Considerações técnicas para controlar ESD (fita) na fabricação da eletrônica

Dominar o controle do ESD foi sempre crítico a conseguir rendimentos altos da produção, e tornar-se-á ainda mais importante nos próximos anos. Quando a indústria tiver uma compreensão contínua da segurança do ESD nas operações manuais que envolvem pessoais, há o espaço para melhoramentos em aplicações automatizadas. Para ser eficazes, os programas de verificação do ESD devem assegurar-se de que o aparelho de manutenção automatizado seja capaz de segurar dispositivos altamente sensíveis de amanhã.

O custo do ESD

O ESD impacta a produtividade e a confiança de produto em virtualmente cada aspecto do ambiente eletrônico. Apesar do esforço fez ao longo da última década, ESD ainda custa a biliões da indústria eletrónica de dólares cada ano. Os peritos da indústria atribuem uns 8 calculados a 33% de todas as perdas do produto a ser causadas pelo ESD. O custo individual destes dispositivos ele mesmo varia de alguns centavos para um diodo simples a várias centenas dólares para híbrido complexos. Contudo, dano do ESD afeta mais do que apenas a perda de dispositivos. Afeta rendimentos da produção, custos de fabrico, qualidade de produto e confiança, relacionamentos do cliente, e finalmente, rentabilidade.

Para facilidades automatizadas de hoje, os métodos convencionais do controle do ESD devem ser reexaminados e os métodos novos aplicaram-se. O equipamento automatizado do conjunto é capaz de processar 4.000 a 20.000 componentes um a hora. Nestas velocidades, o equipamento mal apresentado que é permitido carregar dispositivos pode danificar grandes quantidades de componentes em uma quantidade de tempo muito curto. Talvez ainda mais importante, um evento do ESD pode por sua vez danificar o equipamento automatizado.

O ESD gera uma quantidade significativa da interferência eletromagnética (IEM). O IEM que resulta de um evento do ESD é frequentemente poderoso bastante interromper o funcionamento do equipamento de produção. O equipamento controlado pelos microprocessadores é especialmente susceptível danificar porque se operam na mesma escala de frequência que o IEM dos eventos do ESD. Confundido frequentemente por um erro de software ou por um pulso aleatório no sistema, o IEM pode causar uma variedade de problemas de funcionamento do equipamento, tais como paradas, erros de software, testes, e irregularidades da calibração assim como maltratá-los. Todos podem causar dano componente físico significativo e afetar rendimentos da produção. As influências do IEM tendem a ser aleatórias na natureza e podem afetar o equipamento através da sala, mas saem do equipamento onde o evento do ESD ocorreu sem tocar. Isto pode fazer o lugar do evento do ESD difícil localizar.

Que é ESD?

O ESD, indicado simplesmente, é transferência rápida de uma carga eletrostática entre dois objetos. O ESD acontece quando dois objetos de potenciais diferentes entram o contato direto um com o otro. Resultados de carregamento quando elétrons dos ganhos da superfície de um objeto a tornar-se negativamente - carregado e um outro objeto perde elétrons de sua superfície para se tornar positivamente - carregados. O carregamento Triboelectric ocorrer quando resultados de transferência do elétron de dois objetos que entram o contato um com o otro e que separam então. Um de três eventos é geralmente a causa de dano do ESD aos dispositivos: descarga eletrostática direta ao dispositivo; descarga eletrostática do dispositivo; ou o campo induziu descargas. Há diversos modelos usados para caracterizar como os dispositivos são danificados – o modelo do corpo humano (HBM), o modelo de máquina (milímetro), o modelo carregado do dispositivo (CDM), e o efeito de campos elétricos em dispositivos. Em uma facilidade automatizada do conjunto, os últimos três modelos ou modos são a causa a maior do interesse.

O milímetro de dano é o que acontece quando um componente da máquina se descarrega através de um dispositivo. O equipamento automatizado do conjunto usa uma variedade de métodos tais como transportes para mover e guiar dispositivos com o processo de conjunto. O projeto pobre do equipamento pode fazer com que os sistemas de manipulação acumulem as cargas significativas que se descarregarão eventualmente através dos dispositivos.

