Технологические особенности новейших систем ионизации воздуха

Процесс разработки и производства инновационного оборудования тесно связан с воздействием статического электричества на электронную элементную базу из-за постоянного уменьшения размеров компонентов и увеличения плотности монтажа.
Данная проблема заставляет уделять все большее внимание вопросу организации зон, защищенных от электростатических разрядов (ЭСР).
Недостаточный контроль в плане организации защищенных рабочих мест, а также халатное отношение к программе ЭСР-управления могут привести к достаточно печальным последствиям (рис. 1).
Например, разработанный модуль может пройти контроль (тесты) как пригодное устройство, но вскоре выйти из строя или начать работать со сбоями (рис. 2). В свою очередь, это приведет к значительному временному простою конечного изделия, в котором он используется. Возможный дорогостоящий ремонт или замена вышедшего из строя модуля в полевых условиях несомненно приведут к ощутимым финансовым затратам и, как следствие, к подрыву репутации предприятия-изготовителя.
Всем известно, что главный метод устранения статического электричества в защищенных зонах (УЗЭ-зона, англ. EPA-зона) - это заземление применяемых проводников, рассеивающих (антистатических) материалов, а также персонала (рис. 3). Тем не менее комплексная программа ЭСР-управления, разработанная и внедренная на предприятии, должна включать меры воздействия на изолированные проводники, которые невозможно заземлять, а также на изоляционные материалы (например, изделия из пластмассы или стекла).
Рис. 1. Воздействие ЭСР

Рис. 2. Результат халатного отношения к ESD-защите на рабочем месте Ионизация воздуха не заменяет заземление. Это лишь один из компонентов комплексной программы ЭСР-управления. Ионизаторы используются в качестве усиления текущих методов контроля электростатического заряда.
В чистых помещениях ионизация воздуха может быть одним из методов контроля электростатического заряда.
Руководствуясь рекомендациями действующих российских стандартов [1, 2], можно получить базовые знания, попытаться разобраться во всем многообразии и понять основные и наиболее приемлемые виды предлагаемого оборудования.

На данный момент существует множество решений по ионизации воздуха рабочего пространства. Но вопрос о способе определения оптимального варианта все еще не раскрыт в полном объеме.
Рассмотрим наиболее важные моменты, которым необходимо уделить пристальное внимание при выборе ионизации, а также технические и конструктивные особенности промышленных систем ионизации воздуха и рабочих зон.
Рис. 3. Антистатическое оснащение рабочего места

В первую очередь рекомендуется исходить из конечной стоимости изделия и применяемых в процессе производства электронных компонентов, сложности монтажа и временных затрат. Для этого необходимо оценить финансовую сторону последствий выхода изделия из строя и возможность его оперативного ремонта или замены на месте непосредственной эксплуатации.
Это крайне важно на предприятиях, где выпускают ответственную электронику с применением дорогостоящих элементов, где понимают степень ответственности, и необходимость использования системы ионизации воздуха на рабочих местах является неотъемлемой часть комплексной защиты от воздействия электростатических разрядов в рамках программы ЭСР-контроля.
Практически каждый электронный компонент, использующийся при сборке печатной платы, имеет такую характеристику, как степень чувствительности (восприимчивости). Действующие стандарты устанавливают организационные и технические требования к операциям, выполняемым с электрическими и электронными деталями, узлами и оборудованием, восприимчивыми к воздействию ЭСР, равному 100 В или более в соответствии с МЧТ (модель человеческого тела).
Для работы с чувствительной элементной базой, а в особенности с пределом чувствительности ниже 100 В, необходим более серьезный подход к ее защите и организации рабочего места, а именно внедрение промышленных ионизаторов, способных обеспечить отсутствие потенциала на объектах рабочего места.

