Cara Mencegah Nyahcas Elektrostatik (ESD)
Untuk memerangi dan mencegah ESD dengan berkesan, peralatan yang betul mesti digunakan dengan betul. Terima kasih kepada pelbagai peranti pencegahan, pemantauan dan pengionan ESD-gelung tertutup yang berkuasa, ESD kini boleh dianggap sebagai isu kawalan proses.
Nyahcas elektrostatik (ESD) ialah punca kerosakan pada papan litar dan komponen dalam pemasangan elektronik yang biasa namun dipandang remeh. Ia memberi kesan kepada setiap pengeluar, tanpa mengira saiz. Walaupun ramai yang percaya bahawa mereka menghasilkan dalam persekitaran-selamat ESD, realitinya ialah kerosakan berkaitan ESD-terus menyebabkan industri pembuatan elektronik dunia berbilion-bilion dolar setiap tahun.
Apakah sebenarnya ESD? Nyahcas elektrostatik (ESD) ditakrifkan sebagai nyahcas (aliran elektron) cas statik (tetap) sedia ada (elektron tidak mencukupi atau berlebihan). Caj adalah stabil di bawah dua keadaan:
Apabila ia menjadi "terperangkap" dalam objek konduktif tetapi penebat elektrik, seperti pemutar skru logam dengan pemegang plastik.
Apabila ia berada di atas permukaan penebat (seperti plastik) dan tidak boleh mengalir melintasinya.
Walau bagaimanapun, jika konduktor dengan cas elektrik yang cukup tinggi (seperti pemutar skru) menghampiri litar bersepadu (IC) dengan potensi yang bertentangan, cas "bridging" berlaku, menyebabkan nyahcas elektrostatik (ESD).
ESD berlaku dengan sangat pantas dengan keamatan yang sangat tinggi, biasanya menghasilkan haba yang mencukupi untuk mencairkan litar dalaman cip semikonduktor. Di bawah mikroskop elektron, ini kelihatan sebagai lubang kecil-terhembus, menyebabkan kerosakan serta-merta dan tidak dapat dipulihkan.
Lebih serius ialah hanya dalam satu persepuluh kes kerosakan ini menyebabkan keseluruhan komponen gagal semasa ujian akhir. Dalam 90% yang lain, kerosakan ESD hanya menyebabkan kemerosotan separa-bermaksud komponen yang rosak lulus ujian akhir tanpa dapat dikesan, hanya menunjukkan kegagalan medan pramatang selepas penghantaran kepada pelanggan. Ini adalah kawasan yang paling terkenal dan mahal bagi pengeluar untuk membetulkan sebarang kecacatan pembuatan.
Walau bagaimanapun, kesukaran utama dalam mengawal ESD ialah ia tidak kelihatan namun mampu merosakkan komponen elektronik. Nyahcas yang menghasilkan "klik" yang boleh didengari memerlukan cas yang agak besar iaitu kira-kira 2000 volt, manakala 3000 volt boleh menghasilkan kejutan elektrik yang kecil, dan 5000 volt boleh menghasilkan percikan api yang boleh dilihat.
Contohnya, komponen biasa seperti logam pelengkap-oksida-konduktor (CMOS) atau ingatan baca-sahaja (EPROM) boleh diprogramkan secara elektrik boleh dirosakkan oleh perbezaan potensi ESD masing-masing sebanyak 250 volt dan 100 volt, manakala komponen moden yang semakin sensitif, termasuk pemproses Pentium, boleh dimusnahkan dengan sedikit volt.
Masalah ini ditambah lagi dengan aktiviti merosakkan yang berlaku setiap hari. Sebagai contoh, berjalan di atas lantai kilang vinil menghasilkan geseran antara permukaan lantai dan kasut. Hasilnya ialah objek bercas tulen boleh mengumpul cas 3 hingga 2000 volt, bergantung pada kelembapan relatif udara tempatan.
Malah geseran yang dihasilkan oleh pergerakan semula jadi pekerja pada meja kerja boleh menghasilkan 400 hingga 6000 volt. Jika pekerja mengendalikan penebat semasa membongkar atau membungkus semula PCB dalam kotak buih atau balutan gelembung, cas bersih yang boleh terkumpul pada permukaan badan pekerja boleh mencapai kira-kira 26,000 volt.
Oleh itu, sebagai sumber utama bahaya ESD, semua kakitangan yang memasuki Kawasan Terlindung Elektrostatik (EPA) mesti dibumikan untuk mengelakkan sebarang pembentukan cas, dan semua permukaan harus dibumikan untuk mengekalkan segala-galanya pada potensi yang sama, menghalang ESD daripada berlaku.
Produk utama yang digunakan untuk menghalang ESD ialah gelang tangan, diperbuat daripada korduroi mewah dan permukaan dissipative atau pelapik-kedua-duanya mesti dibumikan dengan betul. Bantuan tambahan seperti kasut dissipative atau tali tumit dan pakaian yang sesuai direka untuk mengelakkan pengumpulan dan pengekalan caj bersih semasa kakitangan bergerak dalam EPA.
