Pertimbangan Teknis untuk Mengontrol ESD (Tape) di Manufaktur Elektronik

Menguasai kontrol ESD selalu penting untuk mencapai hasil produksi yang tinggi, dan itu akan menjadi lebih penting dalam beberapa tahun ke depan.Sementara industri memiliki pemahaman yang kuat tentang keselamatan ESD dalam operasi manual yang melibatkan personel, ada ruang untuk perbaikan dalam aplikasi otomatis.Agar efektif, program kontrol ESD harus memastikan bahwa peralatan penanganan otomatis mampu menangani perangkat masa depan yang sangat sensitif.

Biaya ESD

ESD berdampak pada produktivitas dan keandalan produk di hampir setiap aspek lingkungan elektronik.Terlepas dari upaya yang dilakukan selama dekade terakhir, ESD masih merugikan industri elektronik miliaran dolar setiap tahun.Pakar industri mengaitkan sekitar 8 hingga 33% dari semua kerugian produk disebabkan oleh ESD.Biaya individu perangkat ini sendiri berkisar dari beberapa sen untuk dioda sederhana hingga beberapa ratus dolar untuk hibrida kompleks.Namun, kerusakan ESD memengaruhi lebih dari sekadar hilangnya perangkat.Ini mempengaruhi hasil produksi, biaya produksi, kualitas dan keandalan produk, hubungan pelanggan, dan akhirnya, profitabilitas.

Untuk fasilitas otomatis saat ini, metode konvensional kontrol ESD harus diperiksa ulang dan metode baru diterapkan.Peralatan perakitan otomatis mampu memproses 4.000 hingga 20.000 komponen per jam.Pada kecepatan ini, peralatan yang dirancang dengan buruk yang diizinkan untuk mengisi daya perangkat dapat merusak sejumlah besar komponen dalam waktu yang sangat singkat.Mungkin yang lebih penting, peristiwa ESD pada gilirannya dapat merusak peralatan otomatis.

ESD menghasilkan sejumlah besar interferensi elektromagnetik (EMI).EMI yang dihasilkan dari peristiwa ESD seringkali cukup kuat untuk mengganggu pengoperasian peralatan produksi.Peralatan yang dikendalikan oleh mikroprosesor sangat rentan terhadap kerusakan karena beroperasi dalam rentang frekuensi yang sama dengan EMI dari kejadian ESD.Sering disalahartikan sebagai kesalahan perangkat lunak atau kesalahan dalam sistem, EMI dapat menyebabkan berbagai masalah pengoperasian peralatan, seperti penghentian, kesalahan perangkat lunak, pengujian, dan ketidakakuratan kalibrasi serta kesalahan penanganan.Semua dapat menyebabkan kerusakan komponen fisik yang signifikan dan mempengaruhi hasil produksi.Pengaruh EMI cenderung bersifat acak dan dapat mempengaruhi peralatan di seluruh ruangan, tetapi membiarkan peralatan di mana peristiwa ESD terjadi tidak tersentuh.Hal ini dapat membuat lokasi acara ESD sulit ditemukan.

Apa itu ESD?

ESD, secara sederhana dinyatakan, adalah transfer cepat muatan elektrostatik antara dua benda.ESD terjadi ketika dua objek dengan potensi yang berbeda bersentuhan langsung satu sama lain.Pengisian terjadi ketika permukaan satu benda memperoleh elektron menjadi bermuatan negatif dan benda lain kehilangan elektron dari permukaannya menjadi bermuatan positif.Pengisian triboelektrik terjadi ketika hasil transfer elektron dari dua benda yang bersentuhan satu sama lain dan kemudian berpisah.Salah satu dari tiga kejadian biasanya merupakan penyebab kerusakan ESD pada perangkat: pelepasan muatan listrik statis langsung ke perangkat;pelepasan elektrostatik dari perangkat;atau pelepasan akibat medan.Ada beberapa model yang digunakan untuk mengkarakterisasi bagaimana perangkat rusak – Model Tubuh Manusia (HBM), Model Mesin (MM), Model Perangkat Berisi (CDM), dan efek medan listrik pada perangkat.Dalam fasilitas perakitan otomatis, tiga model atau mode terakhir adalah penyebab kekhawatiran terbesar.

Kerusakan MM adalah apa yang terjadi ketika komponen mesin dilepaskan melalui perangkat.Peralatan perakitan otomatis menggunakan berbagai metode seperti konveyor untuk memindahkan dan memandu perangkat melalui proses perakitan.Desain peralatan yang buruk dapat menyebabkan sistem penanganan menumpuk muatan yang signifikan yang pada akhirnya akan keluar melalui perangkat.

