Elektrostatik Deşarj (ESD) Nasıl Önlenir?
ESD ile etkili bir şekilde mücadele etmek ve önlemek için doğru ekipmanın doğru kullanılması gerekir. Bir dizi güçlü kapalı döngü ESD önleme, izleme ve iyonizasyon cihazı sayesinde, ESD artık bir süreç kontrol sorunu olarak değerlendirilebilir.
Elektrostatik boşalma (ESD), elektronik aksamdaki devre kartlarına ve bileşenlere yönelik tanıdık ancak hafife alınan bir hasar kaynağıdır. Boyutuna bakılmaksızın her üreticiyi etkiler. Birçoğu ESD{2}}güvenli bir ortamda üretim yaptıklarına inansa da gerçek şu ki ESD- ile ilgili hasarlar dünya elektronik imalat endüstrisine her yıl milyarlarca dolara mal olmaya devam ediyor.
ESD tam olarak nedir? Elektrostatik boşalma (ESD), önceden var olan (sabit) bir statik yükün (yetersiz veya aşırı elektronlar) boşalması (elektron akışı) olarak tanımlanır. Şarj iki koşulda stabildir:
Plastik saplı metal bir tornavida gibi iletken ancak elektriksel olarak yalıtkan bir nesneye "sıkıştığı" zaman.
Yalıtkan bir yüzeyin (plastik gibi) üzerinde bulunduğunda ve üzerinden akamadığında.
Bununla birlikte, yeterince yüksek elektrik yüküne sahip bir iletken (tornavida gibi) zıt potansiyele sahip bir entegre devreye (IC) yaklaşırsa, yük "köprülenmesi" meydana gelir ve elektrostatik deşarja (ESD) neden olur.
ESD, son derece yüksek yoğunlukta çok hızlı bir şekilde meydana gelir ve tipik olarak bir yarı iletken çipin iç devresini eritmeye yetecek kadar ısı üretir. Elektron mikroskobu altında bu, küçük, patlamış-bir delik gibi görünür ve anında ve geri döndürülemez hasara neden olur.
Daha da ciddi olanı, vakaların yalnızca onda birinde bu hasarın son test sırasında tüm bileşenin arızalanmasına neden olmasıdır. Geri kalan %90'da, ESD hasarı yalnızca kısmi bozulmaya neden olur; bu, hasarlı bileşenin son testten tespit edilemeyecek şekilde geçtiği ve yalnızca müşteriye gönderildikten sonra erken saha arızası gösterdiği anlamına gelir. Bu, bir üreticinin herhangi bir üretim hatasını düzeltmesi için en itibarlı ve maliyetli alandır.
Ancak ESD'yi kontrol etmedeki temel zorluk, görünmez olmasına rağmen elektronik bileşenlere zarar verebilecek kapasitede olmasıdır. Duyulabilir bir "tık" sesi üreten bir deşarj, yaklaşık 2000 voltluk nispeten büyük bir şarj gerektirirken, 3000 volt küçük bir elektrik şoku üretebilir ve 5000 volt ise gözle görülür bir kıvılcım üretebilir.
Örneğin, tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletkenler (CMOS) veya elektriksel olarak programlanabilir-salt okunur bellek (EPROM) gibi yaygın bileşenler, sırasıyla yalnızca 250 volt ve 100 voltluk ESD potansiyel farklarından zarar görebilirken, Pentium işlemciler de dahil olmak üzere giderek hassaslaşan modern bileşenler, 5 volt kadar küçük bir farkla bile yok edilebilir.
Bu sorun, günlük olarak meydana gelen zarar verici faaliyetlerle daha da artmaktadır. Örneğin bir vinil fabrikası zemininde yürümek, zemin yüzeyi ile ayakkabılar arasında sürtünmeye neden olur. Sonuç olarak, tamamen yüklü bir nesne, yerel havanın bağıl nemine bağlı olarak 3 ila 2000 volt arasında bir yük biriktirebilir.
Bir işçinin tezgah üzerindeki doğal hareketinin yarattığı sürtünme bile 400 ila 6000 volt üretebilir. İşçiler PCB'leri köpük kutularda veya balonlu ambalajlarda açarken veya yeniden paketlerken yalıtkanlarla temas ederse, işçinin vücut yüzeyinde birikebilecek net yük yaklaşık 26.000 volta ulaşabilir.
Bu nedenle, ESD tehlikesinin önemli bir kaynağı olarak, Elektrostatik Korumalı Alana (EPA) giren tüm personel, herhangi bir yük oluşumunu önlemek için topraklanmalıdır ve her şeyi aynı potansiyelde tutmak ve ESD'nin oluşmasını önlemek için tüm yüzeyler topraklanmalıdır.
ESD'yi önlemek için kullanılan başlıca ürünler, peluş fitilli kadifeden ve enerji tüketen yüzeylerden veya dolgulardan yapılmış bilekliklerdir-her ikisinin de uygun şekilde topraklanması gerekir. Enerji tüketen ayakkabılar veya topuk kayışları ve uygun giysiler gibi ek yardımcılar, personel EPA içinde hareket ederken net yükün birikmesini ve tutulmasını önleyecek şekilde tasarlanmıştır.
