 |
|
대전된 표면 (Charged Surface)은 항상 정전기장 (Static E-field)을 형성합니다.
그러므로 정전기에 의한 피해를 고찰할 때, 정전하에 의한 피해 (Hazard of Charges)와 전자장에
의한 피해로 나누어 고찰하겠습니다. 정전하의 피해 메카니즘은 임의의 도체사이의 방전(Discharge)으로,
사람의 손에서 회로기판의 구리선을 통한 방전을 그 예로 들 수 있습니다. 전자장에 의한 피해는 유도 (Induction)
현상에 의한 Item의 파괴를 말하는데, 본 장에서는 RF Radiation 이나 H-field 는 논외로
하고 E-field 만을 고려할 것입니다.
우선 사용한 측정방법에 대하여 설명한 후 방전과 유도 현상을 살펴 그 대책을 검토해 보겠습니다.마지막으로DOD-
STD- 1686에 맞추어 방지 물질/장비 및 작업자의 주의점을 간략히 요약하겠습니다.
|
 |
|
● Static
Meter (정전기 측정기)
정전기 측정기는 Simco사의 Electro-Static Locator (SS-2X)를 사용하여 정전기원(Static
Source)의 세기를 측정하였습니다. 측정 전에 미리 Aluminum Sheet로 Calibration
하였습니다. 본 논문에서 제시된 Source의 세기는 모두 피상 전하 (Apparent Charge)로
나타낸 값입니다. 피상전하(단위=V)는 발생되는 전자장의 유도에 의한 파괴가능성을 재는 척도입니다.
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● 표면저항
측정
Bechmann Megaohmmeter 로 표면저항을 측정하였는데 측정시 단자의 접촉을 좋게 하기 위하여
Carbon을 채운 폴리-올레핀 을 사이에 끼우고 ( 혹은 알미늄 호일 위에 Shore A 경도 40~60
의 고무판을 올리거나 - ASTM F 150, 여과지를 물에 살짝 적셔 측정부위에 놓기도 한다 -DIN
51953 ) 전극을 5파운드의 추로 눌러 사용하였습니다.
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● MOS
의 파괴 여부
사용된 N-Channel MOSFET 는 Motorola 2N 4321 로써 입/출력단에 보호 Diode(회로가
없는 것)를 사용하였습니다. Tektronika 576 Curve-Tracer 로 VGS(Threshold)
: VDS=10, ID=10μA 로 측정되었습니다. 실험자는 Wrist-Strap 으로 접지시켰습니다.
많은 실험에서 그림 3. 의 MOSFET Board 를 사용하였습니다. MOS 의 substrate case
lead는 작업자가 만지는 'Atenna' 에 접촉시키고 Gate 는 구리선에 의하여 돌출된 리이드로 연결되어
ESD의 발생 가능성을 높여 최악의 조건 (Worst case) 하의 Simulation을 실시하였습니다.
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그림 (1) MOSFET Testing Board
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실험결과 많은 MOSFET 가 Short 되었습니다. 그러나 잠재적 파괴요인 *주 즉각적인 피해현상을 보이진 않지만 특성의 변화로 우발적이고 급작스런 파괴 가능성을 안고 있는 상태
을 고려, I-V 특성곡선이나 VGS(TH) 값이 0.1V 이상 변하면 파괴로 간주하였습니다. 이하 제시된
데이터는 전체 MOS 의 수와 파괴된 MOS 의 수의 비로 나타내었습니다. 특히 Short 된 MOS 는
괄호 안에 그 숫자를 보였습니다.
|
● Room
Ionization System
High voltage DC power supply 가 구동하고 배출구가 2개인 정화기를 사용하였습니다.
각 배출구는 4개의 코로나 방전점이 있고 플라스틱 Reflector 를 장치하도록 하였고, 작업대 표면에서
59 inch 띄우도록 설치하였습니다.
|
● Shield
/ Discharge Test
포장재료의 성능을 체크하는 이 실험은 그림 4.에서 보듯이 0.75in 직경의 알루미늄 Disk사이에 0.5in
아크릴 플라스틱을 끼운 Capacitive sensor 를 3 X 3 inch 크기의 포장재를 넣은 후,
바깥면에 편평한 알루미늄 전극으로 Clamping 시킨 장치로서 한쪽 전극은 접지시키고 다른 쪽은 200pf
콘덴서에 1200V 펄스전압으로 충전시킨 후 이를 400KΩ 저항을 통하여 전압을 인가시켰습니다. 내부
알루미늄 디스크에서는 도선으로 Storage Oscilloscope 에 연결하여 측정되는 펄스전압으로 포장재의
펄스 감쇠율을 %로 표시하였습니다. 예로 Oscilloscope에서 300V 측정되었다면 감쇄율은 (1200-300)/1200=75%
가 되는 것입니다.
