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翻訳: T.Sato
これらの文書は今はヨーロッパの標準となっており、EN 100015 を置き換えた。 それらは、UK では BS EN 61340-5-1:2001、及び BS EN 61340-5-2:2001 として入手可能である。 これらの２つの BS EN は、オリジナルの IEC 文書と技術的に同一である。 IEC 61340-5-1、及び -2 は、2005年まで現在の形式のままであると予期される。
この ESD ガイドは重要な要求や推奨の多くを与えるものの、それは包括的なものではなく、 完全なガイダンスのために 61340-5-1、及び -2 のコピーを入手することをお勧めする。
静電気は日常的な現象である ―― 部屋を横切って歩いた後でドア・ノブに触れた時、あるいは車から降りた時に、 静電気ショックを経験したことのない人は少ない筈である。
静電気のその他の厄介な影響は、体への布のまとわりつき、プラスチックの文書カバーの貼り付き、 そしてテレビやコンピュータの画面への埃の吸着を含む。
我々はこれらの影響のいくらかを感じられるものの、 静電気は通常は我々が感じたり、聞いたり、見たりすることができないが、 それでも敏感な電子部品を損傷させるかも知れない低いレベルで存在している。 それは、予期しない方法で物体に急速に蓄積して驚くほど高い電圧を生じる。
異なった電位を持つ２つの物体が互いに充分に近くに接近したならば、 電荷は一方の物体から他方の物体へと急速な静電気放電として移動し得る。 これはマイクロセカンドかそれ以下しか続かないものの、 そのピーク放電電流は数アンペアに、そしてピーク電力はキロワットのオーダーに達し得る！
これよりも悪いことに、部品は部分的な損傷を受け、劣化させられるかも知れない。 それは特性の変化やドリフトを生じるかも知れない。 それはまだ仕様の範囲内にあるかも知れないが、 後で顧客が使用している最中に故障する。 損傷を受けたデバイスの 90% がこの形で発見され得ると予想されている。 これは、次のような結果を生じることから、最も高価な種類の故障となる：
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不適合の、あるいは故障したデバイスの解析は、その 60〜75% が
EOS (electrical overstress; 電気的過大ストレス) によって損傷を受けたことを示した。
これは、より新しいテクノロジに対しては 90% に上昇する。
これらの故障の約 70% が、不適切に接地された人々からの損傷に帰着させられた。
Toshikazu Namaguchi, Hideka Uchida. EOS/ESD Symposium EOS-20 1998, pp 245-251 |
手での組み立てにおいては、 彼らが接地されていないならば、ESD のほとんどは帯電した要員から生ずる。
ほとんどの人は、4000V 以上に帯電していない限りは ESD ショックを感じない (感知限界は人によって、また体の部分によってさえも異なる！)。 この電圧は管理されていない環境ではごく普通である ―― 日常生活で偶発的な静電気ショックを感じたことがない人はどれだけいるだろうか？
ヨーロッパにおいては、61340-5-1、及び -2 は EN 100015 を置き換えるために CENELEC によって採択された。 我々は、61340-5-2 「ユーザー・ガイド」で与えられた追加のガイダンスは推奨と見做しても良いが、 61340-5-1 「一般的要求」文書で与えられたガイダンスは必須のものと見做すことを推奨する。
技術的な根拠から、61340-5-1 の一部が 特定の施設やプロセスのためには不要、ないしは不適切であることがわかり、 省かれるかも知れない。 この方法で部分的な適合のみが必要とされる場合には、 これはその ESD 施設を使う全ての人に明示されるべきである。 これを達成する良い方法の１つは、 内部 ESD プログラム、あるいは EPA 適合証明に文書化することであろう。
IEC 61340-5-1 は、 静電気敏感性デバイス (electrostatic sensitive devices; ESDS) ――100V (人体モデル試験) までの感受性を持つ―― を入手から最後まで最少限の損傷のリスクで取り扱えるような 保護エリアの設計、使用、そして管理に関する一般的な要求を規定している。 この技術報告書は、以下の点をカバーしている：
