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いっけいさわまつ
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1 ESD 対策技術ワークショップ静電気管理に必要な静電気測定方法 (2017) 春日電機 ( 株 ) 営業技術部鈴木輝夫 1

2 ESDC のための静電気管理に必要な帯電電位と電荷量測定管理方法 1. 電子産業分野での静電気測定の特徴測定対象物絶縁物と導体が混在している部品製品誘導帯電現象小さい部品測定エリアが小さい測定器低い電圧数ボルトの電圧を正確に測定できる測定器小さな電荷量測定個所が膨大従来の静電気測定器測定方法では, 工程で発生している静電気トラブルの発生危険性を十分に把握することができない 2

3 2. 静電気管理のための測定方法 ( 提案 ) 1) 専用測定器を使用する再現性がある測定を行うため 2) 静電気量 (Q) は Q=C Vであることを意識した測定を行うこと 3) 管理のための測定は測定箇所測定方法を決めて行う 4) 多方面測定の実施 : 表面電位 ( 分布 ) 電荷量, 静電気放電等を同時に測定し総合的な現象の理解が重要である 3

4 3. 静電気の工程管理用測定器 1 小エリア用表面電位計表面電位あるいは電位分布を測定する 2 人体電位測定器作業中の人体電位の変化や最大値を測定する帯電した作業者はデバイスを ( 直接誘導 ) 帯電させるのみならず人体帯電に起因して帯電した工具等からデバイスへ静電気放電を発生する危険性がある 4

5 3クーロンメータ ( 接触方式, ファラディケージ方式 ) 接触方式のクロンメータ : CDMによるデバイスの静電気破壊に寄与する放電電荷量を測定するファラディケージ方式のクーロンメータ : 被測定物体の全電荷量測定を測定する 4EMIロケータ : 工程中の静電気放電発生場所を発見する静電気破壊劣化の発生場所を把握する 5

6 5 抵抗計静電気対策用品の抵抗を測定する管理電圧の低電圧化に伴い低い測定電圧 (10V 100V) で測定する 6

7 表面電位計 ( 非接触式 ) の測定小型で軽量である測定対象 : 導体でも不導体でも測定可能であるフィルム V0, 帯電した紙測定距離 :d V1 表面電位計 kv 接地すること!! 7

8 一般産業用表面電位計 (KSD-1000/2000) 8

9 測定対象が小さいものの表面電位測定グランドケーブル電界計 Sm: 測定エリア Sc: 帯電物体の大きさデバイス D: 測定距離 Sm Sc φ170mm 9

10 大きさの異なる同じ電位の帯電物体の電位測定帯電物体の大きさと指示値との関係? 測定距離 :d V1<V0 kv Sc1 < Sc2 V 1 < V 2 kv V2 = V0 測定距離 :d d 測定エリア :S m d 帯電物体 :Sc1 V0 帯電電位 :V 0 帯電した金属製円板帯電物体 :Sc2 Sc2> S m 直流高電圧電源 V0 小さな帯電物体の測定例測定器較正時 10

11 帯電物体の大きさの指示値への影響 200 表面電位計指示値 V1(V) 100 Sm Sc2 Sc 帯電物体の電位 Vo (V) 11

12 測定対象が小さいものの表面電位測定表面電位計デバイス電位プローブ 20mm d:10mm グランドケーブル測定エリアは約 20mm 12

13 小エリア静電気測定器 (KSD-3000) 13

14 帯電物体の大きさの違いによる測定誤差表示電位 [mm] 15 15[mm] 20 20[mm] 25 25[mm] 30 30[mm] 40 40[mm] 50 50[mm] [mm] -500 条件 : 使用測定器 KSD-3000 基準測定距離 10[mm] 基準帯電板 20 20[mm] 帯電電位

15 帯電した作業者が絶縁性グリップのドライバーを持ったときの放電工具の先端が絶縁されていたら? 電気が流れないから安心か? EMI ロケータ 15

16 作業者の帯電電位の測定例リストストラップ測定用プローブ作業動作中の最大電圧の測定人体電位測定器 10.0V 導電性靴導電性床

17 人体電位測定器 (KSD-4000/4001)

18 静電気測定の盲点帯電電荷量 Q が一定でも帯電電位 V が異なる Q =C V Q : 帯電電荷量 C: デバイスキャパシタンス V : 帯電電位 V =Q/C Q V C 18