|

그림 (2) 포장재의 성능 측정장치(Shield Check)
|
● Modified
Shielding / Discharge Test
위 측정방법에서 Sensor 로부터 리드선을 끌어내어 이를 MOS 의 substrate-case lead
와 Gate를 악어 클립으로 물어 포장재의 보호성능을 검사하였습니다. 이때 정전기는 대전된 봉 (Charged
Prove) 으로 제공되며 경우에 따라서는 대전된 작업자의 손으로 하였습니다. 또한 최악의 조건하의 실험을
위하여 포장재는 Sensor 에 Tape 로 밀착시켰습니다.
|
 |
|
● 작업대
표면
작업대 표면재료를 논할 때는 표면의 전하보유(保持)의 정도보다는 그 위에 놓여진 물체의
전하를 유출시키는 성능 (*주. 유기된 전압보다는 흐르는 전류의 크기가
피해를 좌,우 합니다. 즉 정전기에 의한 피해를 가름하는 세가지 변수는 ① 흐르는 전류의 세기 ② 전류의
흐르는 통로 ③ 전류가 흐르는 시간입니다.「 Electro Static Discharge 」美 Hayden社)에
초점을 맞추어야 합니다. 특히 DOD-HDBK-263 에서는 Static Dissipative (106~109Ω/sq)
표면이 가장 이상적이라고 제시되어 있습니다. Antistatic (1010 Ω/sq
이상) 표면은 전하 유출속도가 너무 느리고 Conductive (105 Ω/sq 이하)
는 안전사고의 위험이 있으며 전하 유출이 너무 빨라 Item을 파괴시킬 수 있습니다. 표면재에 도체막을
Sub-layer 로 한다는 발상도 성공적이진 못 합니다. 왜냐하면 표면의 저항이 큰 경우 전하는 단순히
Voltage-Suppressed 되고 유출되지 않기 때문입니다. 측정결과 ±10,000V 대전된 도체나
Antistatic 포장재를 Antistatic (1010 Ω/sq 이상)에 1분 동안
놓은 경우 완전히 유출되지 못 하였지만 ( 8,000V 잔여전압 검출), Static Dissipative
(106~109 Ω/sq) 에서는 완전히 유출되었습니다 ( 잔여전압
50V 이하 ). 저희의 경험으로는 린넨 섬유가 표면막을 이루고 내부막을 도체 탄소막으로 한후, 1 MΩ
저항으로 접지시킨 작업대 표면이 성공적이었습니다. 특히 이 라미네이트는 용재에 잘 견뎌냈는데 50일간 매일
에틸 케톤으로 Rinsing 해도 아무해가 없었습니다.
Static Dissipative 표면은 도체표면보다 작업자에게 안전하다고 했습니다.
그런데, 부품의 안전을 위해서는 어떨까요 ? 이 질문의 해답을 얻기 위하여 그림 6.3 의 MOS 기판으로
아래와 같은 실험을 하였습니다. 작업자가 DC Power supply 를 접촉하여 여러 레벨로 대전된 후,
일 초 후에 기판을 쥐고 리이드를 Static-Dissipative 나 Conductive 표면에 접촉시켰습니다.
그 결과를 표6-1 에 보였습니다. 어느 경우에나 피해는 발생하였지만,Static Dissipative
표면에 더 안전한 것입니다.결론적으로 Static Dissipative Laminate 가 최상의 선택이라
할 수 있습니다.
|
Voltage
|
MOSFET Demage
|
Static-Dissipative Surface
(8x108 ohm/square)
|
Aluminum Sheet
|
~100
|
0/5
|
1/5
|
~200
|
0/5
|
3/5 (2 shorted)
|
~300
|
1/5 (1 shoredt)
|
3/5 (1 shorted)
|
~400
|
0/5
|
2/5
|
~500
|
2/5 (1 shorted)
|
3/5 (2 shorted)
|
~600
|
2/5 (1 shorted)
|
5/5 (4 shorted)
|
Total
|
5/30 (3 shorted)
|
17/30 (9 shorted)
|
표(1) 대전된
작업자가 MOSFET Board 의 리이드를
작업대 표면에 접촉시키는 경우
|
● 운반 상자
( Tote Box )
Tote Box 의 선택은 논란의 대상이 되고 있는 부분입니다. Antistatic
tote box 는 피층(Sweat layer) 이 벗겨지므로 Antistat 용액으로 정기적으로 처리해야
합니다. 반면에 탄소 처리된 플라스틱 상자는 영구히 전도성을 유지하지만 탄소가루가 떨어져서 부품을 오염시킬
수 있는 것입니다. 또한 오염의 문제가 없다고 해도 탄소처리된 상자는 전도성이 너무 좋은 것이 아닐까 하는
문제가 남게 됩니다. 도체 상자 위의 전하가 내부의 부품으로 급격히 흘러 부품을 파괴할 수 있고 역으로,
대전된 Item 이 급격히 도체상자로 방전되어 Spark 를 일으킬 수도 있기 때문입니다.
