1. 각 Device Parameter 의 변화율

2. Metalization Melt

3. 미세한 Chip 구조에서의 단락 (Flashover)

4. Oxide의 Punch-Through 현상입니다.

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이상의 결과를 토대로 작업장 내에서의 정전기 방전에 대한 제어와 처리(Control and Procedures)가 요구된바에 의하면, 여러 공장에서 다양한 형태의 Program이 작성되어 수행 되었는데, 그에 따른 효과는 그렇게 큰 차이가 없는 것으로 나왔습니다. 즉, 기본되는 설비를 장치하는 단계는 필수적이지만 그 이후는 운용면에서 제각기 알맞는 식으로 발전(Up-date) 시켜야 하는 것입니다. 기본적으로 필요한 접근 해결책 및 그 장비는 아래와 같습니다.

A. 작업자에 대한 훈련 (ESD Training Course)

B. 작업장 내 기본적인 정전기 제어 시설

ex) 전도성 바닥재,Floor Mat,Table Mat,적절한 접지사항,일반적인 플라스틱 제품의 제거,공기정화기 등

C. 작업인력에 대한 처리

ex) 무진복, Wrist Strap, Conductive Shoes, Gautlets(토시),Heel Ground

D. 부품운반 및 보관에 대한 처리

ex) Tote Box, Pink-poly Box, Shunting Bar&Clip, Conductive Foam etc.

이상의 장비들은 설치와 더불어 현재의 장비들의 효과적인 운용이 Program의 성패를 좌우한다는 것은 아무리 강조해도 지나침이 없습니다. 또한 계속되는 신기술의 개발로 ESD Program 을 Up-Date 시켜야 합니다.

ESD Program 의 경비 면에서의 분석은 다음을 포함하여야 합니다.

1. ESD Control 수행 비용

2. ESD Control Program 의 유지 비용

3. 제품의 손해 비용 (Failure Cost)

이상의 기준에 의거 Program 수행으로 인한 경비면에서의 이익을 산정할 수 있는 것입니다.

Lockheed사의 가장 큰 문제점은 ESD에 대한 무지였습니다. 많은 경우 ESD로 인한 불량의 원인을 잘못 진단 하였으며 작업자는 물론 경영 진들 까지도 ESD 피해에 대한 정보에 어두웠기 때문에 무방비 상태로 있었습니다.

EOS(Electrical Over Stress) 로 인한 불량을 생산라인에서 4년간 걸쳐 Failure Analysis Technique 를 써서 분석한 후 MOS OP-Amp 와 CMOS NAND Gate 를 기준으로 ESD 피해를 산정하였습니다. 그 결과 ESD는 일 년에 2백만 달러의 손실을 입고 있는 것으로 나타났고, ESD Program이 즉각 시행되지 않는다면 유지비용이 계속 엄청나게 비싸게 소요될 것이 자명해졌습니다.

결국, 일단의 ESD Control Program의 입안(立案)이 선결과제였습니다. Wrist Strap을 구입하여 작업자에게 착용하라고 강제하는 것이 첫 단계였습니다. 그후 Anti-Static Tote Box, 이온식 공기정화기 등을 사용하여 ESD의 Guideline Procedure와 작업자 Training Course를 마련하였습니다.

이상의 과정을 Set-Up 하는 비용은 컸지만 결과는 만족스러웠습니다. Program 수행 첫 년도에 한 라인에서의 불량건수가 64단위에서 14단위로 줄었으며, 마지막(4번째)년도에는 4단위로 감소되어서 Lockheed社는 수백만 불을 절약할 수 있었습니다. 이상의 과정은 다음장에 예시되어 있습니다.

그후 견본으로 정한 MOS OP-Amp와 CMOS NAND Gate의 ESD에 의한 파괴를 검출하는 방법을 정하였습니다. CMOS NAND Gate의 경우 겉의 플라스틱 물질을 제거한 후 현미경으로 관찰한 결과 Metalization 선 간의 단락이 入力단자 부근에서 보였으며 이를 가장 보편적인 ESD 검출방법으로 하였습니다. MOS OP-Amp의 경우도 마찬가지로 조사한 결과 Op-Amp내의 Capacitor Plate가 탄 것이 보였는데 이 Plate 는 + Power에 연결된 것이었습니다. 또한 이 Capacitance 에 연결된 Transistor의 콜렉터와 베이스 부분간에 Flashover가 일어났으며 MOS Capacitor를 측정한 결과 75Ω의 값이 나와 short됨을 알았습니다. MOS Capacitor의 Metal Plate를 화학적으로 제거하여 보니 유전체 물질에 Punch-Through가 일어나 있었습니다. 이 조건으로부터 DC 30V의 Bias 조건에서 110V 가 넘는 ESD Voltage가 걸리면 MOS Capacitor가 파괴됨을 알았습니다.

이상의 조건으로부터 Lockheed社 는 이제까지의 불량품에 대한 Data를 재검토하여 불량원인에 대한 진단이 잘못되었음을 발견했습니다. 특히 MLBS(Multilayer Board)의 품질에 대한 자료를 1979년부터 1982년까지 수거하여 세밀하게 조사한 결과 Figure 1을 얻었습니다. Figure 1은 Lockheed社의 정전기 대책의 효과를 간략하게 보여주고 있습니다.

