تخلیه الکترواستاتیکی و تاثیر آن بر روی چیپ های LED

بخش اول- مقدمه

برای بسیاری از مردم، الکتریسیته ساکن کمی بیشتر از شوکی است که هنگام لمس دستگیره فلزی در، پس از راه رفتن در یک اتاق فرش شده  تجربه می شود. تخلیه الکترواستاتیک (ESD) انتقال بار الکتریکی بین دو جسم است. یک مثال متداول، شوک ساکنی است که فرد پس از راه رفتن برروی فرش و سپس لمس یک جسم فلزی مانند کمد تجربه می کند. "شوک" در نقطه تماس احساس می شود و به طور معمول با یک جرقه کوچک و صدای خفیف کوبشی همراه است. مردم ESD را به عنوان یک تنش لحظه ای تجربه می کنند. شوک ساکن (static shock) احساس می شود اما هیچ آسیب فیزیکی به فرد وارد نمی شود. با این حال، در طول فعالیت های روزمره، این امکان وجود دارد که ESD را بتوان در یک قطعه از تجهیزات الکترونیکی (به جای یک کابینت) تخلیه کرد در این حالت، فرد در خطر نیست، اما جریان و ولتاژ ناشی از رویداد ESD می تواند باعث ایجاد اختلال الکترونیکی یا آسیب دائمی به قطعات و تجهیزات شود.

چرا بعضی از افراد نسبت به بقیه بیشتر این شوک را تجربه می کنند؟

  • برخی از افراد نسبت به سایرین نسبت به شوک های ساکن حساسیت بیشتری دارند. برای اکثر افراد، آستانه احساس شوک های استاتیک در محدوده ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ ولت است.
  • شما الکتریسیته ساکن بیشتری نسبت به دیگران ذخیره می کنید. این بستگی به اندازه بدن و ضخامت کف کفش شما دارد.
  • ممکن است بار بیشتری نسبت به دیگران ایجاد کنید. این امر می تواند به دلیل جنس زیره کفش یا نحوه راه رفتن شما باشد. اگر هنگام نشستن دچار یک رویداد ESD می‌شوید، ممکن است به دلیل جنس لباس‌های شما و میزان استاتیکی باشد که روی صندلی شما ایجاد می‌کند.

آیا آب و هوا بر الکتریسیته ساکن تأثیر می گذارد؟

هنگامی که هوا خشک است، تجمع بار استاتیک افزایش می یابد، بنابراین مشکلات و اثرات استاتیکی اغلب در شرایط هوای خشک مشاهده می شود. وقتی هوا سرد است هوای بیرون می تواند بسیار خشک باشد. سیستم گرمایش مرکزی یا تهویه هوا می تواند شرایط بسیار خشکی را در داخل خانه ایجاد کند که الکتریسیته ساکن را افزایش می دهد. گرما باعث گرم شدن هوا و کاهش رطوبت آن می شود. شوک های ساکن اغلب در آب و هوای سرد و خشک به خصوص زمانی که یک محیط دارای سیستم گرمایش مرکزی هستند، مشاهده می شوند. معمولاً هنگامی که هوا مرطوب تر می شود، شوک های ساکن ناپدید می شوند. شوک های ساکن همچنین می تواند در ساختمان های دارای تهویه مطبوع در هوای گرم رخ دهد.

بخش دوم- مروری بر ESD

الکتریسیته ساکن برای قرن ها یک مشکل جدی صنعتی بوده است. اصول ESD برای اولین بار در سال ۲۰۰۱ توسط انجمن ESD توسعه یافت. در اوایل دهه ۱۴۰۰، قلعه‌های اروپا و کارائیب از روش‌ها و دستگاه‌های کنترل استاتیک برای جلوگیری از اشتعال تخلیه الکترواستاتیک انبارهای پودر سیاه استفاده می‌کردند. در دهه ۱۸۶۰، کارخانه‌های کاغذ در سراسر ایالات متحده از زمین‌کردن، تکنیک‌های یونیزاسیون شعله و بشکه های بخار برای دفع الکتریسیته ساکن در طی فرآیند خشک کردن کاغذ استفاده می‌کردند. هر فرآیند تجاری و صنعتی در طی زمان، مشکلاتی با شارژ و تخلیه الکترواستاتیکی دارد. مهمات و مواد منفجره، پتروشیمی، داروسازی، کشاورزی، چاپ و هنرهای گرافیک، نساجی، نقاشی و پلاستیک تنها برخی از صنایعی هستند که کنترل الکتریسیته ساکن در آنها اهمیت بسزایی دارد.

