ESD 제어를 마스터하는 것은 높은 생산 수율을 달성하는 데 항상 중요했으며 향후 몇 년 동안 더욱 중요해질 것입니다.업계는 인력과 관련된 수동 작업의 ESD 안전에 대해 확실히 이해하고 있지만 자동화 응용 프로그램에서는 개선의 여지가 있습니다.효과적이기 위해 ESD 제어 프로그램은 자동화된 처리 장비가 미래의 매우 민감한 장치를 처리할 수 있도록 보장해야 합니다.
ESD 비용
ESD는 전자 환경의 거의 모든 측면에서 생산성과 제품 신뢰성에 영향을 미칩니다.지난 10년 동안의 노력에도 불구하고 ESD는 여전히 전자 산업에 매년 수십억 달러의 비용을 초래합니다.업계 전문가들은 모든 제품 손실의 약 8~33%가 ESD로 인한 것으로 보고 있습니다.이러한 장치 자체의 개별 비용은 간단한 다이오드의 경우 몇 센트에서 복잡한 하이브리드의 경우 수백 달러에 이릅니다.그러나 ESD 손상은 장치 손실 이상에 영향을 미칩니다.이는 생산 수율, 제조 비용, 제품 품질 및 신뢰성, 고객 관계, 그리고 궁극적으로 수익성에 영향을 미칩니다.
오늘날의 자동화 설비에서는 기존의 ESD 제어 방법을 재검토하고 새로운 방법을 적용해야 합니다.자동화된 조립 장비는 시간당 4,000~20,000개의 부품을 처리할 수 있습니다.이러한 속도에서 장치를 충전할 수 있도록 잘못 설계된 장비는 매우 짧은 시간에 많은 양의 구성 요소를 손상시킬 수 있습니다.아마도 훨씬 더 중요한 것은 ESD 이벤트가 차례로 자동화 장비를 손상시킬 수 있다는 것입니다.
ESD는 상당한 양의 EMI(전자기 간섭)를 생성합니다.ESD 이벤트로 인한 EMI는 종종 생산 장비의 작동을 방해할 만큼 강력합니다.마이크로프로세서로 제어되는 장비는 ESD 이벤트의 EMI와 동일한 주파수 범위에서 작동하므로 특히 손상되기 쉽습니다.종종 시스템의 소프트웨어 오류 또는 결함으로 오인되는 EMI는 중단, 소프트웨어 오류, 테스트, 교정 부정확성 및 잘못된 취급과 같은 다양한 장비 작동 문제를 일으킬 수 있습니다.모두 심각한 물리적 구성 요소 손상을 야기하고 생산 수율에 영향을 줄 수 있습니다.EMI의 영향은 본질적으로 무작위적인 경향이 있으며 방 전체의 장비에 영향을 미칠 수 있지만 ESD 이벤트가 발생한 장비는 그대로 둡니다.이것은 ESD 이벤트의 위치를 찾기 어렵게 만들 수 있습니다.
ESD란 무엇입니까?
간단히 말해서 ESD는 두 물체 사이의 정전기 전하의 빠른 이동입니다.ESD는 전위가 다른 두 물체가 서로 직접 접촉할 때 발생합니다.한 물체의 표면이 전자를 얻어 음전하가 되고 다른 물체가 표면에서 전자를 잃어 양전하가 될 때 전하가 발생합니다.마찰 대전은 두 물체가 서로 접촉했다가 분리되면서 전자 이동이 발생할 때 발생합니다.세 가지 이벤트 중 하나는 일반적으로 장치에 대한 ESD 손상의 원인입니다.장치의 정전기 방전;또는 필드 유도 방전.HBM(Human Body Model), MM(Machine Model), CDM(Charged Device Model) 및 장치에 대한 전기장의 영향과 같이 장치가 손상되는 방식을 특성화하는 데 사용되는 여러 모델이 있습니다.자동화된 조립 시설에서 마지막 세 가지 모델 또는 모드가 가장 큰 문제입니다.
MM 손상은 기계 구성 요소가 장치를 통해 방전될 때 발생합니다.자동화된 조립 장비는 컨베이어와 같은 다양한 방법을 사용하여 조립 프로세스를 통해 장치를 이동하고 안내합니다.잘못된 장비 설계로 인해 처리 시스템에 상당한 전하가 축적되어 결국에는 장치를 통해 방전될 수 있습니다.
