静電気放電 (ESD) を防ぐ方法
ESD と効果的に闘い、防止するには、適切な機器を正しく使用する必要があります。さまざまな強力な閉ループ ESD 防止、監視、イオン化デバイスのおかげで、ESD はプロセス制御の問題と見なされるようになりました。-
静電気放電 (ESD) は、電子アセンブリにおける回路基板やコンポーネントへの損傷の原因としてよく知られていますが、過小評価されています。サイズに関係なく、すべてのメーカーに影響します。多くの人は ESD{2}} の安全な環境で製造していると信じていますが、現実には ESD- 関連の損傷により、世界のエレクトロニクス製造業界は毎年数十億ドルの損失を被り続けています。
ESDとは正確には何ですか?静電気放電 (ESD) は、以前に存在した (固定された) 静電荷 (不足または過剰な電子) の放電 (電子の流れ) として定義されます。充電は次の 2 つの条件下で安定します。
プラスチックのハンドルが付いた金属ドライバーなど、導電性ではあるが電気的に絶縁されている物体に「引っかかる」場合。
絶縁表面（プラスチックなど）上に存在し、絶縁表面を横切って流れることができない場合。
ただし、十分に高い電荷を帯びた導体 (ドライバーなど) が逆電位の集積回路 (IC) に近づくと、電荷の「ブリッジ」が発生し、静電気放電 (ESD) が発生します。
ESD は非常に急速に、非常に高い強度で発生し、通常、半導体チップの内部回路を溶かすのに十分な熱を発生します。電子顕微鏡で観察すると、これは小さな吹き抜けた穴のように見え、即時かつ不可逆的な損傷を引き起こします。-
さらに深刻なのは、この損傷によって最終テスト中にコンポーネント全体が故障するケースは 10 分の 1 のみであるということです。残りの 90% では、ESD 損傷は部分的な劣化のみを引き起こします。-つまり、損傷したコンポーネントは最終テストに検出されずに合格し、顧客への出荷後にフィールドでの早期故障が発生するだけです。これは、製造上の欠陥を修正するためにメーカーにとって最も評判が高く、コストがかかる領域です。
ただし、ESD を制御する際の主な困難は、ESD が目に見えないにもかかわらず、電子コンポーネントに損傷を与える可能性があることです。 「カチッ」という音が聞こえる放電には、約 2000 ボルトという比較的大きな充電が必要ですが、3000 ボルトでは小さな電気ショックが発生し、5000 ボルトでは目に見える火花が発生する可能性があります。
たとえば、相補型金属酸化物-酸化物-半導体（CMOS）や電気的にプログラム可能な読み取り専用メモリ（EPROM）などの一般的なコンポーネントは、それぞれわずか 250 ボルトと 100 ボルトの ESD 電位差によって損傷する可能性がありますが、Pentium プロセッサなど、ますます高感度になっている最新のコンポーネントは、わずか 5 ボルトでも破壊される可能性があります。
この問題は、毎日行われる有害な活動によってさらに悪化します。たとえば、ビニール工場の床の上を歩くと、床面と靴の間に摩擦が発生します。その結果、純粋に帯電した物体は、周囲の空気の相対湿度に応じて、3 ～ 2000 ボルトの電荷を蓄積する可能性があります。
作業台上での作業者の自然な動きによって生じる摩擦でも、400 ～ 6000 ボルトが発生する可能性があります。作業者が PCB を発泡箱や気泡緩衝材に開梱または再梱包する際に絶縁体を取り扱う場合、作業者の体表面に蓄積する正味電荷は約 26,000 ボルトに達する可能性があります。
したがって、ESD の危険の主な原因として、静電気保護区域 (EPA) に入るすべての人員は、電荷の蓄積を防ぐために接地する必要があり、すべての表面を接地してすべてを同じ電位に維持し、ESD の発生を防ぐ必要があります。
ESD を防ぐために使用される主な製品は、プラッシュ コーデュロイと放熱性の表面またはパッドで作られたリストバンドです。-両方とも適切に接地する必要があります。人員が EPA 内を移動する際の正味電荷の蓄積と保持を防ぐために、散逸性の履物やヒールストラップ、適切な衣服などの追加補助具が設計されています。