Fig (1) Mos OP-Amp ESD Failure on MLBs (매년분기)

1) 부적당한 ESD 각성 Training Course
2) 회색(Plastic) Tote Box (70% Gray, 30% Pink-Poly)
3) Wrist Strap의 보강
4) Pink-Poly Table Mats, (그 당시의 방법은 Velostat 와 Black Carbon-Loaded Plastic 이었는데 이는 준 조립품을 오염시켰으므로 모두 Pink-Poly로 하였습니다.)
5) Stainless Steel Bench Top (Hybrid제조) 과 Overhead Ionizer (이동형 Ionizer가 없었음)
6) 3M Nickel 증착 Bag (내부는 Anti-Static Polymer 처리)

이상의 접근 방법은 곧 부족함이 판명되었으며 Lockheed는 아래와 같은 수정을 했습니다.

1) 모든 작업자 및 품질관리자에 대한 엄격한 훈련 ( Westinghouse의‘정전기 위험’이라는 Video 를 사용하였음.)
2) 모든 Gray Box 를 Anti-Static Pink Tote-Box로 바꾸었습니다.
3) 작업장의 지시자로 하여금 Wrist Strap의 착용을 강제하도록 하였습니다.
4) 새로 개발된 Table Anti-Static Mat 를 작업장에 따라 선택하여 대체시켰습니다.
5) 운반 가능한 Ionizer Air Blower 를 사용하였습니다.
6) 사출기(Poly-Sandblaster)의 경우 엄청난 정전압(보통 10,000V 이상)을 발생 시키므로 정전기 제어기를 추가하였습니다.
7) Wrist Strap 만으로는 비효율적이었으므로 바닥을 Conductive Floor 로하고 Conductive Shoes 와 Heel Grounder를 사용하였습니다.

이상의 처리과정 후에도 더욱 중요한 것은, 새로운 기술이 나옴에 따라 ESD Control Program 을 계속 쇄신시키며, 그에 따른 작업자들에 대한 계속된 훈련과 홍보였습니다. 1979년 전반기의 자료에 대한 분석과 홍보로써 경영자 층이 1980년 3/4분기에는 결국 ESD에 대한 대책이 필요함을 확신하게 되었습니다. 그후 여러 가지 자료(1980년도 EOS/ESD Symposium, DOD-STD-1686, DOD-HDBK-263, 미 해군의 Naval System Command 가 개발한 ESD Traning Manual)를 참고 하여 Program 을 갱신한 결과 현재 Lockheed社의 ESD Control 공정은,

1) 최신화된 ESD 방지훈련 Course로 모든 제작인력 및 품질보증 인력을 훈련시키고
2) Lockheed 의 각 제조공정에 적합한 ESD Control 지시문헌을 구비하였고
3) 품질관리에 대한 내규를 만들어 지도층에게 ESD Control Program을 강제적으로 수행할 수 있는 강제권을 주어 운영하고 있습니다.

Table 3에 주어진 각 Item의 비용을 합하여 수행비용의 총계를 얻었습니다. Bench Top Material 은 3M Conductive Table Mat, Blue Benstat ( Pink-Poly와 비슷한 Anti-Static Type ) Table Mat, Micastat (Conductive Formica Bench Top Material) 를 포함한 합계입니다. Grey Tote Box 는 Richmond Pink-Poly Anti-Static Tote Box로 대치하였고, Black Carbon Velostat는 부품의 손상을 입히므로 제외되었습니다. 또한 ESD Control 지시문헌 제작을 위하여 인건비와 재료비, ESD 각성 훈련 비용 및 ESD 제어과정이 합계되었습니다. Table 3의 내용은 1979년의 합계입니다.

TABLE (1) 수행(설치) 비용

이 항에는 Wrist Strap, Grounder, Table Top Material 과 노화된 공기청정기의 대체비용이 포함되었으며, 새로운 인력에 대하여 ESD Control Training, 그리고 전사원에 대한 새로운 Program의 훈련비용이 합계되었으며 또한 감사비용과 ESD로 인한 잔여 피해비용도 포함되었습니다.

TABLE (2) 유지 비용

피해액의 추정은 피해원인에 대한 연구비용, 보고서 작성비용, 수리시 필요한 인력비용,Failure의 오진으로 인한 피해, 피해부품의 대체비용 등을 포함해야 합니다. 1979년의 자료는 한 불량당 평균 $ 4,500의 비용이 필요했던 바, 68단위 외에 332건의 불량이 일어났으므로 전체비용은 $ 4,500 X (332 + 68) = $ 1,800,000으로 추정되었습니다.

4) 원가절감 효과 ( ESD Avoidance Cost Saving )

ESD Control Program 의 운용결과 생기는 원가절감 효과는 Table 3 와 4 에 있습니다.

TABLE (3) 1차년도 원가절감액

TABLE (4) 4년간의 원가절감액