이 문제를 해결하기 위하여 그림6.3 의 MOSFET Board 를 상자에 접촉시키고, 작업자와 상자를
각 각 대전시킨 후 인가된 전압에 따라 파괴율을 기록하였습니다. 상자는 Antistatic (2 X 109
Ω/sq) 타입과 Black Conductive ( 2.2 X 104 Ω/sq) 를 선택하였습니다. 작업자가
대전된 경우에는 Static-Dissipative 표면 위에 상자를 놓아 측정하였고, 상자가 대전된 경우에는
절연체 (플라스틱 비이커) 위에 놓은 후 접지된 작업자가 손을 댐으로써 발생되는 방전의 피해를 체크하였습니다.
이상의 실험결과를 표 6-2, 6-3에 요약하였습니다.
|
Voltage
|
MOSFET Damage
|
Antistatic
Tote Box
|
Conductive
Tote Box
|
Aluminum
Sheet
|
Partically-Transparent Bag(11x14")with
External Metalization
|
~300
|
0/3
|
0/3
|
1/3
|
-
|
~500
|
0/3
|
0/3
|
2/3 (1 shorted)
|
-
|
~1,000
|
0/3
|
2/3 (1 shorted)
|
2/3 (1 shorted)
|
2/3 (1 shorted)
|
~2,000
|
0/3
|
3/3 (1 shorted)
|
-
|
3/3 (1 shorted)
|
~5,000
|
0/3
|
2/3 (1 shorted)
|
-
|
-
|
~10,000
|
0/3
|
3/3 (1 shorted)
|
-
|
-
|
Total
|
0/18
|
10/18 (1 shorted)
|
-
|
-
|
표(2) Static Dissipative 작업대위의 물체에 MOSFET
Board 의
리이드를 대전된 작업자가 접촉시키는 경우
Voltage
|
MOSFET Damage
|
Antistatic Tote Box
|
Conductive Tote Box
|
Aluminum Sheet
|
~300
|
0/3
|
0/3
|
2/3 (1 short)
|
~1,000
|
0/3
|
2/3 (1 short)
|
1/3 (1 short)
|
~2,000
|
2/3 (2 short)
|
3/3 (3 short)
|
3/3 (3 short)
|
~3,000
|
2/4 (1 short)
|
2/3 (1 short)
|
3/3 (3 short)
|
Total
|
4/12 (3 short)
|
7/12 (5 short)
|
9/12 (8 short)
|
표(3) 접지된 작업자가 MOSFET Board
의
리이드를 대전된 물체에 접촉시키는 경우
|
실험결과 표 6-2, 6-3 에서 보듯이 Antistatic 상자가 도체상자에 비하여 전반적으로 성능이
우수함을 알 수 있습니다. 더불어 작업자가 대전된 경우에는 그 차이가 뚜렷이(표 2.참조) 나타나지만 상자가
대전된 경우 (표 3. 참조) 에는 그 차이가 크지 않음을 유의할 필요가 있습니다. 이것은 상자가 대전된
경우에는 앞에서 언급한 피해 메카니즘 중에서 유도현상이 Dominant 해져 MOSFET 리이드의 Capacitive
Coupling 이 중요한 변수가 되는 반면, 작업자가 대전된 경우에는 리이드에 접촉하는 상자 표면의 저항치에
따른 방전이 피해를 지배하기 때문입니다. 상단의 그림 6.5는 ESD Tote Box 가 현장 라인에서
사용되는 예를 보여줍니다.
결론적으로 말하자면 작업자의 주의가 부족한 작업환경에서는 Antistatic 상자가 바람직하며, 작업자가
충분히 훈련된 경우라면 정기적인 처리가 불필요한 전도성 상자도 무방하다고 할 수 있습니다. 물론 이 경우
전도성 상자의 오염문제가 지장을 초래하지 않아야 할 것입니다.
