Программа ESD-контроля и современные стандарты ESD-защиты

Каждый человек когда-либо слышал или практически сталкивался с разрядами статического электричества ESD (Electro Static Discharge). Например, после управления автомобилем, приближая руку к металлической двери, Вы наверняка чувствовали разряд. Такой разряд характеризуется напряжением в несколько тысяч вольт. То, что для человека всего лишь досадное происшествие, может быть губительным для электронных устройств, чувствительных к статическому электричеству уже с напряжением в несколько сотен вольт в настоящий момент времени, и к десяткам вольт в недалеком будущем.

Любой современный человек пользуется в повседневной жизни изделиями, содержащими электронные компоненты. Комфортно, когда Вы обладаете легким, плоским и небольшим по размерам устройством. Однако у миниатюризации есть и обратная сторона. Чем меньше наши электронные помощники, тем миниатюрнее электронные компоненты, на которых они реализованы. В свою очередь, чем меньше компоненты, тем чувствительнее они к разрядам статического электричества.

Поэтому все современные предприятия, контролирующие качество своей продукции и осуществляющие изготовление, технологическую обработку, монтаж, упаковку, маркировку, обслуживание, тестирование, транспортировку или другие действия с электрическими и электронными компонентами, узлами и оборудованием, восприимчивым к воздействию электростатических разрядов, используют в своей практике стандарты по защите от ESD повреждений. Система мер по защите от разрядов статического электричества называется программой ESD-контроля (ESD Control Program).

Программа ESD-контроля состоит из административных, затрагивающих организационные аспекты, и технических, касающихся средств ESD-защиты, элементов. Предприятия с внедренной программой ESD-контроля используют не только оборудование антистатической защиты, технологии и материалы, предусматривающие соблюдение защитных мер от воздействия ESD, на протяжении всего производственного цикла, но и целый комплекс административных мероприятий — разного рода внутренние инструкции, журналы периодического мониторинга и проверок соответствия.

Рассмотрим, как может влиять наличие или отсутствие программы ESD-контроля на работу Вашего предприятия. Например, Вы получаете ESD-чувствительные компоненты от поставщика, используете их в производстве своих изделий, и обнаруживаете неисправность, которая обусловлена выходом из строя именно этих компонентов. Надо отметить, что сегодня большинство современных электронных компонентов производятся за рубежом. И производители иностранной элементной базы опираются именно на международные стандарты защиты от ESD. Вы начинаете предъявлять свои претензии к поставщику, который в ответ задает Вам такой вопрос: «Мы поставляем Вам ESD-чувствительные компоненты, которые требуют соответствующей защиты. Каким образом у Вас реализована ESD-защита наших компонентов? Чем Вы подтвердите наличие программы ESD-контроля на Вашем предприятии?». При отсутствии программы ESD-контроля трудно будет обосновать претензии к качеству поставляемой продукции, особенно компании-монополисту.

Кроме того, все мы знакомы с таким мероприятием, как тендер. При этом компания рассматривает не только финансовые аспекты предложений, но и обращает внимание на реализацию программы управления качеством. К слову сказать, в электронной промышленности программа ESD-контроля является неотъемлемой частью системы управления качеством. У зарубежной компании в предложении обязательно присутствует строчка о наличии программы ESD-контроля как конкурентное преимущество. Всерьез может рассчитывать на выход на зарубежные рынки только та компания, которая обладает действующей программой ESD-контроля.

Точка отсчета, или что такое современные стандарты по защите от ESD

Чтобы понять, как, куда и в каком направлении необходимо двигаться для решения проблем со статическим электричеством на Вашем предприятии, потребуется система координат. Такой системой координат в области ESD-защиты являются четкие правила и рекомендации, оформленные в единый рекомендательный документ — стандарт. К сожалению, разрозненные отечественные стандарты в этой области не всегда соответствуют современному уровню развития электронных компонентов. Например, ГОСТ 12.4.124–83 «Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования» распространяется на средства коллективной защиты и средства индивидуальной защиты работающих от опасного и вредного воздействия статического электричества.

В то же время, известно, что за рубежом созданы, успешно применяются и постоянно совершенствуются стандарты по защите от разрядов статического электричества. Б?льшая часть семейства этих стандартов предназначена для компаний, специализирующихся на ESD-защите, и описывает стандартные методы тестирования защитных устройств и оборудования. Однако среди них есть два стандарта, которые отвечают на вечные наши вопросы «Кто виноват?» и «Что делать?». Это стандарты IEC (МЭК) 61340-5-1 и 61340-5-2 «Электростатика. Раздел 5–1: защита электронных устройств от электростатики».

Данные стандарты раскрывают требования к программе ESD-контроля, необходимые для подготовки ее к работе с ESD-чувствительными изделиями (ESDS) на базе исторического опыта, причем как коммерческих, так и военных организаций. Цель данного стандарта — сформулировать административные и технические требования для учреждения, выполнения и поддержания программы контроля ESD. Стандарт состоит из двух самостоятельных частей:

1) IEC 61340-5-1 «Электростатика. Раздел 5–1: защита электронных устройств от электростатики. Основные положения». Этот стандарт формулирует требования, предъявляемые к программе контроля ESD, и включает в себя следующие разделы:

Общие положения

• Требования к программе контроля ESD.
• ESD-координатор.
• Настройка.