Annex の１つは、ESDS の保護に用いるための機器、資材、 そして包装の性能の検証に用いる試験方法を述べている。
この技術報告書は健康と安全の要求をカバーしておらず、 この面では地域の規則やプラクティスを常に遵守すべきである。
この技術報告書は、以下の条件のもとでは 静電気損傷防止手段の実施に特別の注意が必要かも知れないと警告している：
| ESD | 静電気放電 |
| ESDS | 静電気敏感性デバイス |
| フィールド作業 (field work) | 一時的 EPA における ESDS の取り扱い |
| EPA | ESD 保護エリア |
| 基本包装 (intimate packaging) | ESDS と直接接触する包装 |
| 近接包装 (proximity packaging) | １つ、あるいはそれ以上のデバイスを包むために用いられる、 ESDS と接触しない資材 |
| 二次包装 (secondary packaging) | 近接包装の外側で、 主に追加の物理的保護を与えるために用いられる資材 |
| 帯電防止 (low charging) | 電荷の発生を最小限とする特性を示す包装 |
| 静電気放電シールド (electrostatic discharge shielding) | 1000V HBM 放電からの最大エネルギーが 50nJ 以下となるように 静電気放電によって生じる電流の通過を制限し、 そのエネルギーを減衰させるバリア、あるいはエンクロージャ。 |
絶縁材料は強い ESD 発生源であるので、可能であれば EPA から排除されるべきである。 それが可能でない場合には、 静電気を中和するためにイオナイザのような特別な手段が用いられる。
静電気がそれらに蓄積されないように、全ての非絶縁性、あるいは導電性の物体は接地される。 最も重要なことであるが、全ての要員 (人々は導電性物体である！) は、 彼らが高電圧に帯電しないように接地される。 人の接地には２つの方法がある：
これらのいずれかが欠けているならば、 その ESD 防止手段は結局は失敗することとなりそうである。 第４の要因も、非常に重要である ―― 経営者のコミットメント。 もし経営者が必要な資源や権威的な支持を与えないならば、 その ESD プログラムが成功する可能性は低い。
ESDS が置かれる面は EPA 接地に接続されていなければならず、 104〜1010 Ωの２点間抵抗と、 7.5×105〜109Ωの対接地抵抗を持たねばならない。 ESD コーディネータは、 必要な場合には「ハード接地」 (＜ 104 Ω) を承認できる。
ESD コーディネータは、彼らの特定の用途に関して、 EPA の境界、構造、機器の選択、そして EPA の全般的な適切な設計を決定する責任を持つ。 EPA 内で使用される機器は、61340-5-1 の要求に適合しなければならない。
可能であれば、EPA ワークステーション群は、 １つの EPA 適合フロアを含む１つの大きな EPA として結合されるべきである。 もしこれが行なわれず、それぞれのワークステーションが独立した EPA (EPA フロアを含まないかも知れない) を形成するならば、 敏感なデバイスはワークステーション間の移動に際して ESD 保護包装に入れられねばならない。
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| Figure 1: 典型的な EPA 接地システム |
EPA 接地接続点 (EPA ground bonding points; EBP) は、 それぞれの作業エリアや作業面の近くに設けられねばならない。 それらはリスト・ストラップが接続される点であり、 61340-5-1 に従って明確にマークされねばならない。 作業員や訪問者のために充分な EBP がなければならず、 それらはアクセス可能でなければならない。 EBP は、最大 106Ω の抵抗を通して EPA 接地に接続される。
面から接地への抵抗の値は、接地経路にディスクリートの抵抗を含めることによって、 あるいは直接接地される材質の抵抗によって達成できるだろう。
EPA 接地コードは、接地可能点と EPA 接地設備との間の接続に用いられる。 必要な抵抗を与えるために、 接地コードには１つ、あるいは複数の抵抗が含められるかも知れない。 単一の抵抗が用いられるならば、それはコードの接地可能点側の端になければならない。 もし複数の抵抗が含められるならば、接地可能点に接続される側の抵抗は そのコードの総抵抗の少なくとも半分はなければならない。 もしそれが接触可能であるならば、接地コードの接続部は絶縁材料で覆われなければならない。