عصر الکترونیک مشکلات جدید مرتبط با الکتریسیته ساکن و تخلیه الکترواستاتیک را به همراه دارد و با افزایش سرعت و کوچکتر شدن وسایل الکترونیکی، حساسیت آنها به ESD افزایش یافته است. امروزه ESD بر بهره وری و قابلیت اطمینان محصول، تقریباً در هر جنبه ای از محیط الکترونیک جهانی تأثیر می گذارد.

علیرغم تلاش زیاد در طول بیست و پنج سال گذشته، ESD هنوز بر بازده تولید، هزینه‌های ساخت، کیفیت محصول، قابلیت اطمینان محصول و سودآوری تأثیر می‌گذارد. هزینه خود دستگاه های آسیب دیده از چند سنت برای یک دیود ساده تا هزاران دلار برای مدارهای مجتمع پیچیده متغیر است. به طور کلی، اگر تخلیه به پوسته فلزی (محفظه) تجهیزات باشد، این وضعیت مشکلی ندارد. هنگامی که این اتفاق می افتد، جریان ESD به طور ایمن از بدنه ی فلزی تجهیزات به زمین سیستمی که معمولاً به آن متصل است هدایت می شود. با این حال، این احتمال وجود دارد که جریان ESD بتواند مستقیماً به گذرگاه ارتباطی (دیتا، سیگنال و خطوط کنترل) تجهیزات متصل شود. در این رویداد، IC ها و ASIC ها در معرض جریان و ولتاژ رویداد ESD قرار می گیرند و ممکن است آسیب ببینند.

هنگامی که هزینه های مربوط به تعمیر و راه اندازی مجدد، حمل و نقل، نیروی کار و ... در نظر گرفته شود، به وضوح می توان به اهمیت کنترل ESD پی برد. تقریباً همه هزاران شرکتی که در تولید لوازم الکترونیکی فعالیت می کنند، به عناصر اساسی و پذیرفته شده در صنعت کنترل استاتیک توجه می کنند. استانداردهای صنعتی امروزه برای راهنمایی تولیدکنندگان در ایجاد تکنیک های کاهش استاتیکی و کنترل اساسی در دسترس هستند. بعید است که هر شرکتی که کنترل استاتیک را نادیده می گیرد بتواند قطعات الکترونیکی سالم را با موفقیت تولید و تحویل دهد.

محافظت از محصولات شما در برابر اثرات آسیب استاتیکی با درک مفاهیم کلیدی مرتبط با الکترواستاتیک و تخلیه الکترواستاتیک آغاز می شود. این مقاله به تأثیر بهره وری ESD و قابلیت اطمینان محصول می پردازد.

توجه- اقدامات احتیاطی برای دست زدن به دستگاه های حساس به تخلیه الکترواستاتیک را رعایت کنید

بخش سوم- مبانی ESD

با افزایش بازدهی و فشرده شدن LED ها، حساسیت آنها به حوادث ناشی از ESD نیز در اکثر موارد افزایش می یابد. علیرغم تلاش زیاد در صنعت نیمه هادی در دهه گذشته، ESD همچنان بر تمامی دستگاه های نیمه هادی از جمله LED تأثیر می گذارد. هزینه‌ی خود دستگاه آسیب‌دیده اغلب ناچیز است، اما هزینه‌های مرتبط مانند تعمیر و راه اندازی مجدد، حمل‌ونقل، نیروی کار و سایر هزینه ها را نیز شامل می شود و واضح است که نیاز به درک نحوه کار و پردازش دستگاه‌هایی که به ESD حساس هستند وجود دارد.

در وهله اول، درک کنترل تخلیه الکترواستاتیک (electrostatic discharge) با درک چگونگی وقوع بار الکترواستاتیک

 (electrostatic charge) آغاز می شود. بار الکترواستاتیکی معمولاً از تماس و جداسازی دو ماده ایجاد می‌شود که به آن

«tribo-electric charging » یا «الکتریسیته مالشی» می‌گویند. شکل ۱ را نگاه کنید. این فرآیند شامل انتقال الکترون بین مواد است. هنگامی که دو ماده در تماس قرار می گیرند و سپس از هم جدا می شوند، الکترون های دارای بار منفی از سطح یک ماده به سطح ماده دیگر منتقل می شوند. اینکه کدام ماده الکترون از دست می دهد و کدام الکترون به دست می آورد به ماهیت دو ماده بستگی دارد. ماده ای که الکترون از دست می دهد دارای بار مثبت می شود، در حالی که ماده ای که الکترون می گیرد دارای بار منفی است.