Semasa dan selepas pemasangan, PCB juga harus dilindungi daripada ESD daripada pengangkutan dalaman dan luaran. Banyak produk pembungkusan PCB tersedia untuk tujuan ini, termasuk beg pelindung, kotak penghantaran dan troli mudah alih. Walaupun penggunaan peralatan di atas yang betul akan menghalang 90% masalah berkaitan ESD-, lapisan perlindungan lain diperlukan untuk mencapai 10% terakhir: pengionan.
Cara paling berkesan untuk meneutralkan peralatan pemasangan dan permukaan yang boleh menjana cas elektrostatik ialah menggunakan pengion-peranti yang meniup aliran udara terion melalui kawasan kerja untuk meneutralkan sebarang cas terkumpul pada penebat.
Salah tanggapan yang lazim ialah kerana tali tangan dipakai di stesen kerja, cas pada penebat di kawasan itu, seperti cawan polistirena atau kotak kadbod, akan hilang dengan selamat. Mengikut definisi, penebat tidak mengalirkan elektrik dan tidak boleh dinyahcas kecuali melalui pengionan.
Jika penebat bercas kekal dalam EPA, ia akan memancarkan medan elektrostatik, menghasilkan cas bersih pada mana-mana objek berdekatan, sekali gus meningkatkan risiko kerosakan ESD pada produk. Walaupun banyak pengeluar cuba mengharamkan penebat daripada EPA mereka, pendekatan ini sukar untuk dilaksanakan. Penebat begitu lazim dalam kehidupan seharian-daripada tikar buih tempat pengendali duduk dengan selesa kepada benda dalam penutup plastik.
Disebabkan penggunaan pengion, pengilang boleh menerima kehadiran beberapa penebat dalam EPA mereka. Oleh kerana sistem penjanaan ion secara berterusan meneutralkan sebarang pembentukan cas yang mungkin berlaku pada penebat, ia merupakan pelaburan yang berbaloi untuk sebarang program ESD.
Terdapat dua jenis asas penjana ion dalam pemasangan elektronik standard:
Desktop (peminat tunggal)
Unit atas kepala (satu siri kipas dalam satu unit atas kepala)
Penjana ion dalaman juga tersedia, tetapi kini digunakan terutamanya dalam persekitaran bilik bersih.
Pilihan bergantung pada saiz kawasan yang akan dilindungi. Penjana ion desktop akan meliputi satu permukaan kerja seragam, manakala penjana ion atas akan meliputi dua atau tiga. Kelebihan lain ialah penjana ion juga menghalang habuk statik daripada melekat pada produk, yang boleh merendahkan penampilan mereka.
Walau bagaimanapun, tiada program perlindungan yang lengkap tanpa ujian dan pemantauan yang betul terhadap keberkesanan peralatan ESD. Pakar kawalan dan pengionan ESD terkemuka telah melaporkan contoh pengeluar menggunakan peralatan ESD yang tidak berkesan (dan oleh itu tidak berguna) tanpa menyedari kegagalannya.
Untuk mengelakkan ini, sebagai tambahan kepada peralatan ESD standard, pembekal ESD menawarkan pelbagai peranti pemantauan berterusan yang secara automatik membimbangkan jika prestasi melebihi had yang ditetapkan. Monitor boleh digunakan sebagai unit kendiri atau disambungkan dalam rangkaian. Perisian rangkaian untuk pemerolehan data automatik juga tersedia, menyediakan-paparan masa sebenar prestasi sistem untuk pengendali dan stesen kerja.
Monitor boleh memudahkan perancangan ESD dengan menghapuskan banyak tugas rutin, seperti memastikan pengukuran pita harian yang betul, pengimbangan penjana ion dan penyelenggaraan yang betul, dan titik pembumian meja kerja yang tidak rosak.
Kesimpulan
Langkah pertama dalam mencegah ESD ialah menilai dengan betul bagaimana butiran yang kelihatan kecil boleh menyebabkan kerosakan yang tidak boleh diperbaiki jika diabaikan. Pelan yang berkesan memerlukan bukan sahaja penggunaan peralatan perlindungan ESD yang berkesan tetapi juga prosedur operasi yang ketat untuk memastikan keselamatan ESD untuk semua kakitangan di tingkat loji.
Walaupun banyak pengeluar menggunakan penguji pita automatik, adalah perkara biasa untuk melihat pengendali sama ada lulus atau gagal ujian kerana pita longgar. Ramai pengendali cuba untuk lulus ujian dengan hanya mencengkam penguji dekat dengan pergelangan tangan mereka dengan tangan mereka yang lain.
Namun begitu, berita baiknya ialah ESD boleh dicegah. Masa dan wang yang dilaburkan dalam peralatan yang betul dan prosedur keselamatan yang lebih baik akan membuahkan hasil dengan peningkatan kadar lulus.