Kerusakan CDM terjadi ketika perangkat dilepaskan ke material lain.Ketika muatan menumpuk di perangkat, itu akan menghilang melalui konduktor pada perangkat ketika perangkat ditempatkan dalam kontak dengan permukaan dengan muatan yang lebih rendah.

Pengaruh Medan Listrik (E-Fields), atau ruang di sekitar muatan listrik, dapat menyebabkan perangkat bermuatan terpolarisasi.Polarisasi menciptakan perbedaan potensial, yang dapat menyebabkan perangkat melepaskan muatan yang berlawanan, menyebabkan dua pelepasan atau peristiwa pemerataan.

Mengidentifikasi ESD

Sementara banyak perhatian dihabiskan untuk mencegah ESD yang disebabkan oleh HBM, penelitian terbaru menunjukkan bahwa kurang dari 0,10% dari semua kerusakan yang terdokumentasi sebenarnya diakibatkan oleh personel yang tidak ditanahkan yang menyentuh produk yang sensitif terhadap ESD (ESDS).

Studi menyimpulkan bahwa 99,9% kerusakan ESD berasal dari model lain, khususnya CDM.

Kontrol ESD yang disematkan ke dalam mesin sangat penting tetapi bermasalah.Untuk mengontrol penumpukan statis secara efektif, peristiwa ESD MM dan CDM harus dicegah.Langkah pertama dalam mengembangkan program kontrol ESD adalah mengidentifikasi secara tepat di mana peristiwa ESD terjadi atau kemungkinan akan terjadi.Tempat yang baik untuk memulai adalah dengan mengajukan dua pertanyaan utama: pertama, apakah peralatan diarde dengan benar;dan kedua, apakah itu menangani perangkat sedemikian rupa sehingga mereka tidak menghasilkan muatan statis di atas tingkat yang dapat diterima?Agar sepenuhnya siap untuk menangani perangkat masa depan, peralatan harus mampu menangani komponen dengan toleransi ESD sesedikit 50 V. Berikut ini adalah daftar area terdokumentasi yang diketahui untuk mengisi daya perangkat, meningkatkan kemungkinan

Acara CDM ESD

Penangan IC.IC biasanya menjadi sangat bermuatan saat melewati peralatan dan kemudian dilepaskan sebagai bagian dari operasi normal.Menurut penelitian terbaru, penangan IC telah menyebabkan kehilangan hasil yang cukup besar karena CDM.

Komponen Tape-and-Reel.Masalah telah didokumentasikan dengan pengisian komponen saat berada di gulungan.

Paket Gel.Jika metode kontrol ESD yang tepat tidak ada, chip IC dapat menjadi sangat bermuatan saat diangkat dari lapisan bawah yang lengket dan kemudian segera dibuang oleh collet yang melepaskannya.

PCB Dipasang di Panel Plastik.Panel plastik yang biasa digunakan untuk perumahan PCB dapat secara rutin mengisi daya ke tingkat yang sangat tinggi saat ditangani, selanjutnya mengisi daya PCB itu sendiri.Rakitan kemudian dibuang selama penanganan operator normal.

Soket Uji.Pengoperasian normal dapat menyebabkan soket uji diisi dan kemudian dibuang ke perangkat.

Penutup Plastik Di Atas Soket Uji.Medan dari penutup plastik besar yang diperlukan untuk melindungi operator selama pengujian tegangan tinggi seringkali cukup kuat untuk merusak perangkat yang diuji.

Mencegah Penumpukan ESD

Dalam mencegah atau mengurangi kerusakan MM, sangat penting bahwa peralatan diarde dengan benar saat bergerak.Semua bagian peralatan yang bersentuhan dengan perangkat peka-statis harus memiliki jalur arde yang cukup untuk menghilangkan akumulasi muatan.Pengardean permukaan konduktif dan disipatif yang tepat mencegah penumpukan muatan statis pada komponen mesin dan menghilangkannya sebagai sumber kejadian ESD yang menghasilkan muatan.

Namun, pembumian saja tidak akan mencegah semua kejadian CDM ESD terjadi.Pengisian komponen adalah masalah yang jauh lebih menantang untuk dipecahkan, terutama karena sebagian besar komponen elektronik mengandung isolator sebagai bagian dari desainnya.Bahan isolasi secara alami mengakumulasi muatan dan pembumian bahan tidak menghilangkan atau mengurangi muatan statis.Ketika muatan tidak dapat dihilangkan atau dihindari, ionisasi udara seringkali merupakan metode yang paling efektif untuk menetralkan muatan pada isolator atau konduktor terisolasi.Dalam hal peralatan otomatis, ionizer udara dapat dipasang di dalam ruang proses.Menciptakan lingkungan mini dengan melampirkan mesin tertentu dan memasang ionizer di dalamnya adalah pilihan lain.