Dano de CDM ocorre quando o dispositivo se descarrega a um outro material. Quando uma carga se acumula em um dispositivo, dissipar-se-á através de um condutor no dispositivo quando o dispositivo é colocado em contato com uma superfície com pouca carga.

A influência de campos elétricos (E-campos), ou o espaço que cerca uma carga elétrica, podem fazer com que um dispositivo carregado polarize. A polarização cria uma diferença do potencial, que possa fazer com que o dispositivo se descarregue a uma carga oposta, causando dois descargas ou eventos da igualação.

Identificando o ESD

Quando muita atenção for gastada em impedir o ESD causado por HBM, os estudos recentes indicaram que menos de 0,10% de todo o dano documentado resultaram realmente dos pessoais infundados que tocam nos produtos (ESDS) ESD-sensíveis.

Os estudos concluíram que 99,9% de dano do ESD originaram dos outros modelos, especificamente CDM.

O controle do ESD encaixado na maquinaria é essencial mas problemático. Para controlar eficazmente o acúmulo estático, os eventos do milímetro e do CDM ESD devem ser impedidos. A primeira etapa em desenvolver um programa de controle do ESD é identificar exatamente onde os eventos do ESD ocorrem ou são prováveis ocorrer. Um bom lugar a começar é fazer duas perguntas preliminares: primeiramente, é o equipamento aterrou corretamente; e em segundo, segura dispositivos de tal maneira que não geram a carga estática acima de um nível aceitável? Para para ser preparado inteiramente segurando dispositivos do futuro, o equipamento deve ser capaz de segurar componentes com uma tolerância do ESD tão pouco quanto 50 V. O seguinte é uma lista ofdocumented as áreas conhecidas para carregar os dispositivos, aumentando a probabilidade da

Evento de CDM ESD

Alimentadores de IC. Os CI tornam-se tipicamente altamente carregados enquanto passam através do equipamento e são descarregados subseqüentemente como uma parte da operação normal. De acordo com estudos recentes, os alimentadores de IC causaram as perdas consideráveis do rendimento devido a CDM.

Componentes do Fita-e-carretel. Os problemas estiveram documentados com os componentes que carregam quando estiverem nos carretéis.

Blocos do gel. Se os métodos de controle apropriados do ESD não são no lugar, as microplaquetas de IC podem tornar-se altamente carregados enquanto são tiradas do forro inferior pegajoso e então descarregadas imediatamente pelos aros que removem os.

PCBs montou nos painéis plásticos. Os painéis plásticos usados regularmente para PCBs de abrigo podem rotineiramente carregar aos níveis elevados mesmos quando segurados, subseqüentemente carregando o PCBs eles mesmos. Os conjuntos são descarregados subseqüentemente durante a manipulação normal do operador.

Soquetes do teste. A operação normal pode fazer com que os soquetes do teste carreguem e descarreguem-se então em dispositivos.

Tampas plásticas sobre os soquetes do teste. Os campos das grandes tampas plásticas exigidas para proteger operadores durante testes de alta tensão são frequentemente fortes bastante danificar os dispositivos sob o teste.

Impedindo o acúmulo do ESD

Em impedir ou em reduzir dano do milímetro, é crítico que o equipamento estiver aterrado corretamente quando no movimento. Todas as peças do equipamento que entram o contato com os dispositivos estático-sensíveis devem ter um suficiente trajeto aterrando para dissipar a carga acumulada. Aterrar apropriado de superfícies condutoras e dissipative impede o acúmulo da carga estática em componentes da máquina e elimina-os como uma fonte de eventos carga-criadores do ESD.

Aterrar apenas, contudo, não impedirá que todos os eventos de CDM ESD ocorram. O carregamento componente é um problema muito mais desafiante a resolver, primeiramente porque a maioria de componentes eletrônicos contêm isoladores como parte de seu projeto. Os materiais de isolamento acumulam naturalmente uma carga e aterrar os materiais não remove nem não reduz a carga estática. Quando a carga não pode ser removida ou evitado, a ionização do ar é frequentemente o método o mais eficaz de neutralizar a carga em isoladores ou em condutores isolados. No caso do equipamento automatizado, os ionizers do ar podem ser montados dentro das câmaras do processo. Criar mini ambientes encerrando máquinas específicas e montando ionizers para dentro é uma outra opção.

