9 静電気対策

9.1 一般的な注意

1) 環境

半導体デバイスを取り扱う作業環境の静電気レベルは、一般に100[V]以下が基準とされています。そのためには作業場所に静電気を発生しやすい物質を置かないことや、乾燥期には加湿を行うなどの配慮が必要です。

2) 作業

作業現場では、化学繊維やプラスチックなどの帯電しやすい絶縁物を避け、導電性のものを使用してください。
特に静電気に弱い半導体デバイスを取り扱う際は、静電気対策を施した材料か導電性の容器に入れて保管したり、制電作業服や導電靴を着用するなどのほか、必要に応じて加湿器やイオナイザーを設置するなどの配慮も必要です。

3) 定期点検

静電気対策の効果を定期的に確認してください。
工程の静電気発生量、設備・冶工具・リストストラップのアース線の断線、イオナイザーの除電能力の確認を定期的に行ってください。特にイオナイザーは、取扱説明書に従い定期的に針先の清掃・交換を行わないと除電能力が低下しますのでご注意ください。

9.2 作業時の静電気対策

1) 設備・冶工具

試験機器・コンベア・作業台・フロアマット・工具・半田槽・半田ごてなどを接地し、静電気が蓄積されないようにしてください。

作業台は導電性のものを用い、塗装処理していない銅などの金属板・導電性マット等で覆い、床は導電床または導電性マットを敷いて、それぞれ接地してください。

台車やいすは導電性のものを使用し接地してください。移動台車などは金属チェーンまたは導電性ベルトで導電性の床に接地してください。

リストストラップはコードタイプを使用して接地して下さい。コードレスタイプは帯電電位を取り除けず人体に200[V]程度の電荷が残るといわれています。
リストストラップを接地する際は、ワニグチクリップやミノムシクリップでアースラインに固定せず、リストストラップ専用の接地冶具を使用してください。ワニグチクリップで裸銅線をはさみ都度接地していたところ、経時変化で裸銅線の表面が酸化して十分な効果が得られなくなった事例があります。

また、必要に応じて加湿器やイオナイザーを使用してください。
-加湿器を使用する際の注意
静電気は、湿度が30~40%以下になると急激に発生しやすくなります。このため半導体デバイスの作業環境としては湿度を45%以上に保つと良いとされています。
カーペット上を合成靴を履いて歩行した人体には相当量の静電気が帯電しますが、これが湿度に対して変化するイメージ、および発生環境による静電気発生量と湿度の関係を以下に示します。

また、米国国防省ハンドブック:DOD-HDBK-263によると、環境による静電気発生量と湿度の関係が次のように示されています。

加湿器を使用する際は、リード端子に錆が発生しないよう純水のご使用を推奨します。水道水をご使用になる場合は煮沸などで錆の原因となる塩素を除去してからご使用ください。
半導体デバイスで多く用いられるプラスチックパッケージはエポキシ系樹脂を使用することが多く吸湿しやすいため、高湿度で保管すると特性が劣化したりリード端子に錆が発生しやすくなります。特に防湿梱包品は影響を受けやすいのでご注意ください。

-イオナイザーを使用する際の注意
発生する静電気を中和するためにイオナイザー使用する際は、イオナイザーの有効中和範囲を考慮し、設置後に向きが変わらないよう本体を固定してください。
また、パルスDC方式・パルスAC方式のイオナイザーにおいては除電対象物との距離に応じた適切な周波数に設定してください。
イオナイザーの除電性能を維持するためには、一般に次のような定期確認・定期メンテナンスが必要といわれています。

<定期確認>
-除電能力の確認
-イオンバランスの確認

<定期メンテナンス>
-電極針の針先清掃(毎月1回、アルコールで針先を清掃)
-電極針の定期交換(針先材質により1年または2年で交換)