組み立て中および組み立て後も、PCB は内部および外部の輸送による ESD から保護する必要があります。シールドバッグ、輸送用ボックス、移動台車など、多くの PCB パッケージング製品がこの目的のために利用可能です。上記の機器を正しく使用すると、ESD 関連の問題の 90% が防止されますが、最後の 10% に到達するには、別の保護層であるイオン化が必要です。{3}}
静電気を発生させる可能性のある組立機器や表面を中和する最も効果的な方法は、イオナイザーを使用することです。{0}イオナイザーは、作業領域にイオン化された気流を吹き付け、絶縁体に蓄積された電荷を中和する装置です。
よくある誤解は、ワークステーションではハンドストラップが着用されているため、その部分のポリスチレンカップや段ボール箱などの断熱材の帯電は安全に消散するだろうというものです。定義上、絶縁体は電気を通さず、イオン化以外では放電できません。
帯電した絶縁体が EPA 内に残ると、静電界が放射され、近くの物体に正味の電荷が発生するため、製品への ESD 損傷のリスクが高まります。多くの製造業者が自社の EPA からの断熱材を禁止しようとしていますが、このアプローチを実行するのは困難です。断熱材は、オペレーターが快適に座る発泡マットからプラスチック製のカバーに至るまで、日常生活の中で広く普及しています。-
イオナイザーを使用しているため、メーカーは EPA にある程度の断熱材が存在することを受け入れることができます。イオン発生システムは絶縁体上で発生する可能性のある電荷の蓄積を継続的に中和するため、あらゆる ESD プログラムにとって価値のある投資となります。
標準的な電子アセンブリには、次の 2 つの基本的なタイプのイオン発生器があります。
デスクトップ（シングルファン）
オーバーヘッド ユニット (単一のオーバーヘッド ユニット内の一連のファン)
屋内用のイオン発生器も入手可能ですが、現在は主にクリーンルーム環境で使用されています。
どちらを選択するかは、保護する領域のサイズによって異なります。デスクトップ イオン発生器は単一の均一な作業面をカバーしますが、オーバーヘッド イオン発生器は 2 つまたは 3 つの作業面をカバーします。また、美観を損ねる静電気による塵埃の付着もイオン発生器によって防ぐことができるという利点もあります。
ただし、ESD 機器の有効性を適切にテストし監視することなしには、保護プログラムは完成しません。 ESD 制御およびイオン化の主要な専門家は、製造業者がその故障に気づかずに非効果的な (したがって役に立たない) ESD 装置を使用している例を報告しています。
これを防ぐために、標準の ESD 装置に加えて、ESD サプライヤーは、性能が指定された制限を超えた場合に自動的に警告を発するさまざまな常時監視装置を提供しています。モニターはスタンドアロン ユニットとして使用することも、ネットワークに接続して使用することもできます。自動データ収集用のネットワーク ソフトウェアも利用でき、オペレータやワークステーションにシステム パフォーマンスをリアルタイムで表示できます。-
モニターを使用すると、毎日の適切なテープ測定、イオン発生器のバランスと適切なメンテナンス、損傷のない作業台の接地点の確保など、多くの日常的なタスクを排除することで、ESD 計画を簡素化できます。
結論
ESD を防止するための最初のステップは、一見些細な点が、見落とされた場合に修復不可能な損傷を引き起こす可能性があることを正しく評価することです。効果的な計画には、効果的な ESD 保護装置の使用だけでなく、工場フロアのすべての従業員の ESD 安全性を確保するための厳格な操作手順も必要です。
多くのメーカーが自動テープ テスターを使用していますが、オペレーターがテープの緩みによってテストに合格または不合格になるのをよく見かけます。多くのオペレーターは、もう一方の手でテスターを手首の近くに握るだけでテストに合格しようとします。
それにもかかわらず、良いニュースは、ESD は予防可能であるということです。適切な機器と改善された安全手順に投資した時間と資金は、合格率の向上という形で報われます。