В электронике основная опасность, связанная со статическим зарядом, исходит от человека, несущего заряд, и окружающей обстановки. Ток разряда приводит к разрушению соединений, прерыванию контактов и разрыву проводниковых дорожек в микросхемах и печатных узлах. Высокое напряжение разрушает также тонкие окисные пленки, являющиеся рабочими элементами схем. Поэтому при работе с чувствительными к статическому электричеству микросхемами и устройствами необходимо принимать меры для нейтрализации заряда, накопленного на теле человека и средствах производства.
Сегодня без решения проблемы статического заряда и электростатического разряда нельзя говорить о качестве продукции в электронике. Воздействие этих опасных факторов и существующие потери из-за действия статического электричества на электронные устройства и его компоненты по данным экспертной комиссии составляют от 8 до 33%, а затраты на восстановление и ремонт электронных блоков по причине повреждения статическим электричеством составляют более
10 млрд долларов. Очевидно, что вопросы защиты электронных сборок (ЭС) от статического электричества необходимо
решать на всех этапах жизненного цикла ЭС, т.к. даже при правильном проектировании электронная аппаратура не может быть полностью защищена от воздействия электростатического разряда на этапах ее производства.
Для этого созданы требования к чистоте производственных процессов, зоны с заданным уровнем влажности и температуры и минимальным уровнем загрязнения частиц пыли. Совершенствуются материалы, оснастка, упаковка, а также условия транспортирования и хранения ЭС. Разработаны специальные программы, направленные на контроль и управление электростатической обстановкой. Специалисты в области создания промышленной чистоты проектируют "чистые помещения" (рис.1). При организации производственных участков необходимо внедрять наиболее прогрессивные технологии, применять наиболее совершенное оборудование, соблюдать санитарно-гигиенические требования к производственным помещениям и рабочим местам (рис.2). Так же необходимо учитывать требования к качеству изделий и условиям безопасной работы.
Рис.1 Чистая комната
Рис.2 Сборочный участок
Организация рабочего места является первичным звеном в организации производственного цикла ЭС. Для обеспечения электростатической безопасности необходимо создать на рабочем месте условия для постоянного стока электрических зарядов с оборудования, человека и предметов труда (рис.3). Наличие антистатического покрытия на монтажных
столах и антистатических браслетов у операторов – это недостаточные меры. Только комплексный подход позволит обеспечить стопроцентную электростатическую безопасность ЭС в производственном цикле. Такой подход предусматривает
реализацию следующих мероприятий:
1. Производственное помещение должно иметь внутреннюю отделку "чистой комнаты", полы выполнены из промышленных антистатических напольных материалов с удельным поверхностным электрическим сопротивлением не более 106 Ом, соответствующим строгим требованиям по электрической проводимости, установленным международным стандартом IEC 61340-5-1/2.
2. Промышленная мебель и рабочие столы должны иметь покрытие из антистатического материала и маркировку ESD.
На рабочих местах должны быть только предусмотренные технологическим процессом инструменты и оборудование.
3. С целью снижения электростатического заряда обработку пола и рабочих столов на участках монтажа, регулировки и
мест, где ведутся работы с полупроводниковыми приборами, микросхемами и изделиями из них, следует обрабатывать
специальным антистатическим раствором один раз в конце смены. Предварительно полы должны быть чисто вымыты водой, а рабочие столы протерты антистатическими салфетками. Эффективность обработки производится методом сравнения величин поверхностного сопротивления пола и столов до, и после обработки. При входе в производственное помещение, в тамбурах или проходах, рекомендуется настилать специальный антистатический материал, пропитанный раствором антистатического препарата (рис.4).
Содержание паров антистатиков в рабочей зоне необходимо контролировать, оно не должно превышать предельно допустимые концентрации по ГОСТ 12.1.005.
4. В производственном помещении обязательно должны быть приборы контроля влажности, статического заряда и сопротивления.
5. Меры защиты от статического электричества при работе с микросхемами и полупроводниковыми приборами в процессе их входного контроля, хранения, транспортировки, сборки, монтажа, испытаний и ремонта должны проводиться в строгом соответствии с требованиями технических условий на данные изделия.
Рис.3 Рабочее место монтажника
6. Антистатические настольные и напольные покрытия, тара для складирования компонентов, печатных плат и узлов,
инструмент с изолирующими ручками и оборудование должны иметь покрытие из антистатического материала и маркировку ESD.
7. Все работы с электронными компонентами и сборками должны выполняться в специальной технологической, антистатической одежде с маркировкой ESD (рис.5). Специальная технологическая одежда (халаты, головные уборы, рабочие перчатки с пвх) изготавливается
из антиэлектростатического материала с удельным поверхностным электрическим сопротивлением не более 107 Ом.