شکل ۱: اصل الکتریسته مالشی

برای مثال، شخصی که روی زمین راه می‌رود، در اثر تماس کف کفش با زمین و سپس جدا شدن کفش از سطح زمین، الکتریسیته ساکن تولید می‌کند. زمانیکه یک وسیله الکترونیکی که در داخل یا خارج از یک محفظه یا لوله می لغزد، بار الکترواستاتیکی ایجاد می‌کند، زیرا محفظه و  قسمت های فلزی دستگاه چندین بار تماس و جداسازی با سطح ایجاد می‌کنند. در حالی که ممکن است مقدار بار الکترواستاتیک در این مثال ها متفاوت باشد، اما در هر کدام از این موارد الکتریسیته ساکن تولید می شود.

جدول ۱: سطوح افزایش ولتاژ معمولی با روش های مختلف تولید

مکانیزم این فرآیند تماس مواد، انتقال الکترون و جداسازی در واقع پیچیده‌تر از آنچه که در اینجا توضیح داده شده می باشد. میزان بار ایجاد شده توسط الکتریسیته مالشی تحت تأثیر عوامل زیر است:

  • ناحیه تماس
  • سرعت جداشدن
  • رطوبت نسبی
  • و عوامل دیگر

هنگامی که روی یک ماده، بارایجاد می شود این بار به یک بار "الکترواستاتیک" تبدیل می شود. این بار ممکن است به دور از ماده منتقل شود و یک رویداد تخلیه الکترواستاتیکی (ESD) ایجاد کند (جهش ولتاژ). عوامل دیگر مانند مقاومت مدار تخلیه (the resistance of the actual discharge circuit) و مقاومت تماسی (contact resistance) مربوط به سطوح تماس نیز بر بار واقعی تأثیر می گذارد که می تواند باعث آسیب شود.

جدول ۱ سطح جهش ولتاژ را با شیوه های مختلف تولید و میزان نسبی رطوبت نسبی نشان می دهد.

آسیب ESD معمولاً توسط یکی از سه رویداد زیر ایجاد می شود:

  • تخلیه الکترواستاتیک مستقیم به دستگاه (direct electrostatic discharge to the device)
  • تخلیه الکترواستاتیک از دستگاه (electrostatic discharge from the device)
  • تخلیه ناشی از میدان القایی(field-induced discharges)

آسیب به وسیله رویداد  ESDبه یک دستگاه (electrostatic discharge sensitive) ESDS (حساس به تخلیه الکترواستاتیک)، با توانایی دستگاه در اتلاف انرژی تخلیه ( ability to dissipate the energy of the discharge) یا مقاومت در برابر سطوح ولتاژهای درگیر در ESD تعیین می شود. که این امر به عنوان "حساسیت ESD" دستگاه شناخته می شود.

 

تخلیه به دستگاه (Discharge to the device) :

یک رویداد ESD ممکن است زمانی رخ دهد که هر رسانای باردار (از جمله بدن انسان) به یک دستگاه ESDS تخلیه شود. شایع ترین علت آسیب الکترواستاتیک، انتقال مستقیم بار الکترواستاتیک از بدن انسان یا یک ماده باردار به دستگاه حساس به تخلیه الکترواستاتیک (ESDS) است. مدل مورد استفاده برای شبیه سازی این رویداد، مدل بدن انسان (HBM) است. تخلیه مشابهی می تواند از یک جسم رسانای باردار مانند یک ابزار فلزی یا فیکسچر رخ دهد. مدلی که برای توصیف این رویداد استفاده می شود به عنوان مدل ماشین (MM) شناخته می شود.

مدل HBM: مطابق با ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2017، مدل بدن انسان متداول‌ترین مدل برای طبقه‌بندی حساسیت دستگاه به ESD است و این مدل توسط OSRAM Opto Semiconductors برای طبقه‌بندی دستگاه‌های خود استفاده می‌شود. مدل تست HBM نشان دهنده تخلیه از نوک انگشتان یک فرد در حالت ایستاده است که به دستگاه تحویل داده می شود. توسط یک خازن(C1) PF  ۱۰۰ که از طریق یک المان سوئیچینگ (S1) و یک مقاومت سری (R1) 1.5kΩ   تخلیه می شود، مدل سازی شده است. یک مدار معمولی با مدلسازی بدن انسان، همانطور که در ANSI/ ESDA/JEDEC JS-001-2017 توضیح داده شده است، در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل ۲: مدار معادل HBM ESD

مدل MM: تخلیه ای شبیه به رویداد HBM می تواند از یک جسم رسانای باردار، مانند ابزار یا وسایل فلزی، رخ دهد. این مدل که در نتیجه تلاش برای مدلسازی بدترین حالت HBM است و در ژاپن ایجاد شده، به عنوان مدل ماشین (MM) شناخته می‌شود. این مدل ESD از یک خازن pF  ۲۰۰تشکیل شده است و مستقیماً در یک المان، بدون مقاومت سری تخلیه می شود (شکل ۳).

