черным треугольником с неперечеркнутой рукой, заключенным тонкой линией сверху в полукруг, маркируются средства защиты от воздействия разрядов статического электричества (например, упаковочные пакеты).
Общее представление об антистатическом (ESD) оснащении производственных помещений.
Общее представление об антистатическом (ESD) оснащении производственных помещений
Автор: Шкарпеткин Вадим, svi@protehnology.ru
Некоторые эффекты статического электричества известны уже несколько тысяч лет. В последнее время их свойства были поняты и были использованы в своих интересах во многих приложениях. К сожалению, некоторые свойства статического электричества вызывают проблемы, особенно в электронной промышленности. Многие электронные компоненты и узлы, используемые в высокотехнологичных изделиях, могут быть повреждены в следствии внезапных перепадов статических электрических зарядов. Этот выпуск накопленной энергии называется Электростатический разряд или чаще всего называется ESD. Компоненты, которые могут пострадать от электростатического разряда, называются ESD чувствительные 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 с помощью привода для миниатюризации электронных устройств и увеличения рабочих скоростей. Устройства подвергаются ESD повреждению на каждом этапе от производства 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 являются персонал, предметы, изготовленные из общих полимерных материалов и технологического оборудования. ESD может повредить детали прямым контактом с заряженным источником или электрическими полями, исходящими от заряженных объектов, которые вызывают заряд на заземленных чувствительных элементах.
Что такое ESD (антистатическая) защита и почему она так важна?
Что же такое статическое электричество?
Это заряд, который накапливается в изоляторе, и остается там даже после полного отключения питания. Вот и получается, что это ток не постоянный, не переменный, а статический.
На сегодняшний день 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 же представляет собой современное производство, оборудованное средствами ESD-защиты?
Это современное оборудование, технологии, материалы, комплектующие и, без сомнения, 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 бессмысленным все затраты на обеспечение ESD-защиты.
Основные принципы ESD контроля
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.
Безопасность персонала
• 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 везде, где персонал может вступать в контакт с электрическими источниками.
Программа контроля ESD
• В соответствии с IEC 61340 5 2 повреждение от электростатического разряда является весьма реальным, но так как большая часть ущерба происходит ниже уровней, где человек может обнаружить разряд, фактор осведомленности жизненно важен. Обучение является одним из лучших способов достижения этой осведомленности и должно быть включено в качестве основной части любой структурированной процедуры обработки.
• В письменном плане контроля ESD должны быть установлены, документированы, внедрены, поддерживаются и проверены на соответствие 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 должен 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
Важным пунктом является напольное покрытие, 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.
На сегодняшний день применяются в основном три вида:
Токорассеивающий линолеум — обладает сопротивлением в пределах 10^8 Ом. Способность рассеивать электрический ток обеспечивается наличием в материале высокого содержания углерода. Данный вид покрытия может применяться в мед. учреждениях (рентген кабинет), серверных комната. Одним из наиболее качественных является производитель Polyflor серии SD и Finesse SD.
Токопроводящий линолеум — обладает самым низким сопротивлением, не более 10^5 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 применяются они в зависимости от технологических процессов на предприятии и на прямую зависят от видов работ и применяемого оборудования.
рис. 1 Антистатический линолеум DESCO EUROPE
рис. 2 Антистатический халат
рис. 3 Антистатические перчатки
рис. 4 Антистатические сабо
рис. 5 Ремешок заземления для обуви
Так же в основе любойESDзащиты находится Заземление.
Для защиты различных объектов необходимо обеспечить электрическую связь этих объектов 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 основных схемы заземления персонала:
— при сидячей работе оно осуществляется через металлические или эластичные браслеты,
— при стоячей работе и/или работе с перемещениями оно выполняется через напольное покрытие и специальную обувь.
Дополнительными средствами обеспечения ESD защиты и заземления персонала для обоих вариантов являются специальные халаты, шапочки, перчатки, напальчники, бахилы, маски (рис 2-3).
Вся одежда имеет определенные показатели ESD защиты, благодаря которым она может использоваться персоналом в том или ином технологическом процессе.
На пример ткань халатов должна иметь определённую плотность, % токопроводящей нити (на пример карбоновой), и указание кол-ва стирок, после которых халат теряет свои свойства. Тоже самое для перчаток и масок. Перед использованием необходимо каждый раз замерять проводимость.
Так же существует специальная антистатическая обувь для заземления персонала.
рис. 6 Ремешок заземления на носок для женской обуви
рис. 7 Браслет для электростатического потенциала металлический
рис. 8 Браслет для электростатического потенциала тканевый
рис. 9 Антистатический настольный коврик Desco Europe
Антистатическая обувь является надежным способом 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 и ремешки заземления для обуви на носок для женской обуви (рис 5 и 6).
Антистатический браслет предназначен для снятия электростатического потенциала с тела работника и таким образом предотвращения повреждения чувствительных элементов разрядами статического электричества.
Браслеты бывают тканевыми, металлическими и из термопластичного материала (рис 7 и 8).
Антистатические коврики позволяют обеспечить быстрое стекание электростатических зарядов, которые могут существенно повредить электронным компонентам и модулям при монтаже или ремонте радиоэлектронной аппаратуры, с рабочей поверхности.
Антистатический коврик состоит из двух слоев. Внешняя токорассеивающая сторона устойчивая 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.
На сегодняшний день компания Desco Europe является основным поставщиком ESD одежды и средств заземления посетителей на многих Европейский предприятиях, а также осуществляют 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 антистатической (ESD) мебели гарантирует контролируемое стекание статических зарядов как с самого рабочего места, так и с антистатических материалов, размещенных на нём. Применив в сочетании специальные стулья (на пример из полиуретана) исключает генерацию и удержание статического заряда на них. Для поддержания антистатических свойств мебели и стульев применяются специальные очистители, которые позволят удалить загрязнения и сохранить свойства материалов, из которых они изготовлены.