Alat Pengukuran ESD

Setelah penanggulangan ESD dilakukan, penting untuk memverifikasi bahwa tindakan tersebut bekerja dengan benar.Pemantauan proses berkelanjutan direkomendasikan atas audit berkala program ESD karena tindakan pencegahan ESD sering kali gagal.Untuk alasan ini, jika dan ketika kegagalan terjadi, itu harus diidentifikasi sesegera mungkin untuk mencegah kerusakan ESD.

Beberapa metode pengujian ada untuk memvalidasi integritas jalur tanah ke bagian peralatan dan mengukur apakah mesin sedang mengisi daya perangkat.Saat memilih instrumen pengukuran terbaik, pertimbangkan tingkat pengisian aman yang akan diukur dan pilih instrumen yang dapat mengukur dalam rentang tersebut.Catat ukuran area yang akan diukur dan apakah jaraknya tetap antara permukaan objek yang akan diukur dan instrumen.

Mengidentifikasi dan mengukur muatan statis di dalam peralatan otomatis menghadirkan tantangan khusus.Masalah dengan sebagian besar metode konvensional adalah bahwa metode tersebut tidak terlalu cocok untuk peralatan otomatis.Sebagian besar memerlukan kontak langsung dengan objek yang diisi daya atau mengharuskan perangkat dikeluarkan dari objek, sehingga perlu untuk membuat peralatan offline untuk melakukan pengujian.Untuk menghindari waktu produksi yang hilang, solusi alternatif diperlukan untuk mengukur muatan di dalam peralatan.

Untuk mengukur muatan statis tanpa mengganggu operasi peralatan, perakit dapat memasang sensor atau probe di dalam peralatan atau memasang detektor peristiwa statis (SED) pada perangkat itu sendiri.Dua opsi untuk memasang instrumen di dalam peralatan termasuk sensor statis dan voltmeter elektrostatik khusus dan pengukur medan elektrostatik dengan probe kecil.Sensor statis menggabungkan sirkuit impedansi input yang sangat tinggi dan dapat dipasang di dalam peralatan otomatis.Ini memungkinkan mereka untuk mengukur medan yang dihasilkan oleh bagian bermuatan saat bergerak melalui proses.Idealnya, sensor harus dipasang sedekat mungkin dengan bagian tersebut.Karena tidak memerlukan penghapusan bidang yang ada, ini sangat ideal untuk mengukur muatan pada bagian yang bergerak melalui mesin throughput tinggi.

Voltmeter elektrostatik dan fieldmeter elektrostatik dengan probe kecil menawarkan opsi alternatif untuk memantau peralatan di dalam.Probe cukup kecil sehingga dapat ditempatkan di lokasi kritis untuk mengukur muatan pada komponen saat mereka lewat.Namun, harus berhati-hati saat memasangnya untuk memastikan pengukuran yang akurat dan tidak mengganggu pengoperasian peralatan.Beberapa faktor dapat mempengaruhi keakuratan pengukurannya, termasuk orientasi permukaan bermuatan terhadap probe serta ukuran, kecepatan dan jarak bagian dari probe.SED adalah sensor kecil yang cukup kecil untuk dipasang di papan sirkuit.

Mereka dirancang untuk mengukur denyut nadi saat ini dalam peristiwa ESD dan dapat dipantau secara optik saat melewati peralatan operasi.SED ideal untuk memverifikasi apakah peralatan menghasilkan tingkat muatan statis yang berbahaya.Beberapa jenis yang berbeda tersedia, masing-masing dengan fitur yang berbeda-beda.Namun, banyak yang harus dikeluarkan dari perangkat dan ditempatkan ke dalam instrumentasi terpisah untuk memastikan apakah peristiwa ESD benar-benar terjadi.

Pelacakan Otomatis di Lingkungan ESD

Jika peristiwa ESD benar-benar terjadi, data yang disediakan dari sistem pelacakan perangkat dapat membantu perakit dengan cepat mengidentifikasi komponen yang rusak dan mengatasi dampaknya.Dalam model sistem pelacakan perangkat, pembaca kode batang dipasang di berbagai titik selama proses pembuatan untuk membaca kode batang (atau kode 2D) yang diterapkan ke perangkat.Biasanya, pembaca kode batang memindai kode batang pada perangkat sebelum perangkat memasuki stasiun dan kembali setelah perangkat keluar.Ini mendokumentasikan jenis prosedur yang dilakukan, peralatan yang melakukannya dan melampirkan cap waktu/tanggal ketika itu terjadi.