شکل ۳:  نمودار مدار مدل ماشین

مدل ماشین به عنوان بدترین مدل بدن انسان، ممکن است بسیار بغرنج باشد. با این حال، موقعیت‌های واقعی که این مدل نشان‌دهنده آن است، وجود دارد. به عنوان مثال تخلیه سریع از مجموعه برد شارژ شده یا از کابل‌های شارژ شده یک تستر اتوماتیک. نسخه MM مقاومت ۱٫۵ کیلو اهم ندارد، اما در غیر این صورت برد تست و سوکت مانند تست HBM است. همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است، اندوکتانس سری، المان پارازیتی غالب است که شکل موج مدل ماشین نوسانی را شکل می دهد.

تخلیه از دستگاه (Discharge from the device):

انتقال بار از دستگاه ESDS نیز یک رویداد ESD است. ممکن است بار استاتیک از طریق جابجایی یا تماس با مواد بسته بندی، سطوح کار یا سطوح ماشین، روی خود دستگاه ESDS انباشته شود. این امر اغلب زمانی اتفاق می‌افتد که یک دستگاه در یک سطح حرکت می‌کند یا در طی مراحل بسته‌بندی می‌لرزد. مدل مورد استفاده برای شبیه سازی انتقال بار از دستگاه ESDS، به عنوان مدل دستگاه بار (CDM) (the Charged Device Model) نامیده می شود. ظرفیت و انرژی درگیر در تخلیه از دستگاه با تخلیه به دستگاه ESDS متفاوت است. در برخی موارد، یک رویداد CDM می‌تواند برای برخی دستگاه‌ها مخرب‌تر از HBM باشد. همچنین ممکن است این قطعات در هنگام مونتاژ با تجهیزات اتوماتیک نسبت به آسیب حساس تر باشند.

مدل CDM: انتقال بار از دستگاه ESDS نیز یک رویداد ESD است. یک دستگاه ممکن است باردار شود. به عنوان مثال،لغزش به سمت پایین فیدر (feeder) در یک مونتاژ اتوماتیک. سپس اگر با سر یا سطح رسانای دیگری تماس پیدا کند، ممکن است تخلیه سریع از دستگاه به جسم فلزی رخ دهد. این رویداد به عنوان مدل دستگاه بار (CDM) شناخته می شود. برای اطلاعات بیشتر لطفا به ANSI/ESDA/JEDEC JS-002-2014 مراجعه کنید.

تخلیه ناشی از میدان القایی:رویداد دیگری که می تواند به طور مستقیم یا غیرمستقیم به دستگاه ها آسیب برساند Field Induction نامیده می شود. همانطور که قبلا ذکر شد، هرگاه جسمی به صورت الکترواستاتیکی باردار شود، یک میدان الکترواستاتیک مرتبط با آن بار وجود دارد. اگر یک دستگاه ESDS در آن میدان الکترواستاتیک قرار گیرد، ممکن است باری بر روی دستگاه القا شود. اگر دستگاه به طور لحظه ای در حالی که در میدان الکترواستاتیکی است زمین شود، انتقال بار از دستگاه به عنوان یک رویداد CDM رخ می دهد. اگر دستگاه از ناحیه میدان الکترواستاتیک خارج شود و دوباره به زمین متصل شود، رویداد CDM دوم با انتقال بار (با قطبیت مخالف رویداد اول) از دستگاه رخ خواهد داد.

بخش چهارم- محصولات OSRAM Opto Semiconductors و حساسیت ESD آنها

سری محصولات OSRAM Opto Semiconductors همه چیز را از پکیج های با مقیاس کوچک با اندازه‌های چیپ از ۱۰۰ میکرومتر تا ۳۰۰ میکرومتر، برای کاربردهای کم‌مصرف تا پکیج های بزرگ‌تر و ماژول‌های LED برای کاربردهای با توان بالا را شامل می شود. برای اطلاع از جزئیات لطفا به آخرین ورژن کاتالوگ محصولات مراجعه کنید. به گفته ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 ، پکیج های بزرگ‌تر معمولاً دارای اندازه‌های چیپ‌های بزرگ‌تر از ۵۰۰ میکرومتر هستند و اغلب دارای یک دیود ESD هستند تا حفاظت ESD را در برابر ولتاژ تا ۸ کیلو ولت را فراهم کنند. به عنوان مثال، شکل ۴ پکیج OSLON® Boost که شامل دیود حفاظتی ESD می باشد را نشان می دهد.