Ferramentas da medida do ESD

Uma vez que as contramedidas do ESD são no lugar, é importante verificar que estão trabalhando corretamente. A monitoração de processo contínuo é recomendada sobre auditorias periódicas do programa do ESD porque as contramedidas do ESD falharão frequentemente. Por este motivo, se e quando a falha ocorrer, deve ser identificada o mais cedo possível para impedir dano do ESD.

Diversos métodos do teste existem para validar a integridade do trajeto à terra às peças do equipamento e para medi-la se as máquinas estão carregando dispositivos. Ao selecionar os melhores instrumentos da medida, considere o nível seguro da carga ser medido e selecionado um instrumento que possa medir dentro dessa escala. Note o tamanho da área a ser medida e se o afastamento está fixado entre a superfície do objeto a ser medido e o instrumento.

A carga estática de identificação e de medição dentro do equipamento automatizado apresenta desafios específicos. O problema com a maioria de métodos convencionais é que não estão seridos particularmente ao equipamento automatizado. A maioria exigem o contato direto com o objeto carregado ou exigem o dispositivo ser removidos do objeto, fazendo o necessário tomar off-line o equipamento para fazer os testes. Para evitar tempo de produção perdido, as soluções alternativas são necessárias para cargas de medição dentro do equipamento.

Para medir a carga estática sem operação de interrupção do equipamento, os montadores podem montar sensores ou pontas de prova dentro do equipamento ou montar detectores estáticos do evento (SED) nos dispositivos eles mesmos. Duas opções para montar instrumentos dentro do equipamento incluem sensores estáticos e fieldmeters eletrostáticos especiais do voltímetro e os eletrostáticos com pontas de prova pequenas. Os sensores estáticos incorporam circuitos muito altos da impedância da entrada e podem ser montados dentro do equipamento automatizado. Isto permite que meçam o campo gerado por uma parte carregada enquanto se move com o processo. Idealmente, o sensor deve ser montado tão perto à peça como possível. Desde que não exige a anulação de campos existentes, é ideal para cargas de medição nas peças que movem-se através das máquinas altas da taxa de transferência.

Os voltímetros eletrostáticos e os fieldmeters eletrostáticos com pontas de prova pequenas oferecem uma opção alternativa para monitorar dentro do equipamento. As pontas de prova são pequenas bastante que podem ser colocadas em lugar críticos para medir a carga em componentes enquanto passam perto. Contudo, deve ser tomado ao montá-los para assegurar-se de que tomem medidas exatas e não interfere com o funcionamento do equipamento. Diversos fatores podem afetar a precisão de suas medidas, incluindo a orientação da superfície carregada no que diz respeito à ponta de prova assim como o tamanho, a velocidade e a distância da peça da ponta de prova. SEDs é sensores minúsculos pequenos bastante para caber em uma placa de circuito.

Estão projetados medir o pulso atual em um evento do ESD e podem ser monitorados opticamente enquanto passam através do equipamento de funcionamento. SEDs é ideal para verificar se o equipamento está gerando níveis perigosos da estático-carga. Diversos tipos diferentes estão disponíveis, cada um com características de variação. Contudo, muitos devem ser removidos do dispositivo e ser colocados na instrumentação separada para verificar se um evento do ESD ocorreu realmente.

Seguimento automatizado em um ambiente do ESD

Se um evento do ESD ocorre, os dados forneceram de um sistema de rastreio do dispositivo podem ajudar montadores rapidamente a identificar componentes danificados e a conter o impacto. Em um modelo de sistema de rastreio do dispositivo, um leitor de código de barras é instalado em vários pontos durante todo o processo de manufatura para ler os códigos de barras (ou 2D códigos) aplicados aos dispositivos. Tipicamente, os leitores de código de barras fazem a varredura dos códigos de barras no dispositivo antes que o dispositivo incorpore uma estação e outra vez depois que retira. Isto documenta o tipo de procedimento que foi executado, o equipamento que o executou e une um momento/selo de data para quando ocorreu.