Рис. 4. Типовое рабочее место монтажника Создание зоны, защищенной от электростатических разрядов, или УЗЭ-зоны, в первую очередь обусловлено необходимостью предотвратить перенос заряда между любыми несущими электростатический заряд ЧЭСР-компонентами (чувствительными к электростатическим зарядам компонентами).
Современное производство не исключает применения диэлектриков на рабочих местах. В качестве типовых примеров можно привести емкости под флюс, растворители, тару и лотки для инструмента или бумаги (чертежи) и т.д. (рис. 4).
Следует понимать и то, что диэлектрики не теряют свой электростатический заряд при контакте с землей или токопроводящими поверхностями.
На сегодняшний день только промышленные ионизаторы могут обеспечить эффективную нейтрализацию зарядов с диэлектриков. Другими словами, на производстве необходимо гарантировать то, что опасность электростатического разряда (ЭСР-опасность), формируемая электростатическими заряда ми на диэлектриках, помещенных на рабочий стол, минимальна или сопоставима с имеющимся риском.

Особое внимание надо уделять вопросу применения систем ионизации воздуха при работе с электронными компонентами (элементной базой), которые нельзя заземлить, в частности с изделиями в керамических корпусах.
В отдельных случаях статический заряд необходимо снимать и с движущихся объектов - к примеру, при движении объектов на конвейере (рис. 5).
Рис. 5. Система поточной ионизации

