Оптимальная организация рабочего места. Статическое электричество: проблемы и пути их решения

Вячеслав Гуреев

Еще каких-нибудь 5–10 лет назад многие наши предприятия, занимающиеся производством микроэлектроники, и помыслить себе не могли, что им придется столкнуться с проблемой статического электричества в том аспекте, в котором она существует сейчас. Конечно, проблема эта существовала с момента появления электронной промышленности, но если в других промышленно развитых странах еще 25 лет назад производители электроники, столкнувшись с ней, начали искать пути решения, то в России должного внимания этому не уделялось. Только в последнее время при выполнении монтажных работ в электронике, особенно в микроэлектронике, антистатическим качествам оборудования, инструментов и одежды стали придавать большое значение.

Суть проблемы заключается в том, что если недооценить силу воздействия статического электричества, оно может нанести большой ущерб чувствительным компонентам. Введя минимальный набор мер по защите от статического электричества, производитель может значительно улучшить качество произведенной продукции, что в конечном итоге снизит издержки производства и повысит его репутацию. В настоящее время невозможно игнорировать средства антистатической защиты на электронном производстве в силу уязвимости микросхем к повреждению их статическим электричеством.

Несмотря на то что электростатический заряд не несет большого количества энергии, высокая разность потенциалов способствует образованию токов, достаточных как для мгновенного выхода из строя чувствительных электронных компонентов, так и для внутримолекулярного повреждения их кристаллической решетки, что, в свою очередь, ведет к изменению их свойств и параметров микросхем. Это может стать причиной сокращения срока эксплуатации последних.

Для большей части изделий микроэлектроники статический заряд в 5000–10 000 В является губительным. Монтажник, если в его одежде присутствуют синтетические и шерстяные ткани, создает электрический заряд порядка 1000–5000 В. Потрескивание и искрение одежды характеризует статический разряд более 5000 В. Обувь, имеющая резиновую подошву, является хорошим диэлектриком, и это способствует накоплению на теле человека высокого — до 35 000 В — электростатического потенциала. При выполнении целого ряда операций возникает необходимость «заземлить» работника, снять с него статическое электричество без вреда для его здоровья, так как прямое заземление при пробое напряжения (например, в случае неисправной проводки) может привести к поражению электрическим током. Эта задача осуществляется с помощью токопроводящих материалов с сопротивлением не менее 1 МОм/м. По международной номенклатуре, материалы, имеющие подобные свойства, маркируются значком «кисть руки в черном треугольнике на желтом поле» и/или буквами «ESD» (Electrostatic Discharge).

Антистатическими свойствами должны обладать паяльные станции, монтажные инструменты, приборы, материалы, мебель и системы для хранения компонентов, тележки для транспортировки продукции, спецодежда, обувь и др.

Самым простым решением антистатического исполнения рабочего пространства является оборудование его специальным антистатическим ковриком из токопроводящего материала размером примерно 600Ч1000 или 500Ч900 мм. Коврик заземляется через проводник сопротивлением не менее 1 МОм/м. На руку работнику надевается металлический или эластичный браслет, соединенный с ковриком или с коробкой заземления спиральным проводом (для удобства и свободы манипуляций) сопротивлением не менее 1 МОм.

Спецодежда с ESD-маркировкой для работы в зоне антистатической защиты выполняется из ткани, содержащей 96 % хлопка и 4 % проводящего волокна, обеспечивающего сопротивление около 3 МОм/м. Число ее стирок без нарушения антистатических свойств — не менее 50. Обувь должна быть на основе натуральной кожи с сопротивлением не более 3,5 МОм. При отсутствии специальной обуви используются заземляющие ремешки для обеспечения «стекания» заряда с лодыжечной части ноги человека на покрытие пола, также может использоваться антистатический стул, ножной браслет и антистатический напольный коврик.

Самым высоким требованиям антистатического обеспечения отвечают следующие условия: рабочее место оборудуется мебелью антистатического исполнения, пол покрывается антистатическим линолеумом, а работнику выдаются антистатические перчатки, одежда и обувь. Все антистатические материалы должны отвечать требованиям DIN EN 100 015 и EC (6)1340-5-1/5-2 106-107. Немаловажную роль в процессе производства имеет конечная упаковка продукции. Несоблюдение норм и требований по антистатическому хранению компонентов, плат и других изделий может «перечеркнуть» труд всего коллектива. Одним из способов решения этой задачи является использование пакетиков и коробок из антистатического материала.

Пакетики, разнообразные по размерам, изготавливаются из полимерного материала, обладающего антистатическими свойствами. Они могут быть прозрачными, черными и металлизированными. С целью предохранения чувствительных изделий от любых механических воздействий выпускаются «пузырчатые» пакетики.

На определенном этапе производства возникает вопрос складирования комплектующих элементов, инструментов, готовой продукции. Эта проблема решается с помощью разнообразных систем хранения, сделанных из металла, прозрачного или цветного небьющегося пластика, при необходимости выполненных в антистатическом исполнении. Наиболее простые элементы системы хранения — это лотки, ячейки и ящики. Они имеют различную форму, габариты и цвет, что значительно облегчает не только складирование, но и сортировку.

Ячейки или лотки, собранные в небольшие металлические шкафчики, традиционно называются «кассетницами» или «кассами». В «кассетницах» могут быть укомплектованы как одинаковые, так и различные ячейки. Сами же «кассетницы» могут быть установлены на горизонтальной поверхности или закреплены на стене. Для удобства размещения большого количества могут быть использованы поворотные стойки, на которых одновременно устанавливаются от 2 до 12 «кассетниц». Более крупные ящики и лотки устанавливают в стеллажах. Односекционный стеллаж имеет высоту 2000 мм, длину 1000 мм и ширину (глубину) 400, 500 или 600 мм с соответствующей нагрузкой на полку 150, 180 и 200 кг. При необходимости типовое (6 шт.) количество полок может быть увеличено.

