Elektronik İmalatında ESD(Bant) Kontrolüne İlişkin Teknik Hususlar

ESD kontrolüne hakim olmak, yüksek üretim verimi elde etmek için her zaman kritik olmuştur ve önümüzdeki birkaç yıl içinde daha da önemli hale gelecektir.Sektör, personeli içeren manuel işlemlerde ESD güvenliği konusunda sağlam bir anlayışa sahip olsa da, otomatik uygulamalarda iyileştirme için yer vardır.Etkili olması için ESD kontrol programları, otomatikleştirilmiş taşıma ekipmanının yarının son derece hassas cihazlarını işleme kapasitesine sahip olmasını sağlamalıdır.

ESD'nin Maliyeti

ESD, elektronik ortamın neredeyse her alanında üretkenliği ve ürün güvenilirliğini etkiler.Son on yılda yapılan çabalara rağmen, ESD hala elektronik endüstrisine her yıl milyarlarca dolara mal oluyor.Endüstri uzmanları, tüm ürün kayıplarının tahmini olarak %8 ila 33'ünün ESD'den kaynaklandığını belirtiyor.Bu cihazların bireysel maliyeti, basit bir diyot için birkaç sentten karmaşık melezler için birkaç yüz dolara kadar değişmektedir.Bununla birlikte, ESD hasarı, yalnızca cihaz kaybından daha fazlasını etkiler.Üretim verimini, üretim maliyetlerini, ürün kalitesini ve güvenilirliğini, müşteri ilişkilerini ve nihayetinde karlılığı etkiler.

Günümüzün otomatikleştirilmiş tesisleri için, geleneksel ESD kontrol yöntemleri yeniden incelenmeli ve yeni yöntemler uygulanmalıdır.Otomatik montaj ekipmanı, saatte 4.000 ila 20.000 parça işleyebilir.Bu hızlarda, cihazları şarj etmesine izin verilen kötü tasarlanmış ekipman, çok kısa sürede büyük miktarda bileşene zarar verebilir.Belki daha da önemlisi, bir ESD olayı otomatik ekipmana zarar verebilir.

ESD, önemli miktarda elektromanyetik girişim (EMI) üretir.Bir ESD olayından kaynaklanan EMI, genellikle üretim ekipmanının çalışmasını kesintiye uğratacak kadar güçlüdür.Mikroişlemciler tarafından kontrol edilen ekipman, ESD olaylarından gelen EMI ile aynı frekans aralığında çalıştıkları için özellikle hasara karşı hassastır.Genellikle sistemdeki bir yazılım hatası veya aksaklık ile karıştırılan EMI, duruşlar, yazılım hataları, test ve kalibrasyon hataları ve yanlış kullanım gibi çeşitli ekipman çalışma sorunlarına neden olabilir.Hepsi önemli fiziksel bileşen hasarına neden olabilir ve üretim verimini etkileyebilir.EMI'nin etkileri doğada rastgele olma eğilimindedir ve odadaki ekipmanı etkileyebilir, ancak ESD olayının gerçekleştiği ekipmana dokunulmadan bırakılır.Bu, ESD olayının konumunun bulunmasını zorlaştırabilir.

ESD nedir?

Basitçe ifade edilen ESD, iki nesne arasında bir elektrostatik yükün hızlı transferidir.ESD, farklı potansiyellere sahip iki nesne birbiriyle doğrudan temas ettiğinde meydana gelir.Bir nesnenin yüzeyi negatif yüklü olmak için elektronlar kazandığında ve başka bir nesne pozitif yüklü olmak için yüzeyinden elektronları kaybettiğinde şarj olur.Triboelektrik şarj, iki nesnenin birbiriyle temas etmesi ve ardından ayrılmasından bir elektron transferi meydana geldiğinde meydana gelir.Cihazlarda ESD hasarının nedeni genellikle üç olaydan biridir: cihaza doğrudan elektrostatik deşarj;cihazdan elektrostatik deşarj;veya alan kaynaklı deşarjlar.Cihazların nasıl hasar gördüğünü karakterize etmek için kullanılan birkaç model vardır - İnsan Vücudu Modeli (HBM), Makine Modeli (MM), Şarjlı Cihaz Modeli (CDM) ve elektrik alanlarının cihazlar üzerindeki etkisi.Otomatikleştirilmiş bir montaj tesisinde, son üç model veya mod en büyük endişe nedenidir.

