Cовтест АТЕ — ESD-контроль: методы обеспечения защиты изделий от электростатического воздействия на предприятиях радиоэлектронной промышленности

Людмила Чуйкова, инженер-технолог I категории службы технологического оборудования

Опубликовано в
«Технологии в электронной промышленности», № 3 от 2014 года.

Разработка производственных площадей EPA и соответствующих систем представляет собой одну из важнейших фаз обеспечения защиты от явлений ESD. Использование соответствующих материалов, применяемых как в критических условиях, так и в течение длительного времени, должно гарантировать эффективность систем защиты, сохраняя свои свойства на протяжении всего периода эксплуатации.

Рис. 1. Производственная площадь EPA

ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА

Выбор материалов и оборудования для помещений, защищенных от воздействия ESD в электронной промышленности — очень важный аспект, и в этой связи требования современных отечественных и зарубежных стандартов помогут как производителям, так и прежде всего, пользователям изделий, чувствительных к электростатическим разрядам.

Новые современные процессы производства и оборудование таят в себе дополнительный высокий ESD риск. Ведь действие ESD по силе и интенсивности можно сравнить, например, с ударом молнии (Рис. 2), а разряд напряжением 300 В является разрушительным для микросхемы.

Рис. 2. Действие ESD

Еще несколько лет назад производители интегральных микросхем и поставщики корпусов могли контролировать выход из строя компонентов в следствие ESD повреждения. Но с появлением бескорпусных микросхем на печатных платах, частота выхода компонентов из строя увеличилась, неисправности участились в сфере производства PCB, поверхностном монтаже, и вызванные ESD неисправности, часто путают с механическими повреждениями из-за их внешней схожести (Рис. 3, 4).

Рис. 3. Типичное ESDFOS повреждение Рис. 4. Данное повреждение часто квалифицируется как механическое

Причина кроется в том, что новые технологии привели к уменьшению толщины изоляционного слоя, что и вызвало увеличение процента ESD повреждений, которые при визуальном осмотре классифицируются как механические повреждения.

Выяснение достоверной причины подобных частых сбоев требует проведение точного и скрупулезного анализа, результаты которого дадут организации возможность рассмотреть вопрос о жёстком соблюдении ESD контроля и об оснащении производства необходимыми средствами защиты. Для правильного выбора и подтверждения той или иной причины возникновения повреждения широко используется методика для локального анализа поперечного среза СИП (Сфокусированный ионный пучок, англ. FIB). (Рис. 5).

Рис. 5. ESD повреждение, определённое при помощи СИП — поперечного среза.

Для данного повреждения типичны острые металлические шипы (дендриты), которые являются в дальнейшем причиной возникновения коротких замыканий. Нельзя не отметить, что другой важной причиной появления повреждений является большая скорость оборудования (высокая производительная способность), ведь в большинстве случаев контроль заземления оборудования проводится в основном в статическом состоянии, а не во время работы оборудования с наибольшей скоростью.

Рис. 6. Высокопроизводительное оборудование

Исходя из этого, современное производство должно предъявлять требование полной защиты от ESD FOS при высокой скорости производства.

При помощи оценки ESD /ESDFOS можно определить возможный риск во всех сферах производства и используемого оборудования. Кроме того, на производственном участке необходимо установить, соответствует ли заземление используемого оборудования и материалов требованиям производственного процесса. Если нет, то следует соответствующим образом изменить заземление, заменить материал или использовать ионизаторы.

Следует заметить, что полупроводниковая индустрия уже предприняла шаги по улучшению схемы защиты от электростатического разряда до 1кВ.