EPA 接地接続システムは、それ以外の目的で用いられるいかなる接続システムとも
コンパチブルであってはならない。
コネクタの導電性の部分は、コードが接続点に接続された時には絶縁材料で覆われねばならない。
61340-5-1 技術報告書のガイダンスからの逸脱は、 ESD 保護を保証するために必要な追加の機器や手続き全てとともに、 適合証明書に記録されるべきである。
全ての要員は、不満足な手段について ESD コーディネータに通知し、 該当するならば改善や修正活動を示唆することが期待されている。
ジェネラル・マネージャは、サイト ESD コーディネータの任命の責任を負う。 それぞれのサイトについて、指名された ESD コーディネータが必要である。 彼らは、経営者の総合的なバックアップ、そして適切な資源と権限を与えられねばならない。
ESD コーディネータは ESD プログラムの実現の調整に関する所定の技術的な決定を行なう責任を持つ。
ESD コーディネータは、必要であれば代理を指名できる。
規定されたアイテム全てを使う必要はない ―― だが、いずれかのアイテムが使用されるならば、 それは与えられた仕様に適合しなければならない。
面から接地への抵抗の値は、接地経路にディスクリートの抵抗を含めることによって、 あるいは直接接地される材質の抵抗によって達成できるだろう。
EPA フロア面は、109Ω以内の面――EPA 接地間抵抗を持たねばならない (注意： 安全上の配慮のために、対接地抵抗の最小値が要求されるかも知れない)。 履物――フロアの組み合わせ (要員の接地のための) の要員――接地間抵抗は、 7.5×105〜3.5×107Ωのあいだであることが推奨される。
装着者の体から EPA 接地 (金属板) への抵抗は、 5×104〜108Ωのあいだ (そして、それぞれの靴について少なくとも 105Ω) であるべきである。
もし椅子を用いるならば、その接地可能点までの抵抗 ――椅子の、要員が接触するかも知れないすべての部分からの―― は、1010Ω以内でなければならない。 少なくとも２つの車輪が接地への経路を与えなければならない。
| 用語 | 定義 |
|---|---|
| 基本包装 (intimate packaging) | ESDS に直接接触するかも知れない包装材料 |
| 近接包装 (proximity packaging) | ESDS に接触はしないが、 １つ、あるいは複数の ESDS を包むかも知れないもの |
| 二次包装 (secondary packaging) | 主に物理的な保護を与えるために用いられ、 ESDS からは離されており、 EPA 内では許容されない |
ESDS を含む全てのパッケージに警告ラベル (61340-5-1 に従った) が付けられねばならない。 アクセスのために取り除かれたならば、それは付け直されねばならない。
敏感なデバイスを含む包装を解く際、 ESD シンボルが付けられた ESD 保護包装レイヤの取り外しは重要である。 このレイヤは、EPA 内でのみ取り除かれねばならない。
ポリエチレン袋、段ボール箱、ジフィー・バッグなどの二次包装は、 静電気帯電と ESD の元となり得るので、EPA 内に持ち込んではならない。
| EPA の中で ESDS の保護のために用いられる包装 | ||
|---|---|---|
| 基本包装 | 近接包装 | |
| 通電された ESDS | 帯電防止、及び静電気拡散性の材料を用いる (＞ 108) | 帯電防止、及びシールド、導電性、あるいは静電気拡散性の材料を用いる |
| 通電されていない ESDS | 帯電防止、及び導電性、あるいは静電気拡散性の材料を用いる | |
| 非 ESDS | ESDS のために適当なもの、あるいは帯電防止の包装を用いる | |
もしある材料が 109Ω 以上の面抵抗を持つならば、 その面の上の電荷は減衰し、その面の電位を 2秒以内に 1000V から 100V に戻さねばならない。 ESD コーディネータの判断のもとに、 104Ω未満の面抵抗 (「ハード接地」) が許容される。
包装材料の抵抗は、運用条件のもとで予期される 最低、及び最大の湿度に対して維持されねばならない。
EPA 適合材料で作られていないいかなるコンポーネント、工具、あるいは資材も、 EPA に持ち込む前に、帯電防止／拡散性、あるいは導電性の材料で包装しなければならない。
シールディング・バッグのような、ある種の包装は、 基本包装、及び 近接シールド包装の機能を組み合わせている。
| EPA の外での ESDS の保護に用いられる包装 | ||
