Электростатический разряд, которого человек не чувствует, разрушает p-n переход полупроводника. Один этот факт переопределяет спецификацию участка сборки коробов на заводе электроники, потому что короб — это диэлектрик, который генерирует и удерживает заряд при каждом обращении.

Проблема не в машине. Проблема в том, что стандартный участок сборки коробов с точки зрения ESD представляет собой генератор заряда с пристроенным механизмом складывания.

Краткий ответ

Участок сборки, безопасный по ESD, требует четырёх вещей помимо стандартной машины: диссипативного или проводящего картона, заземлённых и диссипативных поверхностей машины на пути короба, ионизации в точках разделения картона и контроля влажности на уровне 40–60 процентов относительной влажности.

Ключевой порог — удельное поверхностное сопротивление. Материалы классифицируются как изолирующие выше 10^11 Ом на квадрат, диссипативные от 10^4 до 10^11 Ом на квадрат и проводящие ниже 10^4 Ом на квадрат. Стандартный гофрокартон уверенно изолирующий и удерживает заряд минутами после обращения. Проводящий или диссипативный картон отводит этот заряд на землю.

Требование к точности формования — отдельный вопрос, и он жёстче, чем в общей упаковке. Катушки и матричные лотки компонентов изготовлены с малыми допусками, и короб с нарушением перпендикулярности на 3 мм не примет их чисто.

Почему гофрокартон является источником заряда

Картон генерирует заряд через трибоэлектрическое разделение — трение и контакт разнородных поверхностей. На участке сборки коробов это разделение происходит в трёх идентифицируемых точках.

Магазин подачи. Развёртки лежат в стопе под давлением. Каждый раз, когда развёртка вытягивается из стопы, разделяющиеся поверхности обмениваются зарядом. На плотных стопах крупных развёрток это крупнейший генератор на машине.

Вакуумные присоски. Материал присоски обычно диэлектрический эластомер, и его контакт с поверхностью картона и отрыв от неё генерируют заряд на обеих сторонах. Присоска, полностью отпустившая картон, генерирует больше, чем частично удерживающая.

Секция складывания и прижима. Клапаны, скользящие друг по другу и по стальным направляющим, генерируют заряд по всей длине участка прижима.

Практическое следствие: ионизацию нужно размещать именно в этих трёх точках. Один ионизатор на входе машины не решает проблему, которая воспроизводится в секции складывания, потому что короб заряжается заново после того, как его прошёл.

Спецификация картона для критичных по ESD задач

Строка про влажность упускается чаще всего. Влажность воздуха ниже 30 процентов относительной влажности повышает поверхностное сопротивление большинства материалов на несколько порядков, а значит, картон, измеренный как диссипативный при 45 процентах, зимой при 25 процентах может измеряться как изолирующий. Спецификацию нужно указывать для диапазона влажности, а не для одного числа.

Надбавка к цене картона реальна — проводящий гофрокартон обычно дороже стандартного на 20–60 процентов — но это расходная стоимость, распределённая по объёму коробов, и она обычно мала по сравнению со стоимостью отказа в полевых условиях в электронном применении. Марки картона и их классификация по ESD разобраны в разделе частых вопросов вместе со стандартными вопросами по маркам.

Четыре меры контроля

1. Заземление каждой проводящей поверхности

Каждая поверхность машины на пути короба должна быть соединена с одной и той же точкой заземления. Это направляющие магазина, направляющие складывания, дорн, плиты или ленты прижима и направляющие съёма.

Измеряемая величина — сопротивление заземлению, и целевой диапазон обычно от 10^4 до 10^9 Ом. Ниже 10^4 Ом сам разряд может быть разрушительным; выше 10^9 Ом путь не отводит заряд достаточно быстро. Именно поэтому машину соединяют с землёй через диссипативный путь, а не сплошным медным проводом.

2. Диссипативные компоненты машины

Присоски, ремни подачи, направляющие планки и любой полимер, касающийся картона, должны быть диссипативными, а не изолирующими. Это позиция спецификации при покупке, а не доработка: машину, поставленную со стандартными нитриловыми или полиуретановыми присосками, нельзя сделать безопасной по ESD, добавив провод заземления, потому что сам материал присоски и есть генератор заряда.

Там, где присоски необходимо оставить стандартными ради надёжности съёма, альтернатива — ионизация непосредственно в точке отрыва присоски, которая отводит заряд до передачи развёртки.

3. Ионизация в точках разделения

Ионизаторы нейтрализуют заряд, заполняя зону сбалансированными положительными и отрицательными ионами. На участке сборки коробов они нужны в точке разделения в магазине, в точке отрыва присоски и по всей секции складывания.

Две детали определяют, работает ли ионизация. Первая — расстояние: ионизатор эффективен на рабочем расстоянии, примерно пропорциональном длине его штанги, и штанга, смонтированная в 300 мм от цели, делает очень мало. Вторая — обслуживание: эмиттерные иглы ионизатора накапливают загрязнения и теряют эффективность постепенно, поэтому отказ выглядит как медленная деградация, а не как авария. Чистка как минимум ежемесячная, а баланс ионов следует проверять монитором заряда, а не предполагать.