شکل ۴: ترتیب OSLON® Boost با دیود حفاظتی ESD

برای برخی از دستگاه های LED، بنا به دلایلی به عنوان مثال، محدودیت فضا ترکیب یک دیود حفاظتی ESD با ساختار چیپ غیرممکن است. (شکل ۵). این دستگاه ها می توانند ولتاژ مقاومت ESD بسیار کمتری داشته باشند که می تواند به اندازه JEDEC JS001 Class 0 (HBM) کم باشد. برای جزئیات لطفاً به دیتاشیت مربوطه مراجعه کنید.

شکل ۵: Micro SIDELED® ۳۰۳۰  با چیپ ThinGaN و بدون دیود محافظ ESD، به دلیل محدودیت فضا (ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 (HBM, Class 0))

بخش پنجم - ملاحظات طراحی مدار

شکل ۶: قراردادن یک دیود زنر معکوس به صورت موازی با رشته LED

ولتاژ شکست:

هنگامی که Surge رخ می دهد (شکل ۷ را ببینید) و از حداکثر درجه بندی LED فراتر می رود، دیود زنر یک مسیر جایگزین برای کانالیزه کردن جریان ارائه می دهد.

شکل ۷: متداول ترین شکل موج تخلیه ESD تعریف شده توسط IEC 61000- 4-2 [4]

یک پارامتر مهم، ولتاژ شکست (breakdown voltage) یا (VBR) است که لازم است که از کل forward Voltage، برای LED ها بیشتر باشد تا از عملکرد مدار در شرایط عادی اطمینان حاصل شود.

زمان پاسخ:

زمان پاسخگویی دیود حفاظتی اختصاصی باید سریعتر از LEDها باشد. بنابراین این مکانیسم می تواند به طور موثر قبل از اینکه یک پالس باعث آسیب به LED ها شود، کار کند. با توجه به کوتاه بودن زمان سوئیچینگ LED ها، زمان پاسخگویی دستگاه حفاظتی در محدوده نانوثانیه یا کمتر قرار می گیرد. توجه داشته باشید که این مشخصه باید در هر دو جهت از آند به کاتد و بالعکس در نظر گرفته شود.

تعیین مکان:

یک دستگاه حفاظت ESD باید در نزدیکی ورودی برق قرار داده شود تا از کل ماژول در برابر نوسانات ورودی برق محافظت شود. با این حال، برای جلوگیری از آسیبی که از منابع دیگر رخ می دهد، به عنوان مثال آسیب ناشی از لمس PCB. مناسب ترین مکان، نزدیک ترین مکان به مدار محافظت شده، یعنی LED ها است. بنابراین تعیین روش مناسب برای مکان یابی المان از یک مورد به مورد دیگر متفاوت است. طراح ابتدا باید مشخص کند که بیشترین آسیب احتمالی از کجا می تواند باشد.

اقدامات احتیاطی ذکر شده در بالا باید قبل از اینکه طراح اقدام به انتخاب وسایل حفاظتی مناسب کند، بررسی شود.

بخش ششم- علائم معمول آسیب ESD

آسیب ESD معمولاً توسط پالس های کوتاه با توان بالا با طول پالس زیر ns  ۱۰۰ ایجاد می شود. نشت انرژی در ساختار ماده، به دلیل تخلیه (رویداد ESD) باعث ایجاد حفره های ذوب در نیمه هادی ها می شود. در نتیجه گاهی اوقات ضربه ناشیاز حرارت با خطوط شکاف کوچک سطح LED ترکیب می شود (شکل ۸). بنابراین، رویداد ESD همیشه روی سطح چیپ قابل مشاهده نیست، اما از ویژگی الکتریکی LED قابل درک است.

شکل ۸: آسیب ESD (3 کیلوولت، تجزیه و تحلیل با FIB و SEM)

ممکن است در اثر فشار بیش از حد الکتریکی(electrical overstress) (EOS)، تخریب عظی در سطوح ایجاد شود. مانند ذوب طلا (Au) یا نیترید و عمدتاً در لبه باند پد (bond pad) مشاهده می شود (شکل ۹ را ببینید). برخلاف ESD، یک آسیب EOS روی پالس‌های نسبتا طولانی (میلی‌ثانیه) با توان کمتر اما انرژی بالا ایجاد می‌ شود.