Quando a saída dos instrumentos da monitoração do ESD todos os tipos de dados, o leitor de código de barras fornecer a única relação entre o número de série de cada dispositivo e os dados forneceu do instrumento. Por exemplo, quando a calibração do equipamento é alterado devido ao IEM de um evento do ESD, os dados geraram do sistema de rastreio do dispositivo podem ajudar a identificar especificamente que as placas foram danificadas após a calibração do equipamento foram alteradas. É já não necessário puxar, para desfazer-se, ou rework lotes inteiros devido aos dados insignificantes.

Ao selecionar um leitor de código de barras, a reflexão prudente deve ser feita para assegurar-se de que não introduza o risco adicional para eventos do ESD. As placas de circuito impresso, os circuitos integrados, e outros componentes eletricamente sensíveis usam-se tipicamente pequeno, códigos de barras do alto densidade para conservar o espaço, fazendo a difícil para que alguns leitores façam a varredura de uma distância. Quando a exploração da grande proximidade é empregada, o leitor de código de barras pode acumular uma carga estática segundo se está usado em uma superfície não-condutora. Se o leitor próprio acumulou uma carga e é trazido na grande proximidade com um componente sensível, um evento do ESD poderia ocorrer, potencialmente danificando o componente. Alguma fabricação environmentsutilize uma ação alternativa montando o varredor após ter aplicado um pulverizador antiestático especial, que não seja sem seu próprio risco.

Primeiramente, o revestimento deve completamente cobrir a área para a eficácia máxima; as áreas descobertas permanecem em risco. Além, os pulverizadores antiestáticos podem vestir fora ao longo do tempo e exigir a substituição oportuna. Sem uma medida exata do período da eficácia de um pulverizador, as empresas desperdiçam tampouco o dinheiro aplicando demasiado, ou põem seus componentes em risco usando os em um ambiente desprotegido. Como uma solução alternativa, os leitores de código de barras diminutos estão agora disponíveis com um revestimento original do níquel e umas etiquetas resistentes do ESD para a segurança máxima do ESD. Estas unidades são avaliados para descargas até 8kV e caracterizam uma resistividade de superfície de menos de ² de 10 * de 10-9 Ω/inch.

ESD de avaliação que segura capacidades

De acordo com a tecnologia da associação do ESD o mapa rodoviário liberou-se em 2005, níveis da sensibilidade ao ESD nos dispositivos é esperado deixar cair tão baixo, que os montadores devem atuar rapidamente para se assegurar de que pudessem segurar os níveis novos. Os montadores certificados ao ANSI/ESD S20.20, o padrão da associação do ESD para o desenvolvimento de um programa da descarga eletrostática, têm feito já muito do trabalho na preparação dos dispositivos sensíveis de amanhã. Para aqueles fabricantes que são incertos das capacidades da tensão de seu equipamento automatizado, o mapa rodoviário do ESD fornece o sentido:

Determine as capacidades do ESD-controle dos processos de manipulação da facilidade.

Assegure-se de que todos os dispositivos elétricos ou trabalho feito com ferramentas condutor que contactam os dispositivos sensíveis estejam aterrados.

Assegure-se de que a tensão máxima induza em dispositivos esteja mantida abaixo de 50 V.

Depois das exigências esboçadas em S20.20 ajudará gerentes a avaliar os níveis da sensibilidade dos componentes que estão sendo montados em sua facilidade e a identificar edições do ESD em cada fase no processo, da recepção e do inventário com o conjunto, o teste, o rework e do envio. Usando as contramedidas apropriadas do ESD, os gerentes terão os dados disponíveis a eles para articular as capacidades da sua facilidade pelo nível de tensão.

Conclusão

A indústria de produtos eletrónicos de consumo testemunhou o crescimento fenomenal durante estes últimos anos. Os analistas industriais atribuíram este crescimento na parte à convergência de mercados previamente separados do áudio, do vídeo e da tecnologia da informação digital-baseados para criar dispositivos eletrónicos avançados. Como estes dispositivos ganhe rapidamente capacidades novas, elas estão aumentando sua sensibilidade do ESD quase como rapidamente. Para ser competitivas na fabricação da eletrônica amanhã, as facilidades devem trabalhar para o domínio de hoje do controle do ESD.