4. Контроль влажности

Влажность — самый дешёвый доступный инструмент контроля ESD и часто первый, которым пренебрегают. Поддержание в цехе 45–55 процентов относительной влажности снижает генерацию заряда и повышает поверхностную проводимость большинства материалов.

Обратная сторона — поведение картона. Выше примерно 60 процентов относительной влажности картон набирает влагу, размягчается и может складываться с перекосом, а адгезия клея меняется. Ниже 35 процентов статика резко растёт, а картон становится хрупким по линии биговки. Диапазон 40–60 процентов относительной влажности — практический компромисс, и настройки складывания машины следует валидировать на обоих концах этого диапазона.

Точность формования под носители компонентов

Требование к точности в электронике задаётся содержимым, а не коробом. Катушки компонентов, матричные лотки и пеналы изготовлены с допусками в десятые доли миллиметра, и короб с нарушенной перпендикулярностью заставляет носители садиться неправильно, что, в свою очередь, приводит к неверному съёму на установщиках ниже по линии.

Практические цели — перпендикулярность в пределах 1,5 мм по диагонали короба и повторяемость в пределах плюс-минус 0,3 мм, достигаемые осями с сервоприводом, а не пневматическим приводом. Пневматическая машина, держащая плюс-минус 2–3 мм, достаточна для транспортных коробов в общих применениях и недостаточна здесь.

Второй вопрос точности — угол складывания клапанов. Непостоянные углы складывания оставляют зазор в углу короба, а зазор — это риск ESD, поскольку позволяет заряженной поверхности приблизиться к чувствительным компонентам внутри. Механизм, закрывающий этот вопрос, — дорны с сервоприводом, удерживающие повторяемый угол складывания; тот же принцип используется в конструкции дорна с сервоприводом во всём ряду одноголовочных картоноформирователей.

Аварии, заслуживающие внимания в среде ESD

У E-12 Vacuum Low есть причина, специфичная для ESD и не встречающаяся на обычных заводах: штанга ионизатора, смонтированная близко к пути присосок, может загрязнить поверхность присоски и снизить её сцепление. Когда аварии по вакууму начинают группироваться после установки нового ионизатора, первое, что нужно проверить, — положение ионизатора, а не вакуумный контур.

Регламент обслуживания

Каждую смену — проверить непрерывность заземления рамы машины и любого переносного оборудования в зоне, визуально убедиться, что ионизаторы под напряжением и индикаторы в норме, сверить показания влажности с целевым диапазоном.

Каждую неделю — очистить присоски и осмотреть их на засаливание и затвердевание, проверить положение клея или ленты на контрольном коробе, проверить индикаторы вытяжки.

Каждый месяц — очистить эмиттерные иглы ионизаторов и проверить баланс ионов монитором заряда, измерить сопротивление заземлению машины и любого инструмента, используемого в зоне защиты от ESD, проверить влажность картона на входном контроле.

Каждый квартал — заново снять базовые значения перпендикулярности по диапазону размеров короба, осмотреть ремни и направляющие планки на изолирующий износ (изношенный диссипативный ремень может стать проводящим либо потерять диссипативное свойство), проанализировать журнал влажности на выходы за пределы диапазона.

Ежегодно — полный аудит ESD участка, включая все соединённые с землёй поверхности и все полимерные компоненты, повторная квалификация системы ионизации, замена присосок и ремней с признаками износа, повторная проверка точности формования по всему диапазону.

Частые вопросы

Можно ли сделать существующий картоноформирователь безопасным по ESD?
Частично. Заземление и ионизацию можно дооснастить на любой машине. Спецификация картона — решение уровня закупки. Но присоски, ремни и направляющие планки обычно являются стандартными диэлектрическими компонентами, и замена их на диссипативные — это переборка машины, а не аксессуар. Именно поэтому требования ESD нужно заявлять на этапе запроса.

Обязателен ли проводящий картон или достаточно диссипативного?
Для большинства задач транспортировки электроники диссипативного достаточно. Проводящий картон применяют там, где содержимое особенно чувствительно или где короб должен также выполнять функцию экрана.

Должна ли машина находиться внутри зоны защиты от ESD?
Участок сборки должен находиться в той же зоне защиты, что и упаковочная операция, с той же точкой заземления и тем же контролем влажности. Машина в общей зоне, подающая продукцию в зону ESD через точку передачи, вносит заряд заново на этой передаче. Наши инженеры готовы проверить чертёж компоновки на это требование — напишите в раздел контактов.

Влияет ли ионизация на клеевой шов?
Нет. Ионизаторы нейтрализуют поверхностный заряд и не изменяют химию поверхности картона. На шов влияет влажность вне диапазона, а это отдельный контур управления.

Проектируете участок сборки для упаковки электроники? Пришлите требование по ESD, габариты короба, типы носителей компонентов и требуемую скорость на [email protected] или в WhatsApp +86 13681839278. Инженеры вышлют спецификацию с поддержкой ESD, схему размещения ионизации и заключение по точности формования в течение 24 часов.