شکل ۹: آسیب EOS (تحلیل با FIB و SEM)

با این حال، تشخیص واضح و تمایز بین این دو اثر اغلب غیرممکن است، زیرا آنها می توانند به صورت ترکیبی ظاهر شوند یا در اثر سطح توان های مبهم یا در طول پالس ایجاد شوند.

علل احتمالی:

تخلیه ساکن (Static discharge) تقریباً همیشه با موارد زیر مرتبط است:

  • با افراد
  • نوع مواد
  • لباس هایی که افراد می پوشند
  • همچنین تجهیزات مرتبط با جابجایی

تکنیک های تحلیلی:

       ۱٫مشخصات الکتریکی(Electrical characterization) – منحنی نگار(Curve tracer)

       ۲٫ آشکارساز نوری(Optical detection) - میکروسکوپ نوری(Optical microscopy)

       ۳٫ شناسایی فیزیکی(Physical identification) - میکروسکوپ الکترونی روبشی(Scanning electron microscope)

بخش هفتم- چه جاهایی باید مراقب ESD بود؟

همه افرادی که با دستگاه های حساس ESD کار می کنند باید از حفاظت ESD آگاه باشند و باید اقدامات مناسب را برای جلوگیری از ESD انجام دهند. این اقدامات شامل بررسی موارد زیر می باشد:

  • بازبینی و بازرسی ورودی
  • خط تولید
  • تست و بازرسی خروجی
  • بسته بندی
  • مخازن و انبار
  • واحد حمل و نقل
بخش هشتم- راهکار هایی برای کنترل ESD

۱-سیستم های اتصال / زمین کردن:

 سیستم های اتصال به زمین برای اطمینان از اینکه آیتم های مرتبط به ESDS، اجزا و سایر هادی ها (مانند تجهیزات متحرک) در پتانسیل الکتریکی یکسانی هستند، استفاده می شود. حداقل، آیتم های ESDS، اجزا و سایر رساناهای مرتبط باید به هم وصل یا به صورت الکتریکی به هم متصل باشند. لطفا توجه داشته باشید که اتصال زمین ESD، زمین سخت معمولی نیست (ارت حفاظتی PE).

۲-زمین کردن اشخاص:

همه پرسنل باید هنگام کار با آیتم های حساس ESD به زمین یا زمین ساختگی متصل و یا به صورت الکتریکی وصل شوند. هنگامی که پرسنل در ایستگاه های کاری حفاظتی ESD مستقر می شوند، باید از طریق یک سیستم مچ بند به زمین مشترک متصل شوند.

 

۳-مناطق حفاظت شده:

 جابجایی قطعات و تجهیزات و مونتاژ ESDS، در صورتی که بدون پوشش یا بسته بندی محافظ ESD باشد، باید در یک منطقه حفاظت شده انجام شود (شکل ۱۰). علائم احتیاط که نشان دهنده وجود منطقه حفاظت شده می باشد، باید نصب شده و برای پرسنل قبل از ورود به منطقه حفاظت شده به وضوح قابل مشاهده باشد. آیتم های ESDS اگر در منطقه محافظت شده نیستند باید در بسته بندی محافظ ESD بسته بندی شوند. دسترسی به منطقه حفاظت شده باید به پرسنلی محدود شود که آموزش مناسب ESD را گذرانده باشند. پرسنل آموزش دیده باید افراد آموزش ندیده را در حین حضور در یک منطقه حفاظت شده همراهی کنند. همه عایق‌های غیرضروری، مانند آن‌هایی که از پلاستیک و کاغذ ساخته شده‌اند (مانند فنجان‌های قهوه، بسته‌بندی غذا و وسایل شخصی) باید از ایستگاه کاری خارج شوند. اگر میدان الکترواستاتیک به عنوان یک تهدید در نظر گرفته شود، باید در محل کار از روش‌های یونیزاسیون یا سایر روش‌های کاهش بار برای خنثی‌سازی میدان‌های الکترواستاتیک روی تمام عایق‌های ضروری (مانند قطعات دستگاه ESDS، حامل‌های دستگاه و ابزارهای تخصصی) استفاده شود.

شکل ۱۰: مثالی از منطقه حفاظتی ESD

۴-بسته بندی:

بسته بندی محافظ ESD و علامت گذاری آن باید مطابق با توصیه های استاندارد باشد. برای برخی فرآیندهای تجاری، بسته بندی محافظ ESD را می توان در قرارداد، سفارش خرید، نقشه یا سایر اسناد تعریف و ثابت کرد. بسته بندی باید برای جابجایی مواد در مناطق حفاظت شده، بین محل کار و محل اجرای عملیات و خدمات تعریف شود.