Административные требования к программе контроля ESD

• План программы контроля ESD.
• План обучения.
• План проверки соответствия.

Технические требования к плану программы контроля ESD

• Системы заземления/выравнивания потенциала.
• Заземление персонала.
• Защищенные от ESD зоны.
• Упаковка.
• Маркировка.

2) IEC 61340-5-2. «Электростатика. Раздел 5–2: защита электронных устройств от электростатики. Руководство пользователя». Пользователь использует этот стандарт в качестве практического руководства по выполнению стандарта IEC 61340-5-1. В этом стандарте подробнее раскрыты разделы, приведенные в предыдущем абзаце с акцентом на практику.

Например, элементы контроля ESD подразделяются на:

• Рабочие поверхности.
• Браслеты.
• Напольные покрытия.
• Обувь.
• Стулья.
• Ионизация.
• Одежда.
• Стеллажи и полки для хранения.
• Мобильное оборудование.

Каждый из них достаточно подробно раскрыт для практической реализации на предприятии. На первый взгляд можно подумать, что браслет трудно подключить неправильно, вроде бы способ подключения тривиален и очевиден. Однако в моей практике проверок предприятий с программой ESD-контролянередко встречались странные, а иногда и вовсе нелепые способы подключения браслетов.

Стандарты ESD-защиты в России и за рубежом

Исторически складывается так, что многие страны сначала используют более удачные инженерные разработки других стран, а уже потом выходят на другой, более совершенный уровень, создавая отечественные школы инженерной мысли. Например, немецкие ракетные технологии времен Второй Мировой Войны дали дополнительный импульс для развития космической техники и в СССР и в США. Несмотря на наличие некоторых отечественных стандартов в области защиты от ESD, в данный момент времени международные стандарты МЭК 61340-5-½ существенно подробнее и качественнее описывают как административные, так и технические элементы программы ESD-защиты. Например, элементы защиты продекларированы в некоторых отечественных стандартах, но не ясно, каким образом корректно использовать данные элементы на практике, какие именно параметры рабочих столов должны быть в помещениях, защищенных от ESD, как именно и в какую точку необходимо подключить заземляющие провода от столешницы и полки, заземлять ли коврик отдельным заземляющим проводом, и куда подключать его и т. п. Другими словами, пока мы «догоняем».

Как правило, международные стандарты имеют приоритет над национальными и применяются при аккредитации предприятий, сертификации продукции, ее экспорте, допуске предприятий для участия в конкурсе на получение заказа и т. д. Тем не менее, в России рядом компаний, в том числе и нашей, планируется в ближайшие годы реализовать современные требования стандартов IEC по антистатической защите на основе разработки и внедрения соответствующих национальных стандартов системы ГОСТ Р. Обычно такой новый внутренний стандарт содержит аутентичный текст международного стандарта, с некоторыми дополнительными требованиями.

Для предприятий, работающих с ESD-чувствительными компонентами, мероприятия программы ESD-контроля, базирующиеся на вышеупомянутых стандартах, отлично интегрируются в систему менеджмента качества, в свою очередь опирающуюся на стандарт ISO 9000 или ГОСТ Р ИСО 9000. Согласно стандартам для СМК предприятие постоянно отслеживает качество продукции по определенным показателям и стремится к определенным показателям, обозначенным как Targets — цели. Работа системы ESD-защиты может быть индицирована показателями как техническими, так и административными. Например, количество рабочих мест, полностью соответствующих требованиям стандартов, или число сотрудников, успешно прошедших обучение в этом году.

Ни для кого уже не секрет, что в наше время во всех современных зарубежных компаниях, работающих с изделиями и компонентами электронной техники, стандарты IEC 61340–5 являются настольной книгой для сотрудника, отвечающего за ESD-защиту предприятия — ESD-координатора. Считается, что данные стандарты коммерчески доступны. Однако, общаясь с заинтересованными специалистами на российских предприятиях с внедренной программой ESD-контроля, наиболее вероятным способом получения стандартов является передача по-дружески зарубежной компанией партнером бумажной версии, причем далеко не свежей. Например, на одном из предприятий ESD-координатор опирался в своей работе на версию стандарта от 2003 года. За это время в стандарт внесли немало важных исправлений и дополнений, а некоторые плохо зарекомендовавшие себя части, убрали совсем. При отсутствии соответствующего стандарта типа ГОСТ Р, аналогичного IEC 61340-5-½, в данный момент времени взаимодействие с компанией, обладающей актуальной информацией относительно международных стандартов является единственным залогом успеха и эффективности программы ESD-контроля. В качестве примера взаимодействия с программой можно назвать проверки соответствия различных элементов ESD-защиты требованиям международных стандартов IEC 61340-5-½. Рассмотрим лишь одну из таких проверок более подробно.