|
● 비 전도성
플라스틱
폴리에틸렌 필름 (0.004 in) 을 -13,000V 로 대전시킨 후 접지된 알루미늄
막 위에 놓은 결과 -300V 로 전압감쇄가 일어났으며 접지된 MOSFET Board 의 리이드를 플라스틱
표면에 접촉시킨 결과, 피해율은 0/3 이었습니다. 마찬가지로 비닐의 경우도 같은 결과를 얻었습니다. 즉
비 전도성 플라스틱은 높은 전하를 방출할 수도 없고 감쇄된 전압으로 인하여 위험수위의 Field 도 형성할
수 없던 것입니다.이상의 관측으로부터 Field 가 주된 피해 요인임을 알 수 있습니다. 표 6-4 에
보고 된 피해는 접촉에 의한 방전보다는 근접시킬 때 발생하는 유도에 의한 것이라고 생각됩니다.
|
Object
|
Apparent Charge
(Volts)
|
Distance
(Inches)
|
MOSFET
(Damage)
|
Butylrate Tote Box Lid
|
+7,000
|
2
5
|
3/3 (3 Shorted)
1/3 (0 Shorted)
|
Vinyl Tote Box on Board
|
+500
|
0 (Touched)
|
1/3 (0 Shorted)
|
Vinyl Chair
|
+500
|
0 (Touched
|
1/5 (1 Shorted)
|
Plastic Identification Badge
|
-2,000
|
3
|
1/4 (0 Shorted)
|
Butylrate Screwdriver
|
+1,700
|
0 (Touched
|
2/3 (0 Shorted)
|
Polyester Lab Coat
|
+1,300
|
0 (Touched
|
2/5 (0 Shorted)
|
Polyethylene Film
|
-10,000
|
1
|
2/2 (1 Shorted)
|
Aluminum Sheet
|
-3,300
|
4
|
3/3 (1 Shorted)
|
Painted Metal
|
+100
|
0 (Touched
|
0/3
|
표(4) 여러 대전체로부터 발생하는 Field
에 의한 피해
|
● 작 업
자
여기서는 작업자의 피부에 유기되는 전하의 피해는 논외로 하고, 부품이나 상자가 대전되었을
때 작업자의 행동이 미치는 영향에 대하여 고찰하겠습니다. 그 이유는 작업자가 접지되어야 함은 이미 발표된
많은 논문에서 자명해졌기 때문입니다.
작업자가 접지되었다고 피해가 없는 것은 절대 아닙니다. 표 6-3. 6-4.에서 보듯이 접지되지 않은
작업자보다 그 피해가 적을 뿐이며 접지 되었더라도 부품의 파괴를 일으킬 수 있습니다. 예로써 Coating
을 위한 Spray 로 접촉성 정전기 (Triboelectric) 가 발생되어 있는 부품을 접지된 작업자가
접촉하면, 작업자는 방전로 (Discharge-path) 를 형성하여 피해를 유발할 수 있습니다.
문제의 해결책은 작업자가 항상 각성하여 Item 의 리이드를 접촉하지 않도록 한다는 것입니다. 또는,
작업자가 Static Dissipative 장갑 (면+도전사 합성섬유) 을 사용하여 손의 저항을 적절히
높이는 방법이 있는데 이 아이디어는 정전기가 계속 발생되는 작업장이나 사출 (Grit Blasting)
에 유용합니다.
|
 |
|
● 거리와
정전기장 (Static Field) 의 관계
표에서 접지된 작업자가 MOSFET Board 를 대전된 물체주위에서 근접시켜
움직일 때 발생하는 피해율을 보았습니다. 이때, 근접거리와 피해의 상관관계를 보기 위하여 여러 크기의 정전기원에
MOSFET Board 를 정해진 거리만큼 근접시켜 파괴여부를 체크하였습니다. 이 실험결과를 그림 6.6 에
보였습니다. 그림에서 원으로 표시된 점은 여러 플라스틱 표면이 대전된 경우이며, 삼각형으로 표시된 점은 알루미늄
막에 의한 실험결과입니다. MOS 가 파괴된 경우는 검게 표시되어 있습니다. 그림에서 보듯이 정 전하 주위의
전기장은 거리 제곱의 역에 비례하며 안전거리 d 는 d=√v / c (c≒1.8), 로 계산됩니다. 그림 6.6
의 결과는 앞에서 언급했듯이 최악의 조건 (Worst Case) 하의 실험 결과입니다. 최소 피해조건(Minimum
Failure) 하에서의 실험을 위하여, 그림 6.3 의 실험기판 (Testing Board)에서 리이드를
알루미늄 접지판에 샌드위치 시키고 돌출안테나를 제거 시키고 실험한 결과 - 7000V 표면에서 1 피이드(foot)
에선 피해율이, 전자의 경우 4/5 에 비하여 0/5 로 작고, 2 Inch 에서는 2/3 로 파괴가 발생하였습니다.