|---|---|---|
| 基本包装 | 近接包装 | |
| 通電された ESDS | 帯電防止、及び静電気拡散性の材料を用いる (＞ 108) | シールド包装を用いる |
| 通電されていない ESDS | 帯電防止、及び導電性、あるいは静電気拡散性の材料を用いる | |
| 非 ESDS | ESDS のために適当なもの、あるいは帯電防止の包装を用いる | 適用外 |
| 包装材料 | 定義 |
|---|---|
| 帯電防止 (low charging) | 電荷の発生を最小限とする特性を持つ材料 |
| シールド (shielding) | 静電気放電からのエネルギーを減衰させる、 1000V 人体モデル試験放電から伝達されるエネルギーを 50nJ 以下に低減させる、 バリアやエンクロージャ |
| 導電性 (conductive) | 102〜105Ωのあいだの面抵抗を持つ包装 |
| 静電気拡散性 (dissipative) | 105〜1011Ωのあいだの面抵抗を持つ包装 |
| 絶縁性 (insulating) | 1011Ω以上の面抵抗を持つ包装 |
この訓練コースは以下のものを含むべきである：
ESD コーディネータが規定した適切な (文書化された) 間隔での フォローアップ訓練を設けるべきである。
典型的な訓練体系は、３つのレベルを含むかも知れない：
EPA、包装、トロリー、排除アイテム、 そしてイオナイザの位置や向きの視覚的な確認を行なわねばならない。 これらの確認の文書化はオプショナルである。
確認：
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| Figure 2: フィールド・サービス・キット (写真は Static Safe Environments Ltd. の好意による) |
現代的な環境においては大抵は多くの潜在的 ESD 発生源があるので、 この状況にはリスクがある。 最小限の可搬型装置によってこれらからのリスクを低減するためには、 ESD 問題とプラクティスに関する良い知識が必要である。
全てのフィールド作業は、訓練、資材の品質、ラベル、包装、そして個人の責任に関して、 恒久的な EPA のために規定されたものと同一の標準や要求を維持しなければならない。
二次的な非 ESD 包装は全て取り除き、作業エリアから安全な距離に捨てる。 作業者、使用する任意の一時的 EPA 作業面、そして機器は、 相互に電気的に接続しなければならない。 それが実際的であるならば、それらは接地 ――通常は主接地に―― される。 作業者はリスト・ストラップを介して接地される。
新しいプリント板は、機器に挿入する準備ができるまでは ESD 保護包装から出すべきではない。
故障解析のために必要ないかなる故障したプリント板も、 その後の ESD 損傷を避けるためにはシールド包装に入れねばならない。
デバイスの ESD 感受性は、デバイスが損傷を被らなかった最大の試験電圧である 「ESD 耐電圧」によって与えられる。 様々なデバイス・テクノロジーの典型的な HBM 耐電圧を、以下の表に示す。
| デバイスの種類 | ESD 耐電圧 (V) HBM |
|---|---|
| MR ヘッド、RF FET | 10〜100V |
| パワー MOS-FET、PIN ダイオード、レーザー・ダイオード | 100〜300V |
| 1990年台以前の VLSI | 400〜1000V |
| 現代の LSI | 1000〜3000V |
| HCMOS | 1500〜3000V |
| CMOS B シリーズ | 2000〜5000V |
| リニア MOS | 800〜4000V |
| 小型の古いバイポーラ | 600〜6000V |
| 小型の現代的なバイポーラ | 2000〜8000V |
| 電力用バイポーラ | 7000〜25000V |
| フィルム抵抗 | 1000〜5000V |
コンポーネント・テクノロジーが発展すると、 内部デバイス寸法が縮小して ESD により敏感になる。 多くの現代的なコンポーネントは内蔵保護回路によって保護されており、 それなしではそれらは極端に敏感になることであろう。 ほとんどの場合、設計目標はデバイス ESD 耐電圧を 2kV に上げることである。 場合によっては、この目標は様々な理由によって達成できない ―― 往々にして、ESD 保護とデバイス性能とのトレードオフがある。
これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。
Last update: 2003-10-07