MM hasarı, bir makine bileşeni bir cihazdan boşaldığında meydana gelen hasardır.Otomatik montaj ekipmanı, cihazları montaj işlemi boyunca hareket ettirmek ve yönlendirmek için konveyörler gibi çeşitli yöntemler kullanır.Kötü ekipman tasarımı, elleçleme sistemlerinin sonunda cihazlardan boşalacak önemli yükler biriktirmesine neden olabilir.

Cihaz başka bir malzemeye boşaldığında CDM hasarı oluşur.Bir cihazda bir yük biriktiğinde, cihaz daha az şarjlı bir yüzeye temas ettirildiğinde cihaz üzerindeki bir iletken aracılığıyla dağılacaktır.

Elektrik Alanlarının (E-Alanların) veya bir elektrik yükünü çevreleyen alanın etkisi, yüklü bir cihazın polarize olmasına neden olabilir.Polarizasyon, cihazın zıt bir yüke deşarj olmasına ve iki deşarja veya eşitleme olayına neden olabilecek bir potansiyel farkı yaratır.

ESD'yi Tanımlama

HBM'nin neden olduğu ESD'yi önlemeye büyük önem verilirken, son çalışmalar belgelenen tüm hasarların %0,10'undan daha azının aslında ESD'ye duyarlı (ESDS) ürünlere temas eden topraksız personelden kaynaklandığını göstermiştir.

Çalışmalar, ESD hasarının %99,9'unun diğer modellerden, özellikle CDM'den kaynaklandığı sonucuna varmıştır.

Makinelere yerleştirilmiş ESD kontrolü önemlidir ancak sorunludur.Statik birikimi etkin bir şekilde kontrol etmek için hem MM hem de CDM ESD olayları önlenmelidir.Bir ESD kontrol programı geliştirmenin ilk adımı, ESD olaylarının nerede meydana geldiğini veya meydana gelme olasılığının tam olarak nerede olduğunu belirlemektir.Başlamak için iyi bir yer, iki temel soru sormaktır: birincisi, ekipman uygun şekilde topraklanmış mı;ve ikincisi, cihazları kabul edilebilir bir seviyenin üzerinde statik yük oluşturmayacak şekilde idare ediyor mu?Geleceğin cihazlarıyla çalışmaya tam olarak hazır olmak için, ekipmanın 50 V kadar düşük bir ESD toleransına sahip bileşenleri işleyebilmesi gerekir. Aşağıda, cihazları şarj ettiği bilinen belgelenmiş alanların bir listesi bulunmaktadır.

CDM ESD etkinliği

IC İşleyicileri.IC'ler, ekipmandan geçerken tipik olarak yüksek oranda şarj olur ve daha sonra normal çalışmanın bir parçası olarak boşalır.Son çalışmalara göre, IC işleyicileri CDM nedeniyle önemli verim kayıplarına neden olmuştur.

Bant ve Makara Bileşenleri.Makaralar üzerindeyken şarj edilen bileşenlerle ilgili sorunlar belgelenmiştir.

Jel Paketleri.Uygun ESD kontrol yöntemleri mevcut değilse, IC yongaları, yapışkan alt astardan kaldırıldığı için yüksek oranda yüklenebilir ve ardından pensler bunları çıkararak hemen boşalır.

Plastik Panellere Monte Edilen PCB'ler.PCB'leri muhafaza etmek için düzenli olarak kullanılan plastik paneller, tutulduklarında rutin olarak çok yüksek seviyelere kadar şarj olabilir ve ardından PCB'leri kendileri şarj edebilir.Gruplar daha sonra normal operatör kullanımı sırasında boşaltılır.