Стеллаж-приставка шириной 1000 мм позволяет создать комбинированную систему стеллажей практически неограниченной длины.

В некоторых случаях стеллаж оборудуется задней и боковыми стенками, а также двустворчатыми дверцами с замком.

Таким образом, любому производителю электроники рано или поздно придется столкнуться с проблемой статического электричества. Чем более подготовленным он будет, чем лучше он будет «вооружен» средствами антистатической защиты, тем меньше будет сказываться это влияние на качестве продукции. В любом случае, при желании выпускать продукцию мирового качества, требования по защите от статического электричества в процессе производства должны соблюдаться неукоснительно.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.clever.ru.

Сергей Орлов

Электростатика под контролем

Хотя об опасном действии статического электричества известно много, то, что вы слышали о контроле за статикой, не всегда может оказаться правдой. По мере снижения геометрических размеров электронных компонентов и повышения их чувствительности угроза разрушения и ухудшения параметров под воздействием электростатического разряда (ЭСР) становится все заметнее. Человек не может почувствовать статический потенциал ниже примерно 3000 В. Вместе с тем просто пройдитесь по ковру, даже при влажности в 65 % — и на вас будет сгенерирован потенциал в 1500 В, более чем достаточный, чтобы вывести из строя большинство из современных компонентов. Довольно трудно обеспечивать защиту от чего-то, что ты сам не чувствуешь, не слышишь и не видишь, однако проблема усугубляется тем фактом, что большая часть из того, что вы могли слышать о защите от статики или контроле статики, — неправда. Данная статья имеет своей целью развеять ряд существующих мифов и показать пути реализации эффективного управления статикой на примере продукции фирмы 3M.

Статическое электричество и электронные изделия: мифы и факты

Миф: Прикоснуться к корпусу оборудования, чтобы заземлить себя перед началом работы — достаточная мера предосторожности.

Факт: Прикосновение к неокрашенному корпусу оборудования лишь снимает имеющийся заряд. Это не препятствует накоплению нового. Пару раз переступите с ноги на ногу или просто возьмите чашку кофе — и на вас уже накопится потенциал, достаточный для повреждения любой платы, к которой вы прикоснетесь. Только ношение антистатического браслета способно снять имеющийся заряд и предотвратить накопление нового.

Миф: Электронные компоненты, смонтированные на печатную плату, более не подвержены риску статического пробоя.

Факт: Проводники печатной платы и выводы компонентов могут действовать как антенны, направляющие статический разряд прямо на компонент.

Гораздо легче защититься от статического разряда антистатическим браслетом, чем стараться не коснуться выводов компонентов или проводников печатной платы, когда вы с ней работаете.

Миф: Только платы с КМОП-компонентами требуют защиты от статики.

Факт: Хотя КМОП-схемы действительно составляют большинство из используемых ныне устройств, многие другие типы ИС столь же, если не более, чувствительны к статическому электричеству.

Миф: Если после неправильного обращения плата протестирована как «хорошая», то она не была повреждена.

Факт: Исследования доказывают, что микросхемы могут частично повреждаться («деградация параметров») при статическом потенциале ниже того, который вызывает катастрофический отказ. Хотя и со сниженными параметрами, такие компоненты при тестировании могут все же показать параметры, лежащие в пределах ТУ, — лишь затем, чтобы отказать или выдавать сбои при работе.

Миф: Транспортировка и хранение печатных плат в антистатических полиэтиленовых пакетах обеспечивает полную и эффективную антистатическую защиту.

Факт: Пакеты из специального «розового полиэтилена» не обеспечивают полной антистатической защиты своего содержимого. Антистатические свойства таких пакетов препятствуют возникновению статического заряда из-за трения (трибоэлектричество), однако проводящие свойства таких материалов слишком плохи для того, чтобы обеспечить экранировку от статического поля. Антистатические материалы при отсутствии других мер не в состоянии предотвратить повреждение из-за статики.

Миф: Местные антистатики (аэрозоли, мази, пасты и т. п.) обеспечивают полную и постоянную защиту от статики.

Факт: Действие большинства антистатиков основано на удалении влаги из воздуха, что снижает электропроводность поверхности, на которую они нанесены.

Их эффект изменяется в зависимости от условий окружающей среды и снижается при понижении влажности. Они наименее эффективны тогда, когда необходимость в антистатической защите наибольшая. Электропроводность, создаваемая антистатиками, слишком низкая, чтобы обеспечить электростатическую экранировку, и не дает защиты от разрушающего воздействия статических полей. Кроме того, местные антистатики недолговечны — они улетучиваются. А процесс их нанесения оставляет незащищенные участки.

Миф: Защита от статики требуется только для электронного оборудования, установленного на ковровом покрытии.

Факт: При ходьбе по ковровому покрытию генерируется гораздо больший потенциал, чем при ходьбе по кафельному полу, однако и в последнем случае генерируемый потенциал все еще значительно превышает безопасный для большинства ИС уровень.

Миф: Поддержание высокого уровня влажности вокруг электронного оборудования устраняет проблему статики.

Факт: Хотя высокая влажность снижает генерацию статического заряда, она не блокирует ее полностью, и накапливаемый при этом уровень все еще превышает порог для большинства изделий. Однако в современных условиях повсеместного кондиционирования воздуха найти или поддерживать высокую влажность — вещь нетрадиционная.