כיצד למנוע פריקה אלקטרוסטטית (ESD)
כדי להילחם ביעילות ולמנוע ESD, יש להשתמש בציוד הנכון. הודות למגוון של התקני מניעת ESD, ניטור ויינון עוצמתיים-סגורים, ESD יכול להיחשב כעת כבעיית בקרת תהליכים.
פריקה אלקטרוסטטית (ESD) היא מקור מוכר אך לא מוערך לנזקים למעגלים ולרכיבים בהרכבה אלקטרונית. זה משפיע על כל יצרן, ללא קשר לגודל. בעוד שרבים מאמינים שהם מייצרים בסביבה -בטוחה של ESD, המציאות היא שנזק הקשור ל-ESD- ממשיך לעלות לתעשיית ייצור האלקטרוניקה בעולם מיליארדי דולרים מדי שנה.
מה זה בעצם ESD? פריקה אלקטרוסטטית (ESD) מוגדרת כפריקה (זרימת אלקטרונים) של מטען סטטי קיים (קבוע) בעבר (לא מספיק או עודף אלקטרונים). הטעינה יציבה בשני תנאים:
כאשר הוא "נתקע" בחפץ מוליך אך מבודד חשמלי, כמו מברג מתכת עם ידית פלסטיק.
כאשר הוא שוכן על משטח מבודד (כגון פלסטיק) ואינו יכול לזרום לעברו.
עם זאת, אם מוליך בעל מטען חשמלי גבוה מספיק (כגון מברג) מתקרב למעגל משולב (IC) בעל פוטנציאל הפוך, מתרחש "גישור" המטען, הגורם לפריקה אלקטרוסטטית (ESD).
ESD מתרחש מהר מאוד בעוצמה גבוהה במיוחד, בדרך כלל מייצר מספיק חום כדי להמיס את המעגל הפנימי של שבב מוליכים למחצה. תחת מיקרוסקופ אלקטרונים, זה נראה כמו חור קטן, מפוצץ- החוצה, הגורם לנזק מיידי ובלתי הפיך.
חמור עוד יותר הוא שרק בעשירית מהמקרים נזק זה גורם לכשל של כל הרכיב במהלך הבדיקה הסופית. ב-90% האחרים, נזק ל-ESD גורם רק לפגיעה חלקית-כלומר שהרכיב הפגוע עובר בדיקה סופית ללא זיהוי, רק מראה כישלון מוקדם בשדה לאחר המשלוח ללקוח. זהו תחום המוניטין והיקר ביותר עבור יצרן לתיקון כל פגמי ייצור.
עם זאת, הקושי העיקרי בשליטה על ESD הוא שהוא בלתי נראה אך מסוגל להזיק לרכיבים אלקטרוניים. פריקה שמייצרת "קליק" נשמע מצריכה טעינה גדולה יחסית של כ-2000 וולט, בעוד ש-3000 וולט יכול לייצר שוק חשמלי קטן, ו-5000 וולט יכול לייצר ניצוץ גלוי.
לדוגמה, רכיבים נפוצים כגון-אוקסיד-מוליכים למחצה-מתכתיים משלימים (CMOS) או זיכרון קריאה בלבד-ניתן לתכנות חשמלי (EPROM) עלולים להינזק מהפרשי פוטנציאל ESD של 250 וולט ו-100 וולט בלבד, בהתאמה, בעוד שרכיבים מודרניים יותר ויותר רגישים, כולל מעבדי פנטיום נהרסים כמו מעט מעבדים.
בעיה זו מורכבת מהפעילויות המזיקות המתרחשות מדי יום. לדוגמה, הליכה על רצפת מפעל ויניל מייצרת חיכוך בין משטח הרצפה לנעליים. התוצאה היא שעצם טעון טהור יכול לצבור מטען של 3 עד 2000 וולט, בהתאם ללחות היחסית של האוויר המקומי.
אפילו החיכוך שנוצר על ידי תנועה טבעית של עובד על שולחן עבודה יכול לייצר 400 עד 6000 וולט. אם עובדים מטפלים במבודדים בזמן פירוק או אריזה מחדש של PCB בקופסאות קצף או בניילון בועות, המטען נטו שיכול להצטבר על משטח הגוף של העובד יכול להגיע לכ-26,000 וולט.
לכן, כמקור עיקרי לסכנת ESD, כל הצוות הנכנס לאזור מוגן אלקטרוסטטי (EPA) חייב להיות מקורקע כדי למנוע הצטברות מטען, וכל המשטחים צריכים להיות מוארקים כדי לשמור על הכל באותו פוטנציאל, ולמנוע ESD מלהתרחש.
המוצרים העיקריים המשמשים למניעת ESD הם צמידים, עשויים מקורדרוי קטיפה ומשטחים מתפזרים או ריפוד-ששניהם חייבים להיות מוארקים כהלכה. עזרים נוספים כגון הנעלה או רצועות עקב וביגוד מתאים נועדו למנוע הצטברות ושימור של מטען נטו בזמן שצוות נע בתוך ה-EPA.