이 경우의 상수 c 는 7~42 정도이며, 실재 일반적인 케이스는 이 중간 레벨의 값이 될 것입니다
|
● 공기 이온화
장치
이온화 장치의 공기노즐로 부터 정해진 거리에서 접지된 작업자가 그림 3. 의 MOSFET Board 를
흔들어 그 피해율을 기록하여 표 6-5 를 얻었습니다. 표에서 보듯이 안전거리는 10 inch 정도입니다.
V-C 펄스 이온기는 공기 흐름이 없으므로 Blower 타입으로 하는 것이 더 바람직하다 할 수 있습니다.
반면에 Nuclear 타입은 전자장이 발생되지 않기 때문에 정전기 피해가 없고, 소형이라는 이점이 있습니다.
요약하면 10 inch 이상 떨어져 사용하면 이온기는 피해가 없으며, 가까이서 ESD Item을 취급
하거나 Cleaning 을 위해서는 Nuclear Type 이 필요한 것입니다.
|
Equipment
|
Distance from MOSFET
Board
(Inches)
|
MOSFET Damage
|
Blower,Alternating Current Corona Discharge
Type
|
Model A (5,000 volts)
|
2
4
6
|
2/3 (1 Shorted)
0/5
0/5
|
Modea B (5,000 volts)
|
4
10
|
4/10 (2 Shorted)
0/10
|
Ionizer,Pulsed Direct current,Corona Discharge
Type
|
10,000 volts (Balance)
|
10
|
0/10
|
Ionized Air Nozzles, Corona Discharge Type
|
Model A (4,000 volts)
|
1
2
|
2/5
0/5
|
Model B (4,000 volts)
|
1
2
3
|
3/5 (1 shorted)
1/3
0/5
|
Model C (4,000 volts)
|
1
|
0/5
|
Ionized Air Nozzles,Nuclear Type
|
1
|
0/5
|
표(5) 이오나이져에서 발생하는 Feild
의 영향
|
● 실내 이온화
장치 ( Room Ionization System )
Room Ionization 이 필요한 이유는 본고 에서는 논외키로 하겠습니다. 여기서는 D-C Room
Ionization System 의 몇 가지 의문점에 대하여 고찰하겠습니다.
이 시스템은 +, - 이온 배출구가 같은 전압에서 작동되므로 Net-Field 가 거의 무시할 만하고
이온간의 불균형이 5 ft 떨어진 작업대에서는 문제가 안됩니다. 하지만 어떤 이유로 갑자기 불균형이 발생한다면
작업대위의 도체가 충분히 대전되어 부품을 파괴하지 않을까요 ? 이 문제의 해답을 얻기 위하여, 앞의 실험장치
( 2.4항)를 설치하고 알루미늄 막을 비 전도성 플라스틱으로 작업대 표면을 격리시켜 Capacitance를
형성하게 한 후 한쪽 전극만을 동작시켜 MOS 의 파괴를 기록하였습니다. 그 결과를 표 6 에 보였습니다.
|
Emitter Voltage
|
Distance from AL Sheet to Bench Top,Inches
|
Observed Voltage on AL Sheet
|
MOSFET Damage
|
+ 17,000
|
4
|
+ 240
|
2/3 (1 shorted)
|
As required to charge AL Sheet
|
4
|
+ 120
|
1/3
|
As required to charge AL Sheet
|
4
|
+ 80
|
1/5
|
As required to charge AL Sheet
|
1/4
|
+120
|
2/5 (1 shorted)
|
As required to charge AL Sheet
|
1/4
|
+ 80
|
0/5
|
As required to charge AL Sheet
|
1/4
|
+ 50
|
1/10 (1 shorted)
|
+ 8,200
|
1/4
|
< 10
|
0/10
|
- 8,200
|
1/4
|
< 10
|
0/10
|
표(6) 불균형(Unbalanced)된
D-C Room Ionization System 의 영향
|
보통의 시스템 동작이 8,200V에서 이루어 지는 것을 감안하면 Room Ionization 은 정전기
피해를 일으키지 않는다고 결론 지을 수 있습니다.
|

그림 (3) Room Ionization
System
|
Room Ionization System 이 피해를 일으키지 않는 것을 확인하였으므로 이번에는 그 전하
중화능력 ( Ability of neutralizing ) 을 살펴보겠습니다. 작업대 높이에서 여러 물질의
전압 감쇄성향을 잰 결과 표 (7) 을 얻었습니다. 또한 시스템이 불균형되었을 때도 역시 마찬가지 결과를
얻었고, 상대습도를 변화시키면서 측정한 결과 마찬가지 효과를 얻었습니다. 즉 Room Ionization
System 의 효용을 정당화할 수 있는 것입니다.