Рис. 6. Установка промышленной системы ионизации чистых помещений EMIT IRIS К современным производственным цехам предъявляются требования и по чистоте рабочих зон. В таких помещениях не допускается применение пылящих материалов, прежде всего исключены изделия из пластика и одежда из хлопка.
Использование промышленных систем ионизации в подобных помещениях будет способствовать усилению мер по борьбе с загрязнениями. Ионизаторы способны снимать электростатическое притяжение, выдувать застрявшие частицы пыли, в том числе при обдуве изделия ионизированным сжатым воздухом.
Ионизация помещений (например, система EMIT IRIS, изображенная на рис. 6) используется, если необходимо ограничить электростатические заряды, формирование которых происходит на всех поверхностях производственной зоны (на рабочих местах, в проходах и коридорах и т.д.).
Ионизирующая подвесная система EMIT IRIS монтируется под потолок для обеспечения равномерного распределения ионизированного воздуха по всей площади помещения.
В этой системе сгенерированные ионы будут быстро двигаться к рабочим поверхностям и полу.
Подобные системы способны эффективно нейтрализовать заряд на внесенных элементах, оборудовании или на человеке, а также не допустить формирование трибозаряда.
Необходимо учитывать не только особенности монтажа подобных систем ионизации, но и другие требования к установке. Для обеспечения нужной производительности понадобится периодическое техническое обслуживание. В отличие от других видов ионизаторов, система ионизации помещения EMIT IRIS включает инженерные расчеты и элементы проектирования. Важно иметь поставщика с опытной командой разработчиков, которая принимает во внимание такие факторы, как высота потолка, потоки воздуха, конструктивные особенности помещения и т.д.
Сбалансированная ионизация воздуха может повысить эффективность системы фильтрации при удалении частиц из чистой комнаты, поскольку у таких частиц есть большая тенденция остаться в потоке воздуха и затем быть удаленными воздушной системой фильтрации (к примеру, установленной приточно-вытяжной системой). Ионизация нейтрализует заряды на всех объектах и уменьшает притяжение частиц к поверхностям.
Однако прежде чем сделать окончательный выбор в пользу внедрения промышленных систем ионизации рабочих мест, нужно убедиться в достоверности предоставляемой производителями (или поставщиками) информации. Даже не вникая в физические процессы работы ионизаторов, руководствуясь только здравым смыслом, можно отсеять недобросовестных производителей или поставщиков данного оборудования.
К разряду "уникальных", можно отнести несколько заявлений, о том, что: ионизаторы увлажняют воздух и убивают микробов; ионизируют "универсальными" ионами (то есть два в одном); настольные ионизаторы способны покрывать площади более 100 м2; исполнение корпуса устройства из дерева (лакированный дуб) или пластика применимы в микроэлектронике (чистых помещениях). Но самое главное - концентрация «аэроионов», скорость стекания заряда не имеет значения.
Это заблуждение возникает именно из-за отсутствия времени у инженеров и технологов, чтобы детально и тщательно проработать предоставляемую техническую информацию, а также из-за лояльности к отдельно взятым поставщикам, при этом создается миф о том, что ионизаторы неэффективны. Однако это не так.
Промышленные системы ионизации воздуха являются эффективным средством борьбы с ЭСР. Рассмотрим более подробно, на что же необходимо обратить внимание при выборе устройства для снятия электростатического заряда.
В первую очередь нужно разобраться в типах ионизаторов, то есть сделать выбор по функциональному принципу работы.
К наиболее распространенным устройствам относятся следующие:
Ионизаторы переменного тока - используются эмиттеры, которые поочередно формируют положительные и отрицательные ионы. Нежелательно помещать чувствительные компоненты вблизи эмиттеров, минимальное расстояние должно превышать 30 см. Для перемещения ионного облака применяются встроенные вентиляторы.
Ионизаторы постоянного тока непрерывного действия (Steady-state DC ionizers) - в данном случае используются раздельные эмиттеры для выработки разнополярных ионов, то есть положительные и отрицательные ионы формируются одновременно. Тем самым обеспечивается значительно более высокая их концентрация, что в свою очередь приводит к эффективной способности снять заряд с объектов в рабочей зоне.
Эксплуатируются при более низких скоростях вентилятора и являются более результативными по сравнению с ионизаторами переменного тока.
Особого внимания заслуживают современные биполярные ионизаторы EMIT с замкнутой системой автобалансировки и функцией обратной связи, выполненные по технологии ZERO VOLT, применение которой обеспечивает полную нейтрализацию статического заряда на рабочей поверхности. Все устройства EMIT являются ионизаторами постоянного тока непрерывного действия (Steady-state DC ionizers).
Главное отличие ионизатора - его способность за короткое (минимальное) время нейтрализовать заряд с поверхности объекта в зоне действия. Согласно методике, описанной в современных российских стандартах ГОСТ Р 53734.5.1. и ГОСТ Р 53734.5.2, определение этой характеристики должно проводиться с помощью заряженного плоского монитора (ЗПМ). Так, EMIT 50598 представляет собой комплект для проверки ионизаторов, специально предназначенный для измерения нейтрализующих свойств данных приборов (рис. 7).
ЗПМ состоит из изолированной токопроводящей пластины, которая заряжается соответствующим внешним устройством - зарядником, предусмотренным в EMIT 50598, - до фиксированного начального напряжения.
Напряжение на такой пластинке может быть определено с помощью бесконтактного измерителя поля (к примеру, EMIT 50597 - цифрового измерителя параметров электростатического поля).
Рис. 7. Гостированный ЗПМ. Комплект EMIT 50598