ESD ЗАЩИТА

Понятие критерия эквипотенциальности

Накопление статического заряда является очень серьезной проблемой не только в электронной, но и других отраслях промышленности, поскольку современные электронные устройства демонстрируют чрезвычайно сильную подверженность повреждению под действием статических разрядов. Такое накопление можно подавлять, увеличивая электропроводность материала, поэтому общепринятыми показателями эффективности антистатиков являются скорость спадания величины статического заряда и поверхностная проводимость. Следует заметить, что большинство современных антистатиков обладают рассеивающей способностью статического заряда по мере его накопления. Одна из задач для исключения повреждения от электростатического разряда (ЭСР) на предприятиях — необходимость устранения разности потенциалов между чувствительными к ЭСР элементами и другими проводниками, т. е. все проводящие и рассеивающие элементы должны соединяться с землёй или друг с другом, образуя эквипотенциальное соединение. Поверхность проводника в электростатике (электростатическом поле) является эквипотенциальной.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗДЕЛИЯ (СЕРТИФИКАЦИЯ) И ESD-АУДИТ

Требования к материалам для защиты ESD в среде, где совершаются действия с компонентами, платами и электронными сборками, действительно накладывают много ограничений. Следует всегда помнить, что всем известные средства защиты ESD, такие как токопроводящий пол, токоотводящая одежда и обувь, сегодня уже оказываются недостаточными!

Поэтому на предприятиях радиоэлектронной промышленности (Рис. 6) следует создать программу ESD-контроля, ввести классификацию изделия (сертификацию), провести ESD-аудит и постоянно проводить контроль и поддержание соответствия стандартам по ESD защите.

Рис. 7. Предприятие радиоэлектронной промышленности

В свою очередь сертификация должна производиться в точности с установленными методами испытаний, утвержденными стандартами по защите от явлений ESD.

Сегодня предлагаются различные материалы для ESD защиты, но, оказывается, не все из них могут использоваться в электронных процессах.

Возьмём некоторые процессы мониторинга и попробуем разобраться вместе.

КОНТРОЛЬ СООТВЕТСТВИЯ СТАНДАРТУ (ПОДДЕРЖАНИЕ СООТВЕТСТВИЯ)

Мониторинг и инспекционные проверки

Самые дорогостоящие решения могут оказаться неэффективными без соответствующего мониторинга. Для электронного производства примером является мониторинг элементов EPA (Таблица 1) и инспекционные проверки (Таблица 2).

Пример мониторинга EPA

Элемент	Периодичность контроля	Ответственный
Антистатические браслеты	ежедневно	Пользователь
Обувь	ежедневно	Пользователь
Параметры окружающей среды	ежедневно	Отдел качества
Рабочие поверхности	ежемесячно	Отдел качества
Ионизаторы	ежемесячно	Отдел качества

Пример инспекционной проверки ЕРА

Элемент	Периодичность контроля	Ответственный
Внутренний контроль	1 раз в три месяца	Отдел качества
Независимый аудит	Ежегодный / полугодовой	Координатор ESD

Для проведения мониторинга имеются коммерческие устройства, позволяющие производить периодические проверки эффективности системы защиты по методам, которые должны быть отражены в локальных программах ESD. Для уменьшения воздействия человеческого фактора, могут использоваться системы постоянного мониторинга, способные информировать пользователя при помощи звуковых и визуальных сигналов о возможных проблемах с заземлением.

Стандарты по защите от электростатических явлений IEC 61340-5-1 и ГОСТ Р 53734.5.1.-2009 определяют предельные значения, и методы испытаний изделий, применяемых для защиты ESD, указывают, что при работе с чувствительными к ESD изделиями персонал должен иметь заземление или эквипотенциальное соединение в соответствии с технологическими требованиями.

Перемещение человека в рабочей зоне является основной причиной формирования электростатического заряда, который приводит к напряжению человеческого тела, равному нескольким тысячам вольт.

Например, существуют 3 типа обуви ESD (Рис. 8), которая должна пройти квалификационную проверку изделия и использоваться для защиты от явлений ESD в соответствии со стандартом CEI EN 61340-4-3 (Таблица 3):

Рис. 8. Антистатическая обувь

Типы кондиционирования образцов и условия испытаний

стандарт CEI EN 61340-4-3

Класс среды для предварительного кондиционирования и измерения

Предварительное кондиционирование

Кондиционирование

Измерение

Класс 1: для процессов при 12% относительно влажности RH.