Test Soketleri.Normal çalışma, test soketlerinin şarj olmasına ve ardından cihazlara boşalmasına neden olabilir.

Test Prizlerinin Üzeri Plastik Kapaklar.Yüksek voltaj testleri sırasında operatörleri korumak için gereken büyük plastik kapaklardaki alanlar, genellikle test edilen cihazlara zarar verecek kadar güçlüdür.

ESD Oluşumunu Önleme

MM hasarını önlemek veya azaltmak için, ekipmanın hareket halindeyken uygun şekilde topraklanması çok önemlidir.Statik elektriğe duyarlı cihazlarla temas eden tüm ekipman parçaları, birikmiş yükü dağıtmak için yeterli bir topraklama yoluna sahip olmalıdır.İletken ve enerji tüketen yüzeylerin uygun şekilde topraklanması, makine bileşenlerinde statik yük birikmesini önler ve bunları yük oluşturan ESD olaylarının kaynağı olarak ortadan kaldırır.

Ancak tek başına topraklama, tüm CDM ESD olaylarının oluşmasını engellemez.Bileşen şarjı, çözülmesi çok daha zor bir problemdir, çünkü çoğu elektronik bileşen, tasarımlarının bir parçası olarak yalıtkanlar içerir.Yalıtım malzemeleri doğal olarak bir yük biriktirir ve malzemelerin topraklanması statik yükü kaldırmaz veya azaltmaz.Yükün kaldırılamadığı veya önlenemediği durumlarda, hava iyonizasyonu genellikle yalıtkanlar veya yalıtılmış iletkenler üzerindeki yükü nötralize etmenin en etkili yöntemidir.Otomatik ekipman olması durumunda, işlem odalarının içine hava iyonlaştırıcıları monte edilebilir.Belirli makineleri çevreleyerek ve içine iyonlaştırıcılar monte ederek mini ortamlar oluşturmak da başka bir seçenektir.

ESD Ölçüm Araçları

ESD karşı önlemleri alındığında, bunların düzgün çalıştığını doğrulamak önemlidir.ESD karşı önlemleri genellikle başarısız olacağından, ESD programının periyodik denetimleri yerine sürekli süreç izleme önerilir.Bu nedenle, arıza meydana gelirse ve ne zaman meydana gelirse, ESD hasarını önlemek için mümkün olan en kısa sürede tespit edilmelidir.

Ekipman parçalarına giden zemin yolunun bütünlüğünü doğrulamak ve makinelerin şarj cihazları olup olmadığını ölçmek için çeşitli test yöntemleri mevcuttur.En iyi ölçüm cihazlarını seçerken, ölçülecek güvenli şarj seviyesini göz önünde bulundurun ve bu aralıkta ölçüm yapabilen bir cihaz seçin.Ölçülecek alanın boyutunu ve ölçülecek nesnenin yüzeyi ile alet arasındaki aralığın sabit olup olmadığını not edin.

Otomatikleştirilmiş ekipmanın içindeki statik yükü belirlemek ve ölçmek belirli zorluklar sunar.Çoğu geleneksel yöntemle ilgili sorun, özellikle otomatikleştirilmiş ekipmana uygun olmamalarıdır.Çoğu, şarj edilen nesneyle doğrudan temas gerektirir veya cihazın nesneden çıkarılmasını gerektirir, bu da testi yapmak için ekipmanı çevrimdışına almayı gerekli kılar.Kayıp üretim süresini önlemek için, ekipmanın içindeki şarjları ölçmek için alternatif çözümler gereklidir.