 

۵-علامت گذاری(Marking):

مجموعه‌های ESDS و تجهیزات حاوی قطعات و مجموعه‌های ESDS باید با نماد احتیاط ESD علامت‌گذاری شوند (به عنوان مثال EOS/ESD S8.1). نماد و علامت احتیاط ESD همچنین باید روی تجهیزات در موقعیتی قرار گیرد که به راحتی برای پرسنل قابل مشاهده باشد.همانطوریکه در شکل زیر مشاهده می کنید ۲ نماد برای بیان حفاظت درمقابل ESD برای تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی وجود دارد:   نماد حساسیت به ESD  و   نماد حفاظتی در برابر  ESD.

شکل ۱۱: نمادهای احتیاط ESD

نماد حساسیت به ESD (ESD Susceptibility Symbol):

   نماد حساسیت ESD رایج ترین نماد شناخته شده است که از یک دست زرد در هنگام رسیدن تشکیل شده است که توسط یک نوار حذف می شود. همه ی این موارد درون یک مثلث سیاه قرار گرفته اند. هدف آن شناسایی دستگاه ها و مجموعه هایی است که مستعد ESD هستند.

   موارد استفاده از نماد حساسیت ESD:

  • در مورد اجزای و اسناد مربوطه برای بیان اینکه: "این دستگاه حساس به استاتیک است. بدون اقدامات احتیاطی مناسب دست نزنید"
  • به عنوان یکی از علامت هایی که در منطقه ای بکار برده می شود که در آن دستگاه های حساس جابجا می شوند. به همه کسانی که به آن نزدیک می شوند هشدار می دهد که اقدامات احتیاطی لازم است.

   رنگ نماد حساسیت ESD:

   رنگ اختیاری است به جز اینکه رنگ قرمز نباید استفاده شود زیرا این رنگ نشان دهنده ی وقوع خطر برای پرسنل می باشد.

نماد حفاظتی ESD (ESD Protective Symbol):

   درست مانند نماد حساسیت ESD، نماد محافظتی ESD نیز دارای یک دست در یک مثلث است. با این حال، به قوس بریده شده در دور مثلث توجه کنید! به همین دلیل این نماد تفاوت معنایی بسیاری با نماد قبلی دارد. این نماد باید روی محصولات حفاظتی ESD باشد که اشاره به محصولی ویژه است که  حداقل یک ویژگی کنترل ESD را دارد. نماد حفاظتی ESD نماد بسته بندی ESD (ESD Packaging Symbol) نیز نامیده می شود.

   اگر حرفی زیر مثلث باشد، باید مهمترین ویژگی کنترل ESD را مشخص کند:

   L: بار کم (Low Charging)

   D: استاتیک اتلاف کننده (Static Dissipative)

   C: رسانا EPA (برای استفاده در منطقه حفاظت شده ESD)

   موارد استفاده از نماد حفاظتی ESD:

   نماد حفاظتی ESD ممکن است برای شناسایی مواردی استفاده شود که دارای حداقل یک ویژگی کنترل ESD هستند:

  • بار کم (که قبلا به عنوان استاتیک یا آنتی استاتیک شناخته می شد)
  • مقاومت (رسانا یا استاتیک اتلاف کننده) قادر به حذف بارهای الکترواستاتیک در هنگام اتصال به زمین
  • محافظ تخلیه

نماد حساسیت در مقابل ESD چاپ شده بر روی ماژول های LED سایان الکتریک

در تصویر  بالا دو نمونه از ماژول های طراحی شده توسط شرکت سایان الکتریک را مشاهده می کنید. شرکت سایان الکتریک از چیپست های شرکت اسرام در طراحی ماژول های خود بهره می برد و با توجه به دیتاشیت این چیپست ها، در مقابل ولتاژهای ۲ تا ۸ کیلوولت از نظر EDS ایمن هستند. با این حال سایان الکتریک از نماد حساسیت به ESD (ESD Susceptibility Symbol) بر روی ماژول استفاده می کند تا یادآور این نکته باشد که  بدلیل اینکه ولتاژ بدن انسان گاهی اوقات بیشتر از این مقدار است، برای محافظت از ماژول ها بهتر است که با دست لمس نشوند.

نماد مقابل نیز گاها در تجهیزات حساس به تخلیه الکترواستاتیکی استفاده می شود و بیان کننده این است که این دستگاه الکترونیکی حساس را در نزدیکی میدان های قوی الکترواستاتیک، الکترومغناطیسی، مغناطیسی یا رادیواکتیو، حمل و نقل یا انبار نکنید.