|
Material
|
Initial Charge, Volts
|
Time,Minutes,to Decay
to 500 Volts with System On*
|
Residual Voltage at 5
Minutes with System Off*
|
Polystyrene Foam
|
+ 5,000
|
1.5
|
+ 1,200
|
Polyethylene Film
|
- 5,000
|
1.8
|
- 4,800
|
Vinyl Sheet
|
- 5,000
|
2.5
|
- 800
|
Carbon Loaded Polyethylene
|
+ 5,000
|
2.5
|
+3,200
|
Aluminum Foil
|
+ 5,000
|
1.8
|
+ 3,300
|
표(7) Room Ionization 이
있는 경우와 없는 경우의 Charge Decay Rate
|
또 다른 문제는 배출구와 대전체의 상대적 위치입니다. + 대전체를 + 배출구 아래 놓으면 감쇄속도가 작을
것이라고 예측할 수 있는 것입니다. 또한 어느 위치에서나 이온화 시스템이 있는 경우가 없는 경우보다 훨씬
효과적이었습니다. 특히 일반적인 이온화 시스템의 경우 배출구 앞에 Grid (격자무늬의 창살) 가 붙어
거의 일정한 조건을 제시해 줍니다.결론적으로 Room Ionization System 은 전하나 전장에
의한 피해가 없으며 비 도체의 전하를 중화시키는데 아주 효과적이라 할 수 있습니다. 그림 8.은 그 효과를
단적으로 보여주는 그래프로서 Room Ionization 이 되는 경우의 전하 감쇄율 (Charge Decay
Rate) 이 훨씬 빠름을 알 수 있습니다.
|

|
● 작업 동작
DOD-HDBK-263 이나 미 해군 훈련지침서에 정전기 피해를 일으키는 여러 동작의 리스트가 나와 있습니다.
그 중에서 Roll 에서 Masking Tape 를 벗기는 Grit-Blasting 에 대하여만 간단히
논 하겠습니다.도전 테이프는 자체의 전도성으로 인하여 전압 감쇄가 일어나 전기장의 문제가 없으나 아크릴
접착제로 인하여 피해가 발생하므로, 이것이 문제가 되는 경우에는 접착제를 실리콘 접착제로 바꾸어야 합니다.
Blasting 작업은 기판에 큰 정전기를 유발시켜 피해가 일어날 수 있으므로, 이온 정화기를 노즐 근처에
두어 발생되는 정전기를 감쇄시켜야 합니다.
|
● 작업화
및 인체
우선 전도성 신발 (가죽창) 과 비 전도성 신발 (네오프렌 창) 의
전하 감쇄시간 ( Charge Decay Time ) 을 결정하기 위하여 점착성 Dust Control
Mat 등과 같은 정전기원을 지나간 후에 실험을 하였습니다. 이때 인체는 앞의 정전압 측정 센서의 UHF
Connector 에 연결하고 그 추이를 기록하였는데 그림8.9. 는 그 예입니다. 여기서는 작업자를 500μΩ
막대저항을 통하여 대전되는 Steel 판 위에 서 있게 하였습니다.
그림6.9 에서 보듯이 도체 신발의 방전이 부도체의 경우보다 더 느립니다. 그 이유는
전하가 전도성 창을 통하여 흘러가 많은 전하가 인체와 의복에 분포하게 되기 때문입니다. 그림에서는 5 Kv
로 대전시킨 경우, 처음에는 2Kv 까지 떨어지고 그후 200 V 미만으로 떨어집니다.그 후의 작은 기복은
아주 미세한 움직임으로 인한 대전성 대전으로 인한 것입니다.
비 전도성 신발의 경우 인체는 신발의 유도체로 인한 유도전하를 가지게 되며 신발로부터
전해지는 전하가 없습니다. 따라서 5 Kv 로 대전된 신발창이 바닥에 닿는 경우 전하는 신속히 바닥에 분산되게
됩니다. 또한 400 V 근처의 심한 기복은 창의 접촉성 대전에 의한 것입니다. 모든 부도체는 전하를 함유할
수 있으므로 신발에서 발생한 정전압이 인체를 같은 레벨로 올리는 것입니다.
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● 작 업
자
적절히 접지된 작업자는 피부에 정전기가 없지만, 소매가 말아 올려진 경우 손목의 털에서 900 V 정도의
정전기가 발생하고 있어 많은 회사에서 큰 문제 거리로 대두되어 있습니다. 머리털도 단정히 빗어 묶지 않는
경우엔 정전기로 인한 피해를 유발합니다.