CDM 손상은 장치가 다른 물질로 방전될 때 발생합니다.장치에 전하가 축적되면 장치가 더 적은 전하를 갖는 표면과 접촉할 때 장치의 전도체를 통해 소산됩니다.
전기장(E-Fields) 또는 전하를 둘러싼 공간의 영향으로 인해 충전된 장치가 분극화될 수 있습니다.분극은 전위차를 생성하여 장치가 반대 전하로 방전되도록 하여 두 번의 방전 또는 균등화 이벤트를 일으킬 수 있습니다.
ESD 식별
HBM으로 인한 ESD를 예방하는 데 많은 관심을 기울이고 있지만 최근 연구에 따르면 접지되지 않은 사람이 ESD에 민감한(ESDS) 제품을 만지는 것으로 인해 문서화된 모든 손상의 0.10% 미만이 실제로 발생한 것으로 나타났습니다.
연구에 따르면 ESD 손상의 99.9%가 다른 모델, 특히 CDM에서 비롯된 것으로 나타났습니다.
기계에 내장된 ESD 제어는 필수적이지만 문제가 있습니다.정전기 축적을 효과적으로 제어하려면 MM 및 CDM ESD 이벤트를 모두 방지해야 합니다.ESD 제어 프로그램을 개발하는 첫 번째 단계는 ESD 이벤트가 발생하거나 발생할 가능성이 있는 위치를 정확히 식별하는 것입니다.시작하기에 좋은 곳은 두 가지 기본 질문을 하는 것입니다. 첫째, 장비가 적절하게 접지되어 있습니까?둘째, 수용 가능한 수준 이상의 정전기를 발생시키지 않는 방식으로 장치를 처리합니까?미래의 장치 취급에 완벽하게 대비하려면 장비가 최소 50V의 ESD 허용 오차로 구성 요소를 처리할 수 있어야 합니다. 다음은 장치를 충전하는 것으로 알려진 문서화된 영역 목록으로,
CDM ESD 행사
IC 핸들러.IC는 일반적으로 장비를 통과할 때 크게 충전되고 이후 정상 작동의 일부로 방전됩니다.최근 연구에 따르면 IC 핸들러는 CDM으로 인해 상당한 수율 손실이 발생했습니다.
테이프 앤 릴 구성 요소.부품이 릴에 있는 동안 충전되는 문제가 문서화되었습니다.
젤팩.적절한 ESD 제어 방법이 적용되지 않으면 IC 칩이 끈적한 바닥 라이너에서 들어 올려질 때 크게 충전된 다음 이를 제거하는 콜릿에 의해 즉시 방전될 수 있습니다.
플라스틱 패널에 장착된 PCB.PCB 하우징에 정기적으로 사용되는 플라스틱 패널은 취급 시 일상적으로 매우 높은 수준으로 충전되어 PCB 자체를 충전할 수 있습니다.어셈블리는 이후 정상적인 작업자 처리 중에 배출됩니다.
테스트 소켓.정상 작동 시 테스트 소켓이 충전되었다가 장치로 방전될 수 있습니다.
테스트 소켓 위의 플라스틱 덮개.고전압 테스트 중에 작업자를 보호하는 데 필요한 대형 플라스틱 덮개의 자기장은 종종 테스트 중인 장치를 손상시킬 만큼 충분히 강합니다.
ESD 축적 방지
MM 손상을 방지하거나 줄이기 위해서는 장비가 움직이는 동안 적절히 접지하는 것이 중요합니다.정전기에 민감한 장치와 접촉하는 모든 장비 부품에는 축적된 전하를 분산시키기에 충분한 접지 경로가 있어야 합니다.전도성 및 소산성 표면을 적절하게 접지하면 기계 구성 요소에 정전기가 축적되는 것을 방지하고 전하 생성 ESD 이벤트의 원인이 되는 정전기를 제거합니다.
그러나 접지만으로는 모든 CDM ESD 이벤트가 발생하는 것을 방지할 수 없습니다.부품 충전은 해결하기 훨씬 더 어려운 문제입니다. 주로 대부분의 전자 부품이 설계의 일부로 절연체를 포함하기 때문입니다.절연 재료는 자연적으로 전하를 축적하며 재료를 접지해도 정전기가 제거되거나 감소되지 않습니다.전하를 제거하거나 피할 수 없는 경우 공기 이온화는 종종 절연체 또는 절연 도체의 전하를 중화하는 가장 효과적인 방법입니다.자동화 장비의 경우 공기 이온화 장치를 공정 챔버 내부에 장착할 수 있습니다.특정 기계를 둘러싸고 내부에 이오나이저를 장착하여 미니 환경을 만드는 것도 또 다른 옵션입니다.