۶-تجهیزات:

  • ابزارهای AC

بخش کار ابزارهای برق AC باید قادر به ارائه یک مسیر رسانا به زمین باشد. در ابزارهای دستی جدید مانند آهن لحیم کاری معمولاً باید مقاومت نوک به زمین کمتر از Ω ۱داشته باشند.

 توجه : این مقاومت ممکن است در طی استفاده افزایش یابد، اما برای اهداف تأییدی باید کمتر از Ω ۲۰ باشد.

  • تغذیه باتری و ابزار دستی پنوماتیک(Battery powered and pneumatic hand tools):

تغذیه باتری و ابزار دستی پنوماتیک در حالی که در دست هستند باید در برابر زمین مقاومتی کمتر از ۱ x 1012 Ω داشته باشند.

  • کنترل کننده های اتوماتیک(Automated handlers):

برای همه المان های رسانا یا اتلاف استاتیک و تجهیزات حمل اتوماتیک قطعات، چه به صورت ساکن و چه در حال حرکت، باید یک مسیر رسانای پیوسته متصل به زمین، فراهم کنند. تجهیزات باید تولید بار آیتم های ESDS را به حداقل برساند. در مواردی که وجود مواد عایق در مسیر دستگاه ضروری است، طراحی باید به صورتی باشد که میدان های الکتریکی و بار وارد شده به دستگاه های در حال جابجایی را به حداقل برسانند.

 

۷-مدیریت:

رویه های مدیریت حفاظتی ESD باید ایجاد، مستندسازی و اجرا شود. برای همه مناطقی که آیتم های ESDS به صورت دستی یا اتوماتیک پردازش می شوند، روش های رسیدگی لازم است. هنگامی که آیتم های ESDS خارج از پوشش یا بسته بندی محافظ خود هستند، فقط باید در یک منطقه حفاظت شده نگهداری شوند.

جدول ۲: توصیه برای استفاده از محصولات کنترل ESD

بخش نهم- نظارت بر برنامه کنترل ESD

هنگامی که یک برنامه کنترل ESD پیاده سازی شد، به طور معمول لازم است برنامه نظارت شود تا مطمئن شوید که هر عنصر به درستی کار می کند. جدول ۳ توصیه هایی را برای فواصل زمانی برای پایش ESD ارائه می دهد. جدول، معیارهای طبقه بندی ESD را بر اساس ANSI/ ESDA/JEDEC JS-002 (CDM) نشان می دهد. همچنین چک لیست رعایت نکات ایمنی مربوط به ESD را می توانید از اینجا دانلود و مشاهده کنید.

جدول ۳: فواصل زمانی برای نظارت ESD

جدول ۴: معیارهای طبقه بندی ESD بر اساس ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 (HBM)

جدول ۵: معیارهای طبقه بندی ESD بر اساس ANSI/ESDA/JEDEC JS-002 (CDM)


References:

[۱] JEDEC Solid State Technology Association, https://www.jedec.org/.

 [۲] ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2017, Human Body Model (HBM) — Component Level.

[۳] JEDEC JEP 172A, Discontinuing Use of the Machine Model for Device ESD Qualification, 2015.

 [۴] ANSI/ESDA/JEDEC JS-002-2014, Charged Device Model (CDM) — Device Level.

 [۵] IEC 61000-4-2:2008, Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4-2: Testing and measurement techniques — Electrostatic discharge immunity test.

 [۶] IEC 61340-5-1:2016, Electrostatics — Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena — General requirements.

[۷] ANSI/ESD S20.20-2014, Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment (Excluding Electrically Initiated Explosive Devices).

 [۸] Stephen A. Halperin, Guidelines for Static Control Management, Eurostat, 1990.

 [۹] ESD TR 20.20:2008, ESD Handbook, Electrostatic Discharge Association, Rome, NY, USA, 2008.

[۱۰] http://eesemi.com/

 [۱۱] EOS/ESD Association, Inc., https://www.esda.org/

 [۱۲] Stat-X Deutschland GmbH, https://www.stat-x.biz/en/expertise/ standards/

[۱۳] https://www.xerox.com/downloads/usa/en/e/ehs_facts_about_esd.pdf

[۱۴] https://scs-static-control-solutions.blog/2018/06/28/esd-symbols-you-need-to-know

 

تهران، بلوار آفریقا، نبش کوچه طاهری، برج مرکز تجارت ایران، طبقه ۱۱، واحد ۱ 26291971-021 ... 26291978-021
021-91009719