Sementara instrumen pemantau ESD mengeluarkan semua jenis data, pembaca kode batang menyediakan satu-satunya tautan antara nomor seri setiap perangkat dan data yang dipasok dari instrumen.Misalnya, ketika kalibrasi peralatan diubah karena EMI dari peristiwa ESD, data yang dihasilkan dari sistem pelacakan perangkat dapat membantu mengidentifikasi secara spesifik papan mana yang rusak setelah kalibrasi peralatan diubah.Tidak perlu lagi menarik, membuang, atau mengerjakan ulang seluruh lot karena data yang tidak signifikan.

Saat memilih pembaca kode batang, pertimbangan yang cermat harus dilakukan untuk memastikan bahwa itu tidak menimbulkan risiko tambahan untuk kejadian ESD.Papan sirkuit tercetak, sirkuit terpadu, dan komponen sensitif listrik lainnya biasanya menggunakan kode batang kecil berdensitas tinggi untuk menghemat ruang, sehingga menyulitkan beberapa pembaca untuk memindai dari jarak jauh.Ketika pemindaian jarak dekat digunakan, pembaca kode batang dapat membangun muatan statis tergantung pada apakah digunakan pada permukaan non-konduktif.Jika pembaca itu sendiri telah membangun muatan dan didekatkan dengan komponen sensitif, peristiwa ESD dapat terjadi, yang berpotensi merusak komponen.Beberapa lingkungan manufaktur menggunakan solusi dengan memasang pemindai setelah menerapkan semprotan anti-statis khusus, yang bukannya tanpa risiko.

Pertama, pelapis harus benar-benar menutupi area tersebut untuk efektivitas maksimum;daerah yang tidak tertutup tetap berisiko.Selain itu, semprotan anti-statis dapat luntur seiring waktu dan perlu diganti tepat waktu.Tanpa ukuran akurat dari periode kemanjuran semprotan, perusahaan membuang-buang uang dengan menerapkan terlalu banyak, atau menempatkan komponen mereka pada risiko dengan menggunakannya di lingkungan yang tidak terlindungi.Sebagai solusi alternatif, pembaca kode batang miniatur kini tersedia dengan lapisan nikel unik dan label tahan ESD untuk keamanan ESD maksimum.Unit-unit ini dinilai untuk pelepasan hingga 8kV dan memiliki resistivitas permukaan kurang dari 10 * 10-9 /inci².

Mengevaluasi Kemampuan Penanganan ESD

Menurut Roadmap Teknologi Asosiasi ESD yang dirilis pada tahun 2005, tingkat sensitivitas terhadap ESD di perangkat diperkirakan akan turun sangat rendah, sehingga perakit harus bertindak cepat untuk memastikan mereka dapat menangani tingkat yang baru.Perakit yang disertifikasi ANSI/ESD S20.20, Standar Asosiasi ESD untuk Pengembangan Program Pelepasan Listrik Statis, telah melakukan banyak pekerjaan dalam mempersiapkan perangkat sensitif masa depan.Bagi pabrikan yang tidak yakin dengan kemampuan voltase peralatan otomatis mereka, peta jalan ESD memberikan arahan:

Tentukan kemampuan kontrol ESD dari proses penanganan fasilitas.

Pastikan semua perlengkapan atau perkakas konduktif yang menghubungkan perangkat sensitif diarde.

Pastikan tegangan maksimum yang diinduksi pada perangkat dijaga di bawah 50 V.

Mengikuti persyaratan yang diuraikan dalam S20.20 akan membantu manajer menilai tingkat sensitivitas komponen yang dirakit di fasilitas mereka dan mengidentifikasi masalah ESD pada setiap tahap dalam proses, mulai dari penerimaan dan inventaris hingga perakitan, pengujian, pengerjaan ulang, dan pengiriman.Dengan menggunakan penanggulangan ESD yang sesuai, manajer akan memiliki data yang tersedia bagi mereka untuk mengartikulasikan kemampuan fasilitas mereka berdasarkan tingkat tegangan.

Kesimpulan

Industri elektronik konsumen telah menyaksikan pertumbuhan fenomenal selama beberapa tahun terakhir.Analis industri mengaitkan pertumbuhan ini sebagian dengan konvergensi pasar audio, video, dan teknologi informasi berbasis digital yang sebelumnya terpisah untuk menciptakan perangkat elektronik canggih.Karena perangkat ini dengan cepat mendapatkan kemampuan baru, mereka meningkatkan sensitivitas ESD hampir dengan cepat.Untuk menjadi kompetitif di masa depan manufaktur elektronik, fasilitas harus bekerja untuk menguasai kontrol ESD hari ini.