앞의 표 6.4.에서 보듯이 합성섬유로 된 의복은 정전기를 간직하며 부품을 파괴할 수 있으므로 여하한
경우에도 부품에 접촉해선 안됩니다. Anti Static 의복이 Fiber 를 포함한 것은 안됩니다. 왜냐하면
회로를 Short 시킬 수 있기 때문입니다. 작업의자도 비전도성이면 피해를 일으킵니다. 일반적인 해결방법은
작업자가 Item 을 대전체 주위에 근접시키지 않도록 훈련하는 일이며 머리를 뒤로 단정히 묶는 것입니다.
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여기서는 Wrist Strap 과 Bag 만을 논하겠습니다.
● Wrist Strap
여러 디자인이 실험되었습니다. Bead Chain 형은 접촉이 몇 Point에서 돼지만
MOS 를 보호하는 것으로 나타났습니다. 이 디자인의 단점은 접촉이 Loose 해 진다는 것입니다. 이
단점을 보완하기 위해서는 Metal 을 피부에 단단히 접촉시키는 디자인이 바람직한데 이 'Wristwatch'
형은 탄소막 플라스틱의 전도성이 좋아야 하는데 실험에서는 탄소섬유 밴드에 Steel Fiber 를 0.09
inch 길이로 댄 것을 사용하였습니다 . 형태 및 접지 관련 그림은 한국 엠엠피 발행 『 정전기 제어
시스템 』(제1권- 2장-인체의 대전방지) 을 참고 하십시오.
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● Faraday
- Cage Bag
정전기 방지용 Bag 은 두 가지 점에서 적합한 성능을 발휘해야 합니다.
① 내부의 접촉성 대전 ( Triboelectric Charging ) 을 방지해야 하며
② 외부의 전자기파에 대하여 적합한 차단효과 ( Shielding ) 을 갖고 있어야 합니다.
표 6-8. 에서는 각 Bag 의 Pulse Attenuation 을 측정하여 기록하였습니다. 폴리에틸렌
Bag을 제외한 다른 백들은 모두 어느 정도 Shielding 효과를 갖고 있는데 93% 정도의 감쇄율이면
충분합니다. Bag 에 Device 를 넣고 한 실험 결과로써 알루미늄 막을 포함한 라미네이트 구조가 제일
바람직하다 할 수 있습니다. 결국 라미네이트 구조가 Bag 의 유도현상 모두에 완전한 보호를 합니다. 일반적으로
알루미늄 막을 Anti-Static 처리된 Polyethylene 에 Sandwich 시킨 라미네이트 (그림
6.11.)를 많이 사용합니다.
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Bag
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Percent Pulse Attenuation
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Anti-static Polyethylene
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75
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Carbon Polyolefin
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97
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With Conductive Ink, A
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78
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With Conductive Ink, B
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50
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Partially Transparent with External
Metallization
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99.8
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Same, but Handled (Metallization Cracked
on Crease)
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59
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Partially Transparent with "Buried"
Metallization, A
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39
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Partially Transparent with "Buried"
Metallization, B
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87
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Laminate Containing Aluminum Foil, with
Anti static Polyethylene Lining**
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93
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Anti static Polyethylene Bags Inside
of and Outside of Carbon-Loaded Polyolefin Bag
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92
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Anti static Polyethylene Bags outside
of Partially Transparent with External Metallization
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93
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표(8) Shielding / Discharge
Test
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현재 이 문제를 다루는 학파는 두 갈래입니다. 한 편에서는 도체 물질의 제거를 주장하고 다른 한편에서는
작업장의 모든 물체를 도체로 간주하여 접근하는 방식을 택하고 있습니다. 어느 접근 방법이나 혹은 양자의
혼합이나 그에 대응하는 취급 법으로 사용하면 효과적입니다. 표 9. 는 방지책 및 요령에 대한 일반적인
원리를 요약한 것입니다.
이상의 방지 장비가 효과적으로 이용되기 위해서는 작업자의 작업태도가 그 성패를 좌우합니다. 예로 접지된
작업자는 작업자가 Wrist Strap 을 착용하지 않고 리이드를 의자에 접촉시키면 오히려 해가 될 수
있습니다. DOD-HDBK-1686 에도 제시되어 있듯이 작업자의 훈련이 중요한데 그 기본 Rule 은
아래와 같습니다.
① ESDS ITEM 을 필요없이 손이나 기타 대전된 표면에 근접시키지 말 것.
② Static-Safe 처리된 작업장이 아니면 항상 부품을 작업대 위에 둘 것.
③ 작업장에서 필요없는 물건은 항상 옆으로 치워 정돈할 것.
④ 부품의 리이드를 접촉하면 모든 도체 (예로 납땜 인두) 는 항상 접지 시킬 것.