40 °C ± 3 °C

RH <15%

23 °C ± 2 °C

12% RH ± 3% RH

23 °C ± 2 °C

12% RH ± 3% RH

Класс 2: для процессов при 25% относительной влажности RH;

23 °C ± 2 °C

25% RH ± 3% RH

23 °C ± 2 °C

25% RH ± 3% RH

Класс 3: для процессов при 50% относительно влажности RH;

23 °C ± 2 °C

50% RH ± 5% RH

23 °C ± 2 °C

50% RH ± 5% RH

Примечание:Период кондиционирования, указанный в таблице 1, необязательно должно быть достаточным для приведения состояния образцов в соответствие с окружающей средой.

Таким образом, достигается компромисс между стоимостью испытаний и их точностью.

Предпочтительно оценивать характеристики в приблизительном соответствии и затем проводить серию измерений в диапазоне периодов кондиционирования.

h — длительность, С — температура, % RH — относительная влажность

Из таблицы 3 следует, что фактически обувь ESD 1-го класса предназначена для защиты в электронной среде, так как только обувь этого класса может гарантировать значение 100HBV в. условиях предельной относительной влажности, как это указано в действующих стандартах, которые применяются в качестве основной системы для заземления персонала и напольного покрытия ESD.

Согласно требованиям стандартов, при использовании системы «напольное покрытие-обувь», необходимо соблюдать следующие условия:

1. Общее сопротивление системы (от сотрудника через обувь и покрытие к заземляющему оборудованию) должно быть не менее 3,5×10⁷ Ом (Ω).

2. Максимальное создаваемое телом допустимое напряжение должно быть не менее 100В, общее сопротивление системы должно быть не менее 1×10⁹ Ом(Ω).

При разработке общей программы управления электростатическими разрядами (ЭСР-управление) на предприятии, необходимо сформировать план проверки, который должен содержать указания по оценке соответствия установленным пределам антистатической защиты.

Возможные для использования элементы ЭСР-управления даны в Таблице 4. Стоит обратить внимание, что некоторые технические элементы таблицы не имеют нижнего предела сопротивления и необходимо учитывать, что данное значение должно устанавливаться по безопасности. В этом случае необходимо принимать во внимание соответствующие требования действующих стандартов по защите от электростатических явлений.

Допустимые пределы, установленные стандартами и

интегрированные с требованиями пользователя

Система контроля ESD (МЭК 61340-5-1 и ГОСТ Р 53734.5.1.-2009)	Система защиты	Требуемый предел RT-RS (12% UR для сертификации)	Метод испытания
Пассивные системы	Эквипотенциальное соединение	<1×10⁹ Ω	МЭК 61340-5-1
Заземление персонала	Системы заземления	<1×10⁹ Ω >1×10⁴ Ω	МЭК 61340-5-1
	Сидячий персонал	<3,5×10⁷Ω	МЭК 61340-5-1
	Сидячий персонал (в перчатках)	<3,5×10⁷Ω (пользователь)	МЭК 61340-5-1
	Мобильный персонал	<3,5×10⁷Ω	МЭК 61340-4-5
	Пол — система человек-обувь	<3,5×10⁷Ω <1×10⁹Ω -<100 Вольт HBV	МЭК 61340-4-5
Защищенная зона	Рабочие поверхности, стеллажи хранения, шкафы-тележки	>1×10⁴Ω (пользователь) <1×10⁹Ohm	МЭК 61340-2-3 (9)
	Антистатические, кордные браслеты,	<1,0×10⁶Ω (или значение пользователя)	ANSI/ESD S1.1
	Обувь	<1×10⁸Ω	МЭК 61340-4-3
	Пол	<1×10⁹Ω	МЭК 61340-4-1(10)
	Контроль влажности (опция)	>30%	Local Program
	Одежда заземляемая	<1×10⁹Ω	МЭК 61340-4-9 (12)
	ESD халаты (антистатическая одежда)	<1×10¹²Ω	МЭК 61340-4-9 (12)
	Стулья	<1×10¹⁰Ω	МЭК 61340-2-3 (9)
	Ионизация	<50В напряжение смещения <20В ослабление (-1000 -100В в 20 сек)	МЭК 61340-4-7 (11)
	Инструменты-приборы	<1×10⁹Ω (пользователь) <1×10⁷Ω (пользователь)	МЭК 61340-5-1
	Бахилы	<1×10⁷Ω	МЭК 61340-5-1
Упаковка	Статически рассеивающий	>1×10⁵<1×10¹¹ Ω	МЭК 61340-2-3(9)
	Проводник	<1×10² Ω <1×10⁵Ω	МЭК 61340-2-3(9)
	Диэлектрик	<1×10¹¹ Ω	МЭК 61340-2-3(9)
	Экранирующий разряд (пакеты)	<50 нДж	МЭК 61340-4-8 (13)