ESD 측정 도구
ESD 대책이 마련되면 제대로 작동하는지 확인하는 것이 중요합니다.ESD 대책이 실패하는 경우가 많기 때문에 ESD 프로그램의 정기 감사보다 지속적인 공정 모니터링을 권장합니다.이러한 이유로 장애가 발생한 경우 ESD 손상을 방지하기 위해 가능한 한 빨리 식별해야 합니다.
장비 부품에 대한 접지 경로의 무결성을 검증하고 기계가 충전 장치인지 여부를 측정하기 위한 여러 테스트 방법이 있습니다.최적의 측정기기를 선택할 때는 측정할 안전한 충전 레벨을 고려하여 그 범위 내에서 측정할 수 있는 기기를 선택하십시오.측정할 영역의 크기와 측정 대상물의 표면과 기기 사이의 간격이 고정되어 있는지 확인합니다.
자동화 장비 내부의 정전기를 식별하고 측정하는 것은 특정한 문제를 야기합니다.대부분의 기존 방법의 문제점은 자동화 장비에 특히 적합하지 않다는 것입니다.대부분은 대전된 물체와 직접 접촉해야 하거나 물체에서 장치를 제거해야 하므로 테스트를 수행하기 위해 장비를 오프라인으로 전환해야 합니다.생산 시간 손실을 방지하려면 장비 내부의 전하를 측정하기 위한 대체 솔루션이 필요합니다.
장비 작동을 방해하지 않고 정전기를 측정하기 위해 조립자는 장비 내부에 센서 또는 프로브를 장착하거나 장치 자체에 SED(정전기 이벤트 감지기)를 장착할 수 있습니다.장비 내부에 장비를 장착하기 위한 두 가지 옵션에는 정적 센서와 특수 정전기 전압계 및 소형 프로브가 있는 정전기 장계가 있습니다.정적 센서는 매우 높은 입력 임피던스 회로를 통합하고 자동화 장비 내부에 장착할 수 있습니다.이를 통해 충전 부품이 프로세스를 이동할 때 생성된 필드를 측정할 수 있습니다.이상적으로는 센서를 부품에 최대한 가깝게 장착해야 합니다.기존 필드를 무효화할 필요가 없기 때문에 처리량이 많은 기계를 통과하는 부품의 전하 측정에 이상적입니다.
소형 프로브가 있는 정전기 전압계 및 정전기 장계는 장비 내부 모니터링을 위한 대체 옵션을 제공합니다.프로브는 통과할 때 구성 요소의 전하를 측정하기 위해 중요한 위치에 배치할 수 있을 만큼 충분히 작습니다.그러나 정확한 측정을 수행하고 장비의 작동을 방해하지 않도록 장착할 때 주의해야 합니다.프로브에 대한 대전 표면의 방향과 프로브에서 부품의 크기, 속도 및 거리를 비롯한 여러 요인이 측정 정확도에 영향을 줄 수 있습니다.SED는 회로 기판에 들어갈 만큼 충분히 작은 소형 센서입니다.
ESD 이벤트에서 전류 펄스를 측정하도록 설계되었으며 작동 장비를 통과할 때 광학적으로 모니터링할 수 있습니다.SED는 장비가 위험한 정전기 수준을 생성하는지 여부를 확인하는 데 이상적입니다.각기 다른 기능을 가진 여러 가지 유형이 있습니다.그러나 ESD 이벤트가 실제로 발생했는지 여부를 확인하려면 많은 장치를 장치에서 제거하고 별도의 계측기에 배치해야 합니다.
ESD 환경에서 자동 추적
ESD 이벤트가 발생하는 경우 장치 추적 시스템에서 제공되는 데이터는 조립자가 손상된 구성 요소를 신속하게 식별하고 영향을 억제하는 데 도움이 될 수 있습니다.장치 추적 시스템 모델에서는 제조 공정 전반에 걸쳐 다양한 지점에 바코드 리더기를 설치하여 장치에 적용된 바코드(또는 2D 코드)를 판독합니다.일반적으로 바코드 판독기는 장치가 스테이션에 들어가기 전에 장치의 바코드를 스캔하고 나간 후에 다시 스캔합니다.이것은 수행된 절차의 유형, 이를 수행한 장비를 문서화하고 발생한 시간에 대한 시간/날짜 스탬프를 첨부합니다.