Крупнейшие компании, такие как IBM и HP, утверждают, что 25% всех неидентифицированных сбоев в электронике является результатом ESD. Чтобы максимизировать рентабельность инвестиций, наиболее страдающие области, операции и продукты должны быть идентифицированы первыми. Затем следует разработать и оценить корректирующий план. После корректировки плана необходимо установить ESD контроль и обеспечить контроль за качеством. Затем следует оценить эффективность плана и при необходимости уточнить план. Этот процесс следует повторять по мере необходимости до тех пор, пока качество и надежность не будут считаться приемлемыми для компании и их клиентов.
Сохраняя ESD контроль в процессе непрерывного контроля качества, можно отслеживать затраты на программу и итоговую рентабельность инвестиций, чтобы компания могла максимизировать общее значение программы.
Программа ESD-контроля и современные стандарты ESD-защиты
Каждый человек слышал или практически сталкивался с разрядами статического электричества ESD (Electro Static Discharge). Например, после управления автомобилем, приближая руку к металлической двери, Вы наверняка чувствовали разряд. Такой разряд характеризуется напряжением в несколько тысяч вольт. То, что для человека всего лишь досадное происшествие, может быть губительным для электронных устройств, чувствительных к статическому электричеству уже с напряжением в несколько сотен вольт в настоящий момент времени, и к десяткам вольт в недалеком будущем.
Любой современный человек пользуется в повседневной жизни изделиями, содержащими электронные компоненты. Комфортно, когда Вы обладаете легким, плоским и небольшим по размерам устройством. Однако у миниатюризации есть и обратная сторона. Чем меньше наши электронные помощники, тем миниатюрнее электронные компоненты, на которых они реализованы. В свою очередь, чем меньше компоненты, тем чувствительнее они к разрядам статического электричества.
Поэтому 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 Control Program).
Точка отсчета, или что такое современные стандарты по защите от ESD
Чтобы понять, как, куда и в каком направлении необходимо двигаться для решения проблем со статическим электричеством на Вашем предприятии, потребуется система координат. Такой системой координат в области являются четкие правила и рекомендации, оформленные в единый рекомендательный документ — стандарт. К сожалению, разрозненные отечественные стандарты в этой области не всегда соответствуют современному уровню развития электронных компонентов. Например, ГОСТ 4–83 «Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования» распространяется на средства коллективной защиты и средства индивидуальной защиты работающих от опасного и вредного воздействия статического электричества.
1) IEC «Электростатика. Раздел 5–1: защита электронных устройств от электростатики. Основные положения». Этот стандарт формулирует требования, предъявляемые к программе контроля ESD, и включает в себя следующие разделы:
Общие положения
Административные требования к программе контроля ESD
Технические требования к плану программы контроля ESD
Например, элементы контроля ESD подразделяются на:
Каждый из них достаточно подробно раскрыт для практической реализации на предприятии. На первый взгляд можно подумать, что браслет трудно подключить неправильно, вроде бы способ подключения тривиален и очевиден. Однако в моей практике проверок предприятий с программой нередко встречались странные, а иногда и вовсе нелепые способы подключения браслетов.
Стандарты в России и за рубежом
Как правило, международные стандарты имеют приоритет над национальными и применяются при аккредитации предприятий, сертификации продукции, ее экспорте, допуске предприятий для участия в конкурсе на получение заказа Тем не менее, в России рядом компаний, в том числе и нашей, планируется в ближайшие годы реализовать современные требования стандартов IEC по антистатической защите на основе разработки и внедрения соответствующих национальных стандартов системы ГОСТ Р. Обычно такой новый внутренний стандарт содержит аутентичный текст международного стандарта, с некоторыми дополнительными требованиями.
Измерение параметров ESD покрытия пола
Проводящие и снимающие статический заряд полы — один из основных и важнейших элементов в строительстве и функционировании производственных зон, защищенных от статического электричества — Electrostatic Protected Area (EPA).
В настоящее время на рынке активно предлагаются антистатические покрытия пола. Как правило, характеристики достигаются путем добавления проводящих компонентов в обычное коммерческое или промышленное покрытие. В этом случае важно четко соблюдать технологию, довольно часто нерадивые исполнители смешивают обычные и проводящие компоненты не в правильной пропорции, необходимой для покрытия пола. Предлагая «настоящее», «антистатическое» покрытие, нередко подтверждают свойства сомнительного вида сопроводительной документацией либо просто на словах.
Если Ваша компания планирует применить пола на значительной территории, очевидно, что необходимо быть полностью уверенным в правильном выборе. Это тем более актуально, если на пола впоследствии будет установлено сложное оборудование, например, производственные линии, конвейеры, установщики компонентов Один из профессиональных приборов для измерения поверхностного сопротивления покрытия:
Кто сейчас применяет программу в соответствии со стандартами IEC 61340-5-1/2
Предприятия, предоставляющие свои услуги в контрактном производстве, без наличия программы в принципе не могут поставлять свою продукцию на мировой рынок. Ни один из обладателей известных мировых брендов даже не будет рассматривать возможность сотрудничества с предприятием, не имеющим такой программы.
Производители, например, аэрокосмической или автомобильной отраслей промышленного производства, для которых надежность — это один из важнейших критериев качества выпускаемой продукции, просто не могут игнорировать отсутствие программы у поставщика электронных устройств. Действующая программа позволяет значительно, а в некоторых случаях в разы, снизить уровень брака.
Тем более актуальна защита от ESD для производителей микроэлектронных и полупроводниковых изделий, оперирующих сегодня нанометрами!