במהלך ואחרי ההרכבה, יש להגן על PCB גם מפני ESD מהובלה פנימית וחיצונית. מוצרי אריזת PCB רבים זמינים למטרה זו, כולל שקיות מיגון, קופסאות משלוח ועגלות ניידות. בעוד ששימוש נכון בציוד לעיל ימנע 90% מהבעיות הקשורות ל-ESD-, יש צורך בשכבת הגנה נוספת כדי להגיע ל-10% הסופיים: יינון.
הדרך היעילה ביותר לנטרל ציוד הרכבה ומשטחים שיכולים ליצור מטענים אלקטרוסטטיים היא להשתמש במיינן-במכשיר שמפריח זרימת אוויר מיוננת דרך אזור העבודה כדי לנטרל כל מטען שהצטבר על הבידוד.
טעות נפוצה היא שמכיוון שרצועות יד לובשות בתחנות עבודה, המטען על הבידוד באזור זה, כגון כוסות פוליסטירן או קופסאות קרטון, יתפוגג בבטחה. בהגדרה, מבודדים אינם מוליכים חשמל ולא ניתן לפרוק אותם אלא באמצעות יינון.
אם מבודד טעון נשאר ב-EPA, הוא ישדר שדה אלקטרוסטטי, וייצר מטען נטו על כל אובייקט קרוב, ובכך יגדיל את הסיכון לנזק ESD למוצר. בעוד שיצרנים רבים מנסים לאסור בידוד מה-EPA שלהם, גישה זו קשה ליישום. בידוד נפוץ כל כך בחיי היומיום-ממחצלות הקצף שבהן מפעילים יושבים בנוחות ועד דברים בכיסויי פלסטיק.
בשל השימוש במייננים, היצרנים יכולים לקבל נוכחות של בידוד מסוים ב-EPA שלהם. מכיוון שמערכות לייצור יונים מנטרלות כל העת כל הצטברות מטען שעלולה להתרחש על מבודדים, הן מהוות השקעה משתלמת עבור כל תוכנית ESD.
ישנם שני סוגים בסיסיים של מחוללי יונים במכלולים אלקטרוניים סטנדרטיים:
שולחן עבודה (מאוורר יחיד)
יחידה עילית (סדרה של מאווררים בתוך יחידה עילית אחת)
מחוללי יונים פנימיים זמינים גם הם, אך כיום הם משמשים בעיקר בסביבות חדרים נקיים.
הבחירה תלויה בגודל השטח שיש להגן עליו. מחולל יונים שולחני יכסה משטח עבודה יחיד ואחיד, בעוד מחולל יונים תקורה יכסה שניים או שלושה. יתרון נוסף הוא שמחוללי יונים גם מונעים הידבקות של אבק סטטי למוצרים, שעלול לפגום במראה שלהם.
עם זאת, אף תוכנית הגנה אינה שלמה ללא בדיקה וניטור נאותים של יעילות ציוד ESD. מומחי בקרת ויינון ESD מובילים דיווחו על דוגמאות של יצרנים המשתמשים בציוד ESD לא יעיל (ולכן חסר תועלת) מבלי להבין את כישלונו.
כדי למנוע זאת, בנוסף לציוד ESD סטנדרטי, ספקי ESD מציעים מגוון של התקני ניטור קבועים המזעיקים אוטומטית אם הביצועים חורגים מהגבולות שצוינו. ניתן להשתמש בצגים כיחידות עצמאיות או להתחבר לרשת. תוכנת רשת לרכישת נתונים אוטומטית זמינה גם היא, המספקת-תצוגות בזמן אמת של ביצועי המערכת עבור מפעילים ותחנות עבודה.
צגים יכולים לפשט את תכנון ה-ESD על ידי ביטול משימות שגרתיות רבות, כגון הבטחת מדידות קלטת יומיומיות נאותות, איזון מחולל יונים ותחזוקה נכונה, ונקודות הארקה של שולחן עבודה לא פגומות.
מַסְקָנָה
הצעד הראשון במניעת ESD הוא הערכה נכונה כיצד פרטים מינוריים לכאורה יכולים לגרום לנזק בלתי הפיך אם מתעלמים מהם. תוכנית יעילה דורשת לא רק שימוש בציוד אפקטיבי להגנה מפני ESD, אלא גם נהלי הפעלה קפדניים כדי להבטיח בטיחות ESD לכל הצוות ברצפת המפעל.
בעוד שיצרנים רבים משתמשים בבודקי סרטים אוטומטיים, נפוץ לראות מפעילים עוברים או נכשלים במבחן עקב סרט רופף. מפעילים רבים מנסים לעבור את המבחן פשוט על ידי אחיזת הבוחן קרוב לפרק היד בידם השנייה.
עם זאת, החדשות הטובות הן שניתן למנוע ESD. הזמן והכסף שהושקעו בציוד הנכון ובנהלי הבטיחות המשופרים ישתלמו עם שיעורי מעבר מוגברים.