Измерение параметров ESD покрытия пола

Проводящие и снимающие статический заряд полы — один из основных и важнейших элементов в строительстве и функционировании производственных зон, защищенных от статического электричества — Electrostatic Protected Area (EPA).

В настоящее время на рынке активно предлагаются антистатические покрытия пола. Как правило, ESD-защитные характеристики достигаются путем добавления проводящих компонентов в обычное коммерческое или промышленное покрытие. В этом случае важно четко соблюдать технологию, т. к. довольно часто нерадивые исполнители смешивают обычные и проводящие компоненты не в правильной пропорции, необходимой для ESD-свойств покрытия пола. Предлагая «настоящее», «антистатическое» покрытие, компании-подрядчики нередко подтверждают ESD-защитные свойства сомнительного вида сопроводительной документацией либо просто на словах.

Если Ваша компания планирует применить ESD-покрытие пола на значительной территории, очевидно, что необходимо быть полностью уверенным в правильном выборе. Это тем более актуально, если на ESD-покрытии пола впоследствии будет установлено сложное оборудование, например, производственные линии, конвейеры, установщики компонентов и т. п.
Один из профессиональных приборов для измерения поверхностного сопротивления покрытия:

Для подтверждения ESD-защитных свойств выбранного Вами покрытия необходимо провести комплекс специальных измерений. Во-первых, для получения достоверных измерений необходимы соответствующие приборы (Рис. 2). Во-вторых, надо знать, какие именно характеристики, подтверждающие антистатические свойства, нужно измерить. Чтобы правильно пользоваться измерительным оборудованием, необходимы специальные знания и сертификат. После проведения вышеупомянутых измерений ESD-характеристик покрытия пола сторонней, независимой от поставщика покрытия компанией Вы получите:

• подробный протокол измерений в соответствии со стандартами IEC 61340-4-1, IEC 61340-4-5;
• результаты измерений, характеризующие антистатическое покрытие пола;
• заключение о соответствии стандартам IEC 61340-5-1 и IEC 61340-5-2;
• уверенность в завтрашнем дне относительно выбранного Вами покрытия пола.

Кто сейчас применяет программу ESD-контроля в соответствии со стандартами IEC 61340-5-1/2

Отрадно отметить, что многие отечественные компании, работающие с электроникой или ее компонентами, с успехом применяют программы ESD-защиты, основанные на рекомендациях международных стандартов IEC 61340-5-1/2. Если быть объективным, то следует отметить, что часто причинами, побуждающими предприятия делать это, являются, например, формат совместной с зарубежными инвесторами собственности или случаи управления предприятием международной компанией.

Предприятия, предоставляющие свои услуги в контрактном производстве, без наличия программы ESD-контроля в принципе не могут поставлять свою продукцию на мировой рынок. Ни один из обладателей известных мировых брендов даже не будет рассматривать возможность сотрудничества с предприятием, не имеющим такой программы.

Производители, например, аэрокосмической или автомобильной отраслей промышленного производства, для которых надежность — это один из важнейших критериев качества выпускаемой продукции, просто не могут игнорировать отсутствие программы ESD-защиты у поставщика электронных устройств. Действующая программа ESD-защиты позволяет значительно, а в некоторых случаях в разы, снизить уровень брака.

Тем более актуальна защита от ESD для производителей микроэлектронных и полупроводниковых изделий, оперирующих сегодня нанометрами!

Выводы

Для современных высокотехнологичных компаний, обладающих сертификацией на основе международных стандартов IEC 61340-5-1 и IEC 61340-5-2, значительно легче найти новых и закрепить отношения с существующими партнерами, особенно на международном уровне, обеспечить лояльность клиентов, повысить капитализацию бренда. Такую сертификацию можно с пользой интегрировать в Вашу систему менеджмента качества как один из действительно работающих механизмов контроля качества Вашей продукции. При отсутствии программы ESD-контроля компании преследуют странные «плавающие» отказы электронных изделий, нематериальные потери в виде возникновения недоверия к Вашей продукции, отток потребителей к конкурентам, сбои в планировании и снижение выручки.

Реализовать технические элементы программы ESD-защиты, на первый взгляд, несложно. Однако на практике схемы подключения устройств и правила их эффективного использования часто не реализуются корректно с точки зрения соответствия стандарту. Что же говорить об административных элементах, про которых в стандарте говорится весьма туманно! Создать, что называется, с «нуля» целую систему документации корректной и эффективной программы ESD-защиты весьма проблематично.

Для этих решения этих задач зачастую целесообразно привлекать внешнюю компанию. Именно такой российской компанией является «ESD Эксперт». Сотрудники компании сертифицированы на проведение ESD-аудитов, ESD-тренингов, консультаций по организации помещений, защищенных от разрядов статического электричества EPA и измерений характеристик антистатических покрытий пола. Специалистами компании накоплен значительный опыт внедрения новых и корректировки существующих ESD-программ на предприятиях различных отраслей промышленности.