Montajcılar, ekipmanın çalışmasını kesintiye uğratmadan statik yükü ölçmek için ekipmanın içine sensörler veya problar monte edebilir veya cihazların kendilerine statik olay dedektörleri (SED) monte edebilir.Aletlerin ekipmanın içine monte edilmesi için iki seçenek arasında statik sensörler ve özel elektrostatik voltmetreler ve küçük problu elektrostatik alan ölçerler bulunur.Statik sensörler, çok yüksek giriş empedansı devresi içerir ve otomatik ekipmanın içine monte edilebilir.Bu, işlem boyunca hareket ederken yüklü bir parça tarafından oluşturulan alanı ölçmelerine olanak tanır.İdeal olarak, sensör parçaya mümkün olduğunca yakın monte edilmelidir.Mevcut alanların geçersiz kılınmasını gerektirmediğinden, yüksek verimli makinelerde hareket eden parçalardaki yükleri ölçmek için idealdir.

Küçük problara sahip elektrostatik voltmetreler ve elektrostatik alan ölçerler, ekipman içi izleme için alternatif bir seçenek sunar.Sondalar, geçerken bileşenlerin üzerindeki yükü ölçmek için kritik konumlara yerleştirilebilecek kadar küçüktür.Ancak, doğru ölçümler yaptıklarından ve ekipmanın çalışmasına müdahale etmediğinden emin olmak için bunları monte ederken dikkatli olunmalıdır.Yüklü yüzeyin proba göre oryantasyonu ve parçanın boyutu, hızı ve probdan uzaklığı dahil olmak üzere çeşitli faktörler ölçümlerinin doğruluğunu etkileyebilir.SED'ler, bir devre kartına sığacak kadar küçük küçük sensörlerdir.

Bir ESD olayında akım darbesini ölçmek için tasarlanmıştır ve işletim ekipmanından geçerken optik olarak izlenebilirler.SED'ler, ekipmanın tehlikeli statik yük seviyeleri oluşturup oluşturmadığını doğrulamak için idealdir.Her biri farklı özelliklere sahip birkaç farklı tip mevcuttur.Ancak, bir ESD olayının gerçekten meydana gelip gelmediğini tespit etmek için birçoğunun cihazdan çıkarılması ve ayrı enstrümantasyona yerleştirilmesi gerekir.

ESD Ortamında Otomatik İzleme

Bir ESD olayı meydana gelirse, bir cihaz takip sisteminden sağlanan veriler, montajcıların hasarlı bileşenleri hızlı bir şekilde tanımlamasına ve etkiyi kontrol altına almasına yardımcı olabilir.Bir cihaz takip sistemi modelinde, cihazlara uygulanan barkodları (veya 2D kodları) okumak için üretim süreci boyunca çeşitli noktalara bir barkod okuyucu kurulur.Tipik olarak, barkod okuyucular, cihaz bir istasyona girmeden önce ve istasyondan çıktıktan sonra tekrar cihazdaki barkodları tarar.Bu, gerçekleştirilen prosedürün türünü, onu gerçekleştiren ekipmanı belgeler ve gerçekleştiği zaman için bir saat/tarih damgası ekler.

ESD izleme cihazları her türlü veriyi çıkarırken, barkod okuyucu her cihazın seri numarası ile cihazdan sağlanan veriler arasındaki tek bağlantıyı sağlar.Örneğin, bir ESD olayından kaynaklanan EMI nedeniyle ekipman kalibrasyonu değiştiğinde, cihaz izleme sisteminden oluşturulan veriler, ekipmanın kalibrasyonu değiştirildikten sonra hangi kartların hasar gördüğünü belirlemeye yardımcı olabilir.Önemsiz veriler nedeniyle artık tüm partileri çekmek, hurdaya çıkarmak veya yeniden işlemek gerekli değildir.