Стандарты по защите от электростатических явлений оговаривают опасность применения диэлектриков, а при необходимости их использования рекомендуют следующие максимальные значения:

— электростатическое поле в месте, где используются чувствительные к ЭСР компоненты, не должно превышать 10 000 В/м;

— если электростатический потенциал, измеряемый на поверхности изоляторов, необходимых для работы, превышает 2000 В, то их размещает на расстоянии минимум 30 см от чувствительных к ЭСР компонентов.
Стандарты устанавливают максимальные значения ESD напряжения и электростатического поля в производственной зоне EPA, где присутствуют ESD незащищенные компоненты. Данные параметры определены для того, чтобы правильно использовать изоляционные материалы техпроцесса (таких изделий, как колодки, разъемы, ленты, этикетки и т. п.), которые в случае превышения определенных норм климата должны обрабатываться при помощи систем активной защиты (ионизаторов) (Рис. 10).

Рис. 9. Антистатические перчатки

Рис. 10. Промышленный ионизатор

Выбор систем защиты и материалов, используемых в EPA, имеет очень высокую важность. Поэтому важно направить выбор в сторону наиболее эффективного решения (путем сертификации «Классификация изделия» и ESD-аудита), прежде всего, способного обеспечить стабильную защиту на протяжении длительного времени (проверяется ответственным за ESD).

Рис. 11. Пример, демонстрирующий значение напряжения ESD в зоне EPA

Следует отметить, что не всегда специалисты предприятия имеют соответствующее оборудование (Рис. 11) и могут правильно оценить параметры окружающей среды, которые являются определяющим фактором для выбора материалов и изделий, а также не обладают достаточной подготовкой для проведения сертификационных испытаний и ESD-аудита. В данном вопросе помогут Сертифицированные IPC — тренеры (инженеры) по ESD аудиту.

Прежде всего, это высококвалифицированные специалисты компании, прошедшие обучение и получившие международные сертификаты IPC на право проведения ESD-аудита. Они помогут создать безопасные условия работы на предприятии.

Сертифицированные IPC — тренеры (инженеры) по ESD аудиту проводят внешний независимый ESD-аудит на соответствие стандартам Электростатики для оценки эффективности и корректировки программы ESD-контроля на предприятии (Рис. 12).

Рис. 12. Программа ESD-контроля на предприятии

На сегодняшний день ООО «Совтест АТЕ» обладает всеми необходимыми ресурсами для проведения ESD-аудита, начиная от полного оснащения современным тестовым оборудованием до опытных профессионалов, в совершенстве владеющих методикой измерения. Наши специалисты гарантируют высокий уровень компетентности, подтвержденный международными сертификатами IPC. Более того, все производственные помещения компании полностью оснащены антистатическим оборудованием, что говорит об успешном применении инновационных разработок в собственной работе. Также, помимо собственного производства, на счету ООО «Совтест АТЕ» успешное внедрение ESD-оборудование на многие российские предприятия, например ФГУП ПО «Октябрь».

Следует знать, что успешное прохождение сертификационных испытаний и ESD-аудита дает предприятию очевидное преимущество перед другими компаниями, работающими в данной отрасли. Кроме того, это помогает оптимизировать ресурсы предприятия, направленные на ESD-оснащение и оценить эффективность инвестиций.

Вложение	Размер
ESD-контроль.pdf	218.8 КБ

Получите подробную информацию о технических характеристиках, ценах и условиях поставки оборудования, направив официальный запрос с сайта.

28-072014 ESD-контроль: методы обеспечения защиты изделий от электростатического воздействия на предприятиях радиоэлектронной промышленности

28-07
2014
ESD-контроль: методы обеспечения защиты изделий от электростатического воздействия на предприятиях радиоэлектронной промышленности