Рис. 8. Проверка настольного ионизатора Методика проверки очень проста: следует поместить ЗПМ в рабочую зону ионизатора, при этом необходимо помнить, что скорость нейтрализации заряда ионизатором характеризуется временем стекания заряда (разряда) - другими словами, временем, за которое
напряжение на пластинке снизится до значения, равного 10% от первоначального, скажем, от 1000 до 100 В (рис. 8).
При работе с ЧЭСР-компонентами с пределом чувствительности ниже 100 В, надо проверять эффективность снятия заряда до нуля, то есть от 1000 до 0 В. Обращаем внимание, что все характеристики, приведенные в технических описаниях производителей и поставщиков, являются идеальными, выполненными в строго контролируемых условиях.
На практике же, как правило, все иначе. Необходимо каждый установленный ионизатор настроить под конкретное рабочее место, так как плотность ионного облака не постоянна и зависит от ряда внешних факторов (уровня влажности, температуры среды, скорости потока воздуха и т. д.), в связи с этим время нейтрализации заряда будет различаться.
Если исходить из принципа действия, основанного на параллельной и непрерывной «бомбардировке» рабочей поверхности отрицательно и положительно заряженными ионами, то у настольных и подвесных ионизаторов EMIT время стекания заряда (разряда) до нуля составляет менее 2 с.
Учитывая место на рабочем столе и предполагаемую зону покрытия, не менее важно определить вариант исполнения ионизаторов. Так, широкое распространение имеют настольные, подвесные и прицельные ионизаторы-пистолеты.
Следует помнить, что они эффективны исключительно в ограниченной (локальной) области рабочего стола. При работе с чувствительными элементами, чтобы определить оптимальную зону, рекомендуется перепроверить всю рабочую поверхность.
Например, у настольного ионизатора EMIT (артикул 50670) эффективная зона покрытия составляет 30х120 см, на расстоянии не менее 30 см от самого ионизатора. У подвесных ионизаторов EMIT несколько большая зона охвата, которая составляет в среднем 60х152 см (в частности, на моделях с тремя вентиляторами), однако их необходимо размещать на высоте менее 60 см от поверхности столешницы (рис. 9 и 10).  Варианты настольных и подвесных ионизаторов EMIT
Рис. 11. Проверка в соответствии действующим стандартам ГОСТ Р 53734.5.1 (2) Проверка заключается в определении эффективности снятия заряда с пластины в нескольких точках рабочего пространства. Другими словами, надо разработать схему зависимости времени нейтрализации заряда от расстояния, типовой пример представлен на рис. 11.
Обратите внимание на то, что прицельные ионизаторы-пистолеты, или распылители, эффективны лишь на расстоянии 15 см от поверхности объекта, с которого необходимо снять статический заряд.
Определите задачу для конкретного ионизатора, исходя из выполняемой операции. К наиболее распространенным моделям ионизаторов на рабочих местах монтажников и регулировщиков относятся подвесные и настольные (например, EMIT 50670 - настольный ионизатор ZERO VOLT с замкнутой системой автобалансировки и функцией обратной связи).
Эффективна и операция обдува прицельным пистолетом с подачей сжатого воздуха (EMIT 50644 - прицельный ионизатор-пистолет Chargebuster Ion Gun, рис. 12), которая выполняется перед нанесением лака на поверхность печатной платы, чтобы устранить пыль и заряд.
Исходя из требований к предполагаемой операции, обычно применяют чистый воздух или азот.
Рис. 12. Прицельный ионизатор-пистолет EMIT 50644
Следует уделять внимание и понятию стабильности ионизации. Оно обусловлено балансом между выработанными разнополярными ионами. Неправильно настроенный ионизатор с нарушенным балансом (дисбалансом) способен произвести обратный эффект, то есть зарядить объект до определенной величины.
Ионный баланс может определяться кратковременным заземлением изолированной пластинки и наблюдением напряжения, возникающего на пластинке под воздействием ионизатора. Это напряжение называется напряжением смещения. Данный тест также выполняется с помощью комплекта для проверки ионизаторов EMIT 50598.
Напряжение смещения (баланс) должен быть максимально низким. Ионизаторы постоянного тока непрерывного действия имеют низкий уровень баланса, около ±5 В, ионизаторы переменного тока в среднем имеют ±20 В.
Тем не менее необходимо инструментально убедиться в результатах на месте эксплуатации устройства.