Электрическое сопротивление между токопроводящим элементом антиэлектростатической специальной одежды и
"землей" должно быть в пределах 106–108 Ом. Для специальной обуви электрическое сопротивление между подпятником
и ходовой стороной подошвы обуви также должно быть в пределах 106–108 Ом.
8. Все проводящее производственное оборудование и электропроводящие неметаллические предметы должны
быть заземлены независимо от применения других мер защиты от статического электричества. К каждому рабочему
месту, где проводятся работы с полупроводниковыми приборами, микросхемами и изделиями из них, должно быть подведено заземление для подключения антистатического заземляющего браслета, не ограничивающего свободу перемещения рук исполнителя. Антистатические браслеты (кольца) должны обеспечивать электрическое сопротивление в цепи
человек–земля от 106 до 107 Ом.
Рис.4 Тестер мониторинга и аудита при входе в производственное помещение
Ежедневно исполнитель сам должен проверять наличие заземления рабочего стола, оборудования, приборов. В процессе производства один раз в три месяца необходимо проводить проверку исправности заземления. Сопротивление
браслета (1 Мом) необходимо проверять не реже одного раза в неделю, а при использовании работающей аппаратуры
ежедневно. Рекомендуется еженедельно контролировать исполнителей на отсутствие электрических зарядов.
9. Микроклимат – это метеорологические условия внутренней среды помещения, которые определяются действу-
ющими на организм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излуче-
ния. Известно, что в течение рабочего дня изменение микроклимата происходит, и для создания нормальных условий
труда в производственных помещениях обеспечивают оптимальные и допустимые нормативные значения параметров
микроклимата. Эти условия при длительном и систематическом воздействии на человека должны обеспечить сохранение
нормального функционального и теплового состояния организма человека и не выходить за пределы физиологических
возможностей.
Для создания требуемых параметров микроклимата в производственном помещении применяют системы вентиляции
и кондиционирования воздуха, а также различные отопительные устройства. Оптимальное сочетание всех количественных показателей микроклимата создает предпосылки длявысокого уровня работоспособности человека.
10. Влажность – неотъемлемый параметр микроклимата. Необходимо учитывать, что влажность в производственном
помещении повышает поверхностную проводимость материалов. При высокой относительной влажности возрастают
отказы в работе полупроводниковых приборов, микросхем и ЭС. Оптимально, когда относительная влажность находится в
пределах 55–60% – при этом происходит естественное стекание электрических зарядов. При влажности менее 55% необходимо использовать увлажнители и производить влажную уборку пола не мене двух раз в смену.
11. Для предотвращения или уменьшения накопления статических зарядов используют специальные приборы – нейтрализаторы. Их действие основано на ионизации воздуха, разделяющего заряженные тела. Нейтрализаторы должны соответствовать требованиям стандартов и санитарно-гигиеическим нормам по допустимым уровням ионизации воздуха. Концентрация озона и окислов азота, выделяемых работающими нейтрализаторами, в рабочей зоне не должна превышать норм, установленных стандартами.
12. На производстве необходимо контролировать электростатические поля. Источником таких полей являются пластмассы и другие изолирующие материалы, приборы с электронно-лучевыми трубками, одежда операторов из капрона, нейлона, ацетата и вискозы. Контроль напряженности электростатических полей проводится в следующих случаях:
при приеме в эксплуатацию новых электроустановок высокого напряжения постоянного тока;
при вводе нового технологического процесса, сопровождающегося электризацией материалов;
при каждом изменении конструкции электроустановок технологических процессов и после проведения ремонтных работ;
при организации нового рабочего места;в порядке текущего надзора за действующими электроустановками и технологическими процессами.
В чем опасность электростатического поля? На молекулярном уровне оно может вызывать нарушение молекулярных
структур, в т.ч. и их ионизацию. Заряженная молекула является легким ионом или аэроионом. Это положительно или отрицательно заряженные частицы, находящиеся в атмосфере во взвешенном состоянии.
Для нормализации ионного состава воздуха используют установки аэроионизаторов и приточно-вытяжной вентиляции. Экранирующие устройства снижают напряженность электростатического поля и количество аэроионов в рабочей зоне до допустимых значений за счет их концентрации в ограниченном объеме рабочей зоны.
Рис.5 Спецодежда из антиэлектростатического материала
Стремление к максимально эффективному производству и снижению производственных издержек требует строгого
контроля электростатической обстановки, который в свою очередь должен базироваться на соблюдении требований
промышленных стандартов и санитарно-гигиенических норм. Это является залогом высокого качества и надежности в производстве электронных изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействий статического электричества. – М.: Технология, 2005.
1. ГОСТ 12.1.007-89. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.
2. ГОСТ 12.4.124-83. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования.
3. ГОСТ Р 51317.4.2-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний.