詳細は、ご使用のイオナイザーの取扱説明書ご確認いただき、不明な点はメーカーにお問い合わせください。

2) 作業者

作業者は制電作業服・導電性靴を着用し、リストストラップなどで人体アースしてください。
半導体デバイスを素手で触らないように手袋をしてください。
靴の抵抗値は、一般に100[KΩ]~100[MΩ]が良いとされています。尚、靴底・床の汚れにより抵抗値が変化し除電効果が薄れますので定期的に清掃を行ってください。

3) 作業方法

はんだごては、半導体用のはんだごてを用い、こて先を接地してください。
半導体デバイスの取り付けに際しては、同一デバイスの取り扱い回数や取り扱い時間をできるだけ少なく・短くして、短時間に作業することが半導体デバイスの破壊防止につながります。

9.3 実装後の静電気対策

1) 保管

半導体デバイス実装後のPCB基板を保管・運搬する際は、導電性袋や導電性容器等に収納してください。また、PCB基板のコネクタはアルミホイルや基板短絡バーなどで短絡してください。

2) 取り扱い

半導体デバイス実装後のPCB基板を取り扱う際も、リストストラップなどで人体を接地してください。PCB基板の取り扱いは半導体デバイス取り付け時と同様、静電気に十分注意し、コネクタに着脱する際は必ず電源を切ってから行なってください。

9.4 人体保護

静電気対策として有効な人体アースは、作業者が感電した際に通常以上に人体が危険にさらされます。人体アースは静電気対策と人体保護の両面に配慮する必要があります。
通常、人体保護の目的で、人体と接地間に直列に抵抗を入れますが、抵抗値が大きいと接地による静電気対策効果が少なくなり、抵抗値が小さいと作業者が感電した際に大電流が流れ人体が危険にさらされてしまいます。
一般に人体と接地間の抵抗値は250[KΩ]~1[MΩ]が良いとされています。
通常、市販のリストストラップには同様な値の抵抗が内蔵されています。

9.5 半導体デバイスの静電気破壊モデル

実際に半導体デバイスに印加される静電気は様々なモードがあり、また、パルス幅も都度異なります。
半導体デバイスの破壊耐量を定量的に定めるため、現在、静電破壊モデルが国際規格で定められ、次の1)から4)の規格が一般的です。

1) 人体帯電モデル(HBM:Human Body Model)

帯電した人体が半導体デバイスに触れ、人体から半導体デバイスに放電することを想定したモデルです。
C=100[pF]の容量に電圧を印加して充電し、電源を切り離してから、容量に蓄えられたエネルギーを放電抵抗R=1.5[kΩ]を介して半導体デバイスに放電します。半導体デバイスが劣化した時の印加電圧を静電気破壊電圧とします。

2) マシンモデル(MM:Machine Model)

装置のもつ容量に帯電したエネルギーが、半導体デバイスに放電することを想定してしたモデルです。JEITA規格(旧EIAJ規格)で採用されていたことからJAPANモデルともいわれましたが、現在では参考規格に降格されています。
C=200[pF]の容量に電圧を印加して充電し、電源を切り離してから、容量に蓄えられたエネルギーを放電抵抗R=0[Ω]を介して半導体デバイスに放電します。半導体デバイスが劣化した時の印加電圧を静電気破壊電圧とします。

3) デバイス帯電モデル(CDM:Charged Device Model)

半導体デバイスが冶工具などと擦れたり帯電物に近付いて静電気を帯び、リード端子に接続するチップなどの内部部品が帯電し、リード端子から外部に放電することを想定したモデルです。
半導体デバイスのリード端子とパッケージ間に電圧を印加して内部に帯電させ、電源を切り離した後、リード端子から放電抵抗R=1[Ω]を介してGNDに放電します。半導体デバイスが劣化した時の印加電圧を静電気破壊電圧とします。

4) パッケージ帯電モデル(CPM:Charged Package Model)

高電界により、半導体デバイスのパッケージが誘導帯電現象を起こし、これがリード端子から外部に放電することを想定したモデルです。
半導体デバイスのパッケージに高電圧を印加して誘導帯電させ、リード端子から放電抵抗R=0[Ω]を介してGNDに放電します。半導体デバイスが劣化した時の印加電圧を静電気破壊電圧とします。


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