Величина значения баланса у настольных и подвесных ионизаторов EMIT составляет ±3 В (максимум ±5 В). Указанные характеристики подтверждаются методикой проверки согласно действующим российским стандартам UJCN H 53734.5.1 к примеру, комплектом для проверки ионизаторов EMIT 50598.
Отдельно стоит рассмотреть возможность применения определенных типов ионизаторов в помещениях с высоким классом чистоты. Устройство должно быть выполнено из непылящих материалов, наиболее распространенное исполнение корпуса - нержавеющая сталь (типовой пример: EMIT 50671 подвесной ионизатор с двумя вентиляторами Overhead ZVI, с замкнутой системой автобалансировки и функцией обратной связи).
Пластиковые элементы прицельного ионизатора-пистолета EMIT 50644 выполнены из непылящих материалов, пригодных до 4-го класса чистоты (по ГОСТ ISO 14644-1).
Впрочем, все же нужно убедиться в наличии и эффективности отдельных функций. В частности, намеренно сместить баланс у ионизатора и наблюдать, как система попытается компенсировать (сбалансировать) поле ионов.
Рекомендуется обращать внимание и на дополнительный функционал ионизаторов, к которому можно отнести наличие встроенной системы автокалибровки, светозвуковой сигнализации и автоматической диагностики.
В противном случае можно смело задуматься об эффективности данного устройства и усомниться в доверии к производителю.
В промышленные ионизаторы, основанные на технологии ZERO VOLT, интегрирована запатентованная технология замкнутой системы автобалансировки. Тем самым увеличена эффективность и работоспособность ионизаторов за счет повышения надежности и увеличения интервала между техническим обслуживанием. В случае обнаружения встроенным датчиком смещения напряжения (баланса) замкнутая цепь будет его компенсировать.
Обратите внимание и на способность ионизатора (при ее наличии) отправлять данные о работе устройства в составе комплексных автоматизированных систем контроля и протоколирования данных.
На сегодняшний день только модели производства компании EMIT имеют возможность подключения к персональному компьютеру с программным обеспечением EMIT SIM. Данная платформа предназначена для автоматической проверки и регистрации эффективности применяемых средств защиты и контроля возникновения электростатических разрядов (ЭСР-событие), деятельности сотрудников, проведенных калибровок и технического обслуживания применяемого оборудования на рабочем месте, в зоне EPA (УЗЭ-зоне).
Вся модели линейки ионизаторов компании EMIT выпускаются под торговыми марками Vermason и EMIT (страна происхождения: США и Великобритания).
Каждый ионизатор проходит тщательную проверку и обязательную заводскую калибровку в соответствии со стандартами пригодности Национального института стандартов и технологий США (NIST).
Исходя из типа ионизатора и его функциональных особенностей, необходимо установить порядок технического обслуживания: какие работы и с какой периодичностью следует выполнять при ежедневном применении данного устройства, как часто проводить калибровку, очистку игл эмиттеров и т.д.
Немаловажным фактором являются гарантийные и постгарантийные обязательства, в каких авторизованных сервисных центрах будет проходить ремонт и обслуживание ионизаторов. Компания-производитель предоставляет расширенную пятилетнюю гарантию на весь модельный ряд ионизаторов ZERO VOLT.
Сотрудники компании EMIT гордятся своим опытом практических знаний по ЭСРконтролю и способности разрабатывать новые, надежные и качественные продукты ESD-защиты.
Выпускаемая продукция полностью соответствует требованиям действующих стандартов IEC (МЭК) 61340-5, ANSI/ESD S20.20, ГОСТ Р 53734.5.
Компания EMIT Technologies входит в концерн Desco Inc. (США) и считается ведущим производителем надежного оборудования и материалов для защиты от воздействия электростатических разрядов.

Автор статьи: Безяев Руслан

Литература:
1. Российский стандарт ГОСТ Р 53734.5.1-2009 (МЭК 61340-5-1:2007).
2. Российский стандарт ГОСТ Р 53734.5.2-2009 (МЭК 61340-5-2:2007).
3. Информация, предоставленная представителями концерна Desco Inc., www.descoindustries.com
4. Технические описания на промышленные ионизаторы EMIT, предоставленные компанией EMIT (DescoEMIT), www.emit.descoindustries.com
5. Информация с сайта компании Vermason, www.vermason.co.uk

Получить более подробную информаци о промышленных ионизаторах воздуха, вы можете по многоканальному телефону: +7 (499) 391-79-85, скинув заявку по электронной почте: sale@smartkomplekt.ru, а также заполнив краткую форму обратной связи.

Раздел на нашем сайте - Промышленные ионизаторы

Просмотров: 113

Дата: Среда, 01 Августа 2018