Bir barkod okuyucu seçerken, ESD olayları için ek risk oluşturmadığından emin olmak için dikkatli bir şekilde düşünülmelidir.Baskılı devre kartları, entegre devreler ve diğer elektriksel olarak hassas bileşenler, yerden tasarruf etmek için tipik olarak küçük, yüksek yoğunluklu barkodlar kullanır ve bu da bazı okuyucuların uzaktan tarama yapmasını zorlaştırır.Yakın tarama kullanıldığında, barkod okuyucu, iletken olmayan bir yüzeyde kullanılıp kullanılmadığına bağlı olarak statik bir yük oluşturabilir.Okuyucunun kendisi bir yük oluşturmuşsa ve hassas bir bileşenle yakınlaştırılırsa, bileşene potansiyel olarak zarar veren bir ESD olayı meydana gelebilir.Bazı üretim ortamları, tarayıcıyı özel bir anti-statik sprey uyguladıktan sonra monte ederek bir geçici çözümden yararlanır, bu da kendi riski değildir.

İlk olarak, maksimum etkinlik için kaplama alanı tamamen kaplamalıdır;açıkta kalan alanlar risk altında kalır.Ek olarak, antistatik spreyler zamanla aşınabilir ve zamanında değiştirilmesini gerektirebilir.Bir spreyin etkinlik süresinin doğru bir ölçümü olmadan, şirketler ya çok fazla uygulayarak para harcarlar ya da bileşenlerini korumasız bir ortamda kullanarak riske atarlar.Alternatif bir çözüm olarak, minyatür barkod okuyucular artık maksimum ESD güvenliği için benzersiz bir nikel kaplama ve ESD'ye dayanıklı etiketlerle sunuluyor.Bu üniteler 8kV'a kadar deşarjlar için derecelendirilmiştir ve 10 * 10-9 Ω/inç²'den daha düşük bir yüzey direncine sahiptir.

ESD İşleme Yeteneklerini Değerlendirme

ESD Derneği'nin 2005'te yayınlanan Teknoloji Yol Haritasına göre, cihazlarda ESD'ye karşı duyarlılık düzeylerinin o kadar düşmesi bekleniyor ki, montajcıların yeni düzeylerin üstesinden gelebilmelerini sağlamak için hızlı hareket etmeleri gerekiyor.Elektrostatik Deşarj Programının Geliştirilmesi için ESD Birliği Standardı olan ANSI/ESD S20.20'ye göre sertifikalandırılmış montajcılar, yarının hassas cihazları için hazırlık çalışmalarının çoğunu zaten yapmış durumda.Otomatikleştirilmiş ekipmanlarının voltaj kapasitesinden emin olmayan üreticiler için ESD yol haritası aşağıdakileri sağlar:

Tesisin işleme süreçlerinin ESD kontrol yeteneklerini belirleyin.

Hassas cihazlara temas eden tüm iletken armatürlerin veya aletlerin topraklandığından emin olun.

Cihazlarda indüklenen maksimum voltajın 50 V altında tutulmasını sağlayın.

S20.20'de özetlenen gereksinimlerin izlenmesi, yöneticilerin tesislerinde monte edilen bileşenlerin hassasiyet seviyelerini değerlendirmelerine ve teslim alma ve envanterden montaj, test, yeniden işleme ve nakliyeye kadar sürecin her aşamasında ESD sorunlarını belirlemelerine yardımcı olacaktır.Yöneticiler, uygun ESD karşı önlemlerini kullanarak, tesislerinin kapasitelerini voltaj düzeyine göre ifade etmek için kendilerine sunulan verilere sahip olacaklardır.

Çözüm

Tüketici elektroniği endüstrisi, son birkaç yılda olağanüstü bir büyümeye tanık oldu.Endüstri analistleri, bu büyümeyi kısmen daha önce ayrılmış dijital tabanlı ses, video ve bilgi teknolojisi pazarlarının son teknoloji elektronik cihazlar yaratmak için yakınlaşmasına bağladılar.Bu cihazlar hızla yeni yetenekler kazandıkça, ESD hassasiyetlerini de neredeyse aynı hızla artırıyorlar.Yarın elektronik üretiminde rekabet edebilmek için, tesislerin bugün ESD kontrolünde ustalaşmaya yönelik çalışması gerekiyor.