⑤ 습도 조절기나 이온화 장치만으로 모든 것이 해결되는 것이 아님을 명시하고 여러 대비책을 병행할 것.
⑥ Wrist Strap 의 저항은 자주 체크하여 적당한 레벨로 맞출 것.
⑦ Static Meter 로 작업장을 조사하여 적절한 대비책을 세울 것.
⑧ 정전기를 발생 시키는 작업 동작을 특히 주의할 것.
⑨ 접지 되었더라도 작업자는 자신이 피해의 원인이 될 수 있음을 명심할 것.
⑩ 작업자 개인 용품 중에서 플라스틱 제품은 반드시 치워 놓을 것.
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대책분야
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방지장비
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주의점
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작업대
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Static-Dissipative Laminate
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불필요하게 작업대 표면에서 Item을 접촉시키지 말 것
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일반 플라스틱 제품
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정화기,Topical Anti-static
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제시된 장비를 사용하고 가능한 작업장에서 제거할 것
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작업의자
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의자표면을 도전성 처리
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필요없이 Item에 근접시키지 말 것
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포장상자
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도전성
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오염에 주의
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Anti-static
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주기적인 Anti-static 용액으로 처리
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위의 두 경우 모두
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작업장에서는 한쪽으로 치워둘 것
보관시 상자표면을 접지시킬 것
부품을 라미네이트백에 넣은후 보관
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바닥재
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전도성 바닥재 사용
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오염에 주위하며 주기적인 체크
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작업자
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Wrist strap
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항상 착용할 것, 단선등 주기적인 체크
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Anti-static 의복, 기타부위
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Item에 근접시키지 말것
머리는 단단히 묶어 정전기 발생을 방지
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Heel Strap, 대전화
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항상 착용할 것, 오염주의,주기적인 체크
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작업장 외에서의
정전기 피해
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Field Meter, 라미네이트 Bag 그외 Faraday-Cage
Bag
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적절한 거리를 띄울 것, Static-Safe 처리되지 않은 작업장
외에서는 Item을 꺼내지 말 것
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표(9) 정전기 대책 장비 / 물질
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1. 작업대 표면재는 작업자의 안전이나 적절한 방전 속도를 위하여 Static-Dissipative 로
해야 합니다.
2. 운반 상자는 작업자가 대전된 경우에, Anti-static 이 도체 상자보다 훨씬 유리한 반면 상자가
대전된 경우에는 그 차이가 미세 합니다. 양자 모두 장,단점이 있으며 적절히 사용되면 어느 것을 써도 무방합니다.
3. 정전기를 함유한 비전도성 플라스틱은 방전에 의하기 보다는 전자장에 의한 유도로 그 피해가 일어납니다.
4. 대전된 표면에서 유도현상의 안전 거리는 d=√v/1.8 만큼 두어야 합니다.
5. 이상의 결과를 요약하면
① 도체는 모두 접지시켜 50V 이상의 정전기가 함유되지 않게 하고
② Field Meter 로 비 전도체를 측정 300V 이상의 전하가 생기지 않게 하고
③ Static Field 를 없앨 수 없으면 위에서 계산된 d 만큼 띄워 안전을 보장해야 한다.
6. 공기 이온정화기는 배출구로부터 10 inch 이상 띄워 부품을 놓아야 합니다.
7. D-C Ionizer 는 Fan 이 있는 Pulse Type 이 보다 낫습니다.
8. Room Ionization System 은 불 균형시에도 해가 없고 부품의 놓이는 위치에 상관없이
거의 일정한 효과를 보입니다.
9. 도체 테이프는 전하 유출과 전압 감쇄로 전자장을 막는 효과가 있으며, 문제가 될 경우 접착제를 바꾸어
사용하면 됩니다.
10. Grid Blasting 시에 코로나 방전기를 사용하면 피해가 없습니다.
11. Bead Chain 형 Wrist Strap 은 효과적이나 손목위에 꼭 접촉되지 않으므로 Wrist-watch
형이 추천할 만 합니다.
12. Faraday Cage Bag 은 알루미늄 막을 함유한 라미네이트가 제일 바람직합니다.
13. 적절한 방지 장비/물질의 선택과 더불어 그에 적합한 작업자의 테크닉이 병행되어야 합니다.
14. 작업자의 기본 수칙은 DOD-HDBK-1686 에 요약되어 있는바 작업자가 이 수칙을 철저히 지켜야만
ESD Program 이 성공할 수 있습니다 ( 본문참조)
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● 원 본
HAZARDS OF STATIC CHARGES AND FIELD AT THE WORK
STATION
John M. Kolyer, William E. Anderson and Donald E. Watson
Rockwell International Corporation
Autonetics Strategic Systems Division
Defense Electronic Operations
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