ESD 모니터링 기기는 모든 유형의 데이터를 출력하지만 바코드 판독기는 각 장치의 일련 번호와 기기에서 제공되는 데이터 사이의 유일한 링크를 제공합니다.예를 들어 ESD 이벤트로 인한 EMI로 인해 장비 교정이 변경된 경우, 장치 추적 시스템에서 생성된 데이터는 장비 교정이 변경된 후 손상된 보드를 구체적으로 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.중요하지 않은 데이터 때문에 더 이상 전체 로트를 뽑거나 폐기하거나 재작업할 필요가 없습니다.
바코드 판독기를 선택할 때 ESD 이벤트에 대한 추가 위험이 발생하지 않도록 주의 깊게 고려해야 합니다.인쇄 회로 기판, 집적 회로 및 기타 전기적으로 민감한 구성 요소는 일반적으로 공간을 절약하기 위해 작은 고밀도 바코드를 사용하므로 일부 판독기는 멀리서 스캔하기 어렵습니다.근접 스캔을 사용하는 경우 바코드 판독기가 비전도성 표면에서 사용되는지 여부에 따라 정전기가 발생할 수 있습니다.판독기 자체에 전하가 축적되어 민감한 구성 요소에 근접하면 ESD 이벤트가 발생하여 구성 요소가 손상될 수 있습니다.일부 제조 환경에서는 특수 정전기 방지 스프레이를 적용한 후 스캐너를 장착하여 해결 방법을 활용합니다. 이는 자체 위험이 없습니다.
첫째, 코팅은 최대 효과를 위해 해당 영역을 완전히 덮어야 합니다.발견되지 않은 지역은 여전히 위험에 노출되어 있습니다.또한 정전기 방지 스프레이는 시간이 지남에 따라 마모될 수 있으므로 적시에 교체해야 합니다.스프레이의 유효 기간을 정확하게 측정하지 않으면 회사는 너무 많이 도포하여 비용을 낭비하거나 보호되지 않은 환경에서 사용하여 구성 요소를 위험에 빠뜨립니다.대안 솔루션으로 이제 고유한 니켈 코팅 및 최대 ESD 안전을 위한 ESD 방지 라벨이 있는 소형 바코드 판독기를 사용할 수 있습니다.이 장치의 정격은 최대 8kV이며 표면 저항은 10 * 10-9Ω/inch² 미만입니다.
ESD 처리 기능 평가
2005년에 발표된 ESD 협회의 기술 로드맵에 따르면 장치의 ESD에 대한 민감도 수준은 매우 낮아질 것으로 예상되므로 어셈블러는 새로운 수준을 처리할 수 있도록 신속하게 조치를 취해야 합니다.정전기 방전 프로그램 개발을 위한 ESD 협회 표준인 ANSI/ESD S20.20 인증을 받은 조립업체는 미래의 민감한 장치를 준비하는 데 이미 많은 작업을 수행했습니다.자동화 장비의 전압 기능을 확신하지 못하는 제조업체를 위해 ESD 로드맵은 다음과 같은 방향을 제시합니다.
시설 처리 프로세스의 ESD 제어 기능을 결정합니다.
접촉에 민감한 장치가 접지되어 있는 모든 전도성 고정 장치 또는 도구를 확인하십시오.
장치에 유도된 최대 전압이 50V 미만으로 유지되는지 확인합니다.
S20.20에 요약된 요구 사항을 따르면 관리자는 시설에서 조립되는 구성 요소의 민감도 수준을 평가하고 입고 및 재고에서 조립, 테스트, 재작업 및 배송에 이르는 프로세스의 각 단계에서 ESD 문제를 식별하는 데 도움이 됩니다.적절한 ESD 대책을 사용하여 관리자는 전압 수준별로 시설의 기능을 명확히 설명하는 데 사용할 수 있는 데이터를 갖게 됩니다.
결론
소비자 전자 산업은 지난 몇 년 동안 경이적인 성장을 목격했습니다.업계 분석가들은 이러한 성장을 부분적으로는 이전에 분리된 디지털 기반 오디오, 비디오 및 정보 기술 시장이 최첨단 전자 장치를 만들기 위해 수렴한 덕분이라고 보고 있습니다.이러한 장치가 새로운 기능을 빠르게 획득함에 따라 ESD 감도도 거의 빠르게 증가하고 있습니다.미래의 전자 제조 분야에서 경쟁력을 갖추기 위해 설비는 현재 ESD 제어를 마스터하기 위해 노력해야 합니다.