Montaj sırasında ve sonrasında PCB'ler ayrıca dahili ve harici taşımadan kaynaklanan ESD'ye karşı korunmalıdır. Bu amaç için koruyucu torbalar, nakliye kutuları ve mobil arabalar dahil olmak üzere birçok PCB ambalaj ürünü mevcuttur. Yukarıdaki ekipmanın doğru kullanımı ESD- ile ilgili sorunların %90'ını önleyecek olsa da, son %10'a ulaşmak için başka bir koruma katmanına ihtiyaç vardır: iyonizasyon.
Elektrostatik yük oluşturabilecek montaj ekipmanlarını ve yüzeyleri nötralize etmenin en etkili yolu, bir iyonlaştırıcı ({0}}yalıtım üzerinde biriken her türlü yükü nötralize etmek için çalışma alanına iyonize hava akışı üfleyen bir cihaz) kullanmaktır.
Yaygın bir yanılgı, iş istasyonlarında el kayışları takıldığından, o bölgedeki polistiren kaplar veya karton kutular gibi izolasyon üzerindeki yükün güvenli bir şekilde dağılacağıdır. Tanım gereği yalıtkanlar elektriği iletmezler ve iyonlaşma dışında deşarj edilemezler.
Yüklü bir yalıtkan EPA'da kalırsa, elektrostatik bir alan yayarak yakındaki nesneler üzerinde net bir yük oluşturacak ve böylece ürünün ESD'ye zarar verme riski artacaktır. Birçok üretici EPA'larında izolasyonu yasaklamaya çalışsa da bu yaklaşımın uygulanması zordur. Yalıtım, günlük yaşamda-operatörlerin rahatça oturduğu köpük şiltelerden, plastik kapaklı eşyalara kadar çok yaygındır.
İyonlaştırıcıların kullanılması nedeniyle üreticiler EPA'larında bir miktar yalıtımın varlığını kabul edebilirler. İyon üretim sistemleri, yalıtkanlarda meydana gelebilecek herhangi bir yük oluşumunu sürekli olarak nötralize ettiğinden, herhangi bir ESD programı için değerli bir yatırımdır.
Standart elektronik düzeneklerde iki temel tip iyon jeneratörü vardır:
Masaüstü (tek fan)
Tepegöz ünitesi (tek bir tepe ünitesi içindeki bir dizi fan)
İç mekan iyon jeneratörleri de mevcuttur ancak artık öncelikle temiz oda ortamlarında kullanılmaktadır.
Seçim, korunacak alanın büyüklüğüne bağlıdır. Bir masaüstü iyon jeneratörü tek, tek bir çalışma yüzeyini kaplarken, üst iyon jeneratörü iki veya üçünü kaplayacaktır. Diğer bir avantaj ise iyon jeneratörlerinin ürünlere statik toz yapışmasını da önleyerek ürünlerin görünümünü bozabilmesidir.
Ancak, ESD ekipmanının etkinliği uygun şekilde test edilmeden ve izlenmeden hiçbir koruma programı tamamlanmış sayılmaz. Önde gelen ESD kontrol ve iyonizasyon uzmanları, üreticilerin başarısızlığının farkına varmadan etkisiz (ve dolayısıyla işe yaramaz) ESD ekipmanı kullandığına dair örnekler bildirdi.
Bunu önlemek için, standart ESD ekipmanına ek olarak ESD tedarikçileri, performansın belirlenen limitleri aşması durumunda otomatik olarak alarm veren çeşitli sürekli izleme cihazları sunmaktadır. Monitörler bağımsız üniteler olarak kullanılabilir veya bir ağa bağlanabilir. Operatörler ve iş istasyonları için sistem performansının gerçek-zamanlı görüntülenmesini sağlayan, otomatik veri toplamaya yönelik ağ yazılımı da mevcuttur.
Monitörler, uygun günlük bant ölçümleri, iyon jeneratörü dengeleme ve uygun bakım ve hasarsız çalışma tezgahı topraklama noktaları gibi birçok rutin görevi ortadan kaldırarak ESD planlamasını basitleştirebilir.
Çözüm
ESD'yi önlemenin ilk adımı, görünüşte küçük ayrıntıların gözden kaçırıldığında nasıl onarılamaz hasarlara yol açabileceğini doğru bir şekilde değerlendirmektir. Etkili bir plan, yalnızca etkili ESD koruma ekipmanının kullanılmasını değil, aynı zamanda fabrikadaki tüm personelin ESD güvenliğini sağlamak için sıkı çalışma prosedürlerini de gerektirir.
Birçok üretici otomatik bant test cihazı kullansa da operatörlerin gevşek bant nedeniyle testi geçtiğini veya başarısız olduğunu görmek yaygındır. Birçok operatör, diğer eliyle test cihazını bileklerine yakın bir yerden tutarak testi geçmeye çalışır.
Yine de iyi haber ESD'nin önlenebilir olmasıdır. Doğru ekipmana ve iyileştirilmiş güvenlik prosedürlerine yatırılan zaman ve para, artan geçiş oranlarıyla karşılığını verecektir.