Захходи проти електростатики в чистих кімнатах

1. Виникнення та небезпека електростатичного заряду

Електростатичний заряд є результатом руху електронів усередині або між матеріалами (включаючи поляризацію та провідність). Коли два різних матеріали контактують або перебувають на дуже малій відстані один від одного (наприклад, 10–25 см), електрони проходять через межу розділу завдяки ефекту квантового тунелювання, що призводить до обміну електронами. Після досягнення рівноваги між матеріалами виникає різниця потенціалів, внаслідок чого на двох сторонах межі розділу утворюються однакові кількості позитивного та негативного зарядів. Якщо матеріали розділити після контакту, вони матимуть однакові за величиною, але протилежні за знаком заряди. Це є основним принципом виникнення електростатичного заряду.

Електростатичний заряд в основному виникає трьома способами:

• Трибоелектричний заряд : Коли два різних матеріали стикаються або тертяться один об одного, електрони переходять з матеріалу зі слабкішою здатністю утримувати електрони на матеріал з сильнішою здатністю утримувати їх, внаслідок чого один матеріал стає позитивно зарядженим, а інший — негативно зарядженим.

• Кондуктивне заряджання : У провідників електрони вільно рухаються по поверхні. Коли провідник стикається з зарядженим об'єктом, електрони переходять до досягнення рівноваги заряду, внаслідок чого виникає статична електрика.

• Індуктивне заряджання : Коли провідник розміщується у зовнішньому електростатичному полі, електрони перерозподіляються через відштовхування однойменних зарядів та притягання різнойменних зарядів, внаслідок чого виникає дисбаланс заряду і статична електрика.

З основних принципів і методів утворення статичної електрики видно, що на багатьох етапах виробництва та виготовлення електронних продуктів може виникати статична електрика. Під час виробництва електронних компонентів оператори, робочі місця, інструменти, компоненти та упаковка можуть заряджатися. У будь-якому місці, де існує статична електрика, відбудеться електростатичний розряд (ESD). Основні небезпеки включають: миттєвий розрядний струм, що викликає шуми в колах і викликає коливання потенціалів опорної землі (наприклад, земля продукту, сигнал землі), що заважає нормальній роботі схем.

Небезпеки статичної електрики мають специфічні характеристики порівняно з небезпеками від грози або електромагнітних завад:

• Прихований характер : події ESD часто непомітні для людини, проте компоненти можуть бути непомітно пошкоджені.

• Затримка та накопичувальний ефект : Деякі компоненти можуть втрачати продуктивність після впливу ЕСР без миттєвого виходу з ладу, але згодом можуть вийти з ладу під час використання.

• Випадковість : Ураження від ЕСР може трапитися на будь-якому етапі — виробництва, виготовлення чи технічного обслуговування — і під час контакту з будь-яким зарядженим об'єктом, що робить його надзвичайно непередбачуваним.

• Складність : Пошкодження від ЕСР часто плутають з іншими типами відмов, що призводить до неправильних діагнозів.

Для збирання електронних продуктів електростатична енергія суттєво впливає на якість продукції, вихід та надійність. У чистих кімнатах необхідно систематично впроваджувати заходи проти електростатики, щоб мінімізувати ризики ЕСР під час виробництва.

2. Захист від електростатики

Ефективний захист від електростатики зазвичай ґрунтується на трьох основних принципах:

1. Зменшувати або запобігати накопиченню електростатичних зарядів.

2. Створювати безпечні шляхи для розряду електростатики.

3. Впроваджувати необхідні та ефективні системи контролю електростатики.

2.1 Система заземлення

Надійна система заземлення є необхідною для запобігання накопиченню заряду та забезпечення безпечних шляхів розряду. Заземлення від статичної електрики передбачає з'єднання заряджених об'єктів або об'єктів, які можуть генерувати статичну електрику (неізолятори), із землею за допомогою провідників, забезпечуючи їхній однаковий потенціал із ґрунтом. Це прискорює рух та витік заряду, ефективно нейтралізуючи статичні заряди для запобігання їхньому накопиченню.

2.2 Контроль навколишнього середовища

Виникнення та величина статичної електрики тісно пов’язані з вологістю навколишнього середовища та концентрацією іонів у повітрі. Електростатичний потенціал обернено пропорційний вологості. У надчистих середовищах, таких як чисті кімнати, низька концентрація іонів сприяє легкому виникненню статичної електрики.

Одна й та сама дія може викликати електростатичні напруги, що відрізняються на порядок величини, за різних рівнів вологості. Однак, надмірно висока вологість не є бажаною, оскільки може призвести до утворення конденсату на обладнанні. Рівень вологості слід підтримувати в межах розумного діапазону, наприклад 30%–75%.

3. Моніторинг електростатики

Висока вологість може знизити рівень статичної електрики до значень, непомітних для людини, але вона все одно може пошкодити чутливі компоненти. Правильним підходом є усвідомлення того, що висока вологість пригнічує виникнення статики, тоді як низька вологість її погіршує. Для продуктів, які потребують суворого контролю статики, окрім традиційних заходів захисту, необхідним є моніторинг і реєстрація виникнення статичної електрики. Практичними рішеннями є системи контролю доступу з антистатичним ефектом та системи реального часу для онлайн-моніторингу електростатики.

3.1 Система контролю доступу з антистатичним ефектом

Для контролю статичної електрики безпосередньо в місці її виникнення, у критичних зонах встановлюються антистатичні системи контролю доступу. Ці системи перевіряють, чи має персонал, що входить у зони з контролем статичної електрики, належні антистатичні засоби чи обладнання. До функціональних модулів належать:

• Перевірка ідентичності та дозволу

• Перевірка антистатичних браслетів та взуття

• Панелі контролю рівня

Для підвищення ефективності, в середовищах, де потрібно високе значення чистоти, систему контролю доступу можна інтегрувати з системами повітряних душів. Шляхом включення сигналів доступу в систему керування дверима повітряного душу забезпечується дійсність антистатичного обладнання з моменту входу персоналу в робочу зону.

3.2 Система онлайн-контролю електростатики в реальному часі

У загальному машинобудуванні електростатичні тестери часто використовуються для перевірки антистатичних браслетів працівників. Для дотримання стандарту ISO 9001 записи часто ведуться вручну у формах. Однак, якщо антистатичний браслет виходить з ладу під час роботи або якщо частина системи заземлення від'єднується, виявити несправність відразу є складно.

Для вирішення цього питання деякі електронні фабрики інтегрують модулі онлайн-контролю в реальному часі в свої системи заземлення. Використовуючи цілісність електричного кола заземлення, система спрацьовує сигналізацією червоного світла (та, за бажанням, звуковим сигналом), якщо будь-яка частина кола розімкнена або має надмірно високий опір (наприклад, >10 Ом). Ця система забезпечує контроль у реальному часі та усуває необхідність вести нудні та формальні паперові записи.