19 帯電物体の電位値の変化帯電物体の電位は接地体からの距離で変わる帯電物体の静電容量 ( 帯電物体が絶縁物の場合はみかけの静電容量 ) を考慮する必要がある帯電量 (Q) が一定でも帯電物体の静電容量 (C1) が変わる (C1 C2) と帯電電圧 (V1) も変化する (V1 V2) V 1 =Q/C 1 V 2 =Q/C 2 V 1 C 1 <C 2 C 2 C 1 V 1 >V 2 V2 (a) 19 (b)

20 表面電位計による指示値の変化測定器による帯電電位の変化 Vd Q( 真電荷 ): 一定デバイス電位 :Vd=Q/Cd Vd>Vdo 表面電位計の指示値 : Vdo=Q/(CdCp) Cd ( デバイスキャパシタンス ) 浮遊容量の発生 20 Cp 近 Q( 真電荷 ): 一定接表面電位計の電位プローブ Vdo Cd ( デバイスキャパシタンス )

21 表面電位計での電位測定時の測定系の浮遊容量の影響測定器による帯電電位の変化ストロール法による人体帯電電位の測定 Vh=Q/Ch 靴 Q Ch: 人体の静電容量 Cc: 測定ケーブルの静電容量 Cp: 金属板電極の静電容量 Cm: 金属板電極と表面電位計間の静電容量 - - Ch 測定用ケーブル床材 - - Cc Vm=Q/(ChCcCpCm) Cm 金属板電極 - - Cp Vm kv Vh>Vm

22 ESD 管理のための測定は電荷量 (Q) 電位 (V) 静電容量 (C) の関係を意識して行う容器 1 の面積 : 静電容量 (C 1 ) Q = C V 水の量 : 電荷量 (Q) 静電容量 (C 1 )< 静電容量 (C 2 ) 容器 2 の面積 : 静電容量 (C 2 ) 水深 : 電位 (V 2 ) 水の量 : 電荷量 (Q) 水深 : 電位 (V 1 ) 水の量 : 電荷量 (Q) Q/C 1 =V 1 > V 2 =Q/C 2 22

23 電荷量の測定例 ( ファラデーケージ ) 帯電したデバイス外部電極容器エレクトロメータ測定用コンデンサファラデーケージ絶縁体測定対象 : 液体粉体金属板紙フィルム布 23

24 動電荷量測定接触タイプ電荷量測定器静電気破壊時に放電電荷量として流れ出る内部の導体部分にたまっている電荷量を測定する 24

25 クーロンメータ (NK-1001A/1002A)

26 帯電したデバイス Cd クーロンメータ Ce Qd Ve=0 CDM Vd Ce Cd 接地金属板 re Cd スイッチ Qd Vd 導体の接地は, 帯電させないために必要である. 火花放電防止 re 0Ω デバイス破壊 (1) f Ce Cd Ve=Qd/Ce 等価回路 Ce re 火花放電 (2) re

27 帯電電位が一定でも帯電電荷量が異なる直流電源 Vi 半導体デバイス測定用プローブ電荷量測定器 ( 等価回路 ) R 絶縁性スペーサ接地間距離 d nc 接地金属板 Cm 27

28 帯電電位と電荷量の関係 6 電荷量 Q (nc) Pin DIP 14Pin DIP 16Pin DIP 20Pin DIP 24Pin DIP 28Pin DIP 42Pin DIP -4-6 帯電電圧 V i(v) C42= /100= =18pF 図 3-5 帯電電圧と電荷量の関係 C28= /100= =10pF 28

29 電荷量の接地間距離による変化電荷量の接地間距離依存性 (Vi=-1000V) Pin DIP 24Pin DIP 42Pin DIP -14 電荷量 Q(nC) 接地間距離 d(mm) 29

30 デバイスキャパシタンスの設置距離による変化静電容量の接地間距離依存性 (Vi=-1000V) ) 静電容量 C (pf Pin DIP 24Pin DIP 42Pin DIP 固有静電容量接地間距離 d(mm) 30

31 帯電電荷量 :Q=C V デバイスチャパシタンス :C=Q/V 放電エネルギー :W =C V 2 /2=Q V/2 帯電電荷量が一定の場合の放電エネルギーはデバイスキャパシタンスが固有静電容量のときに最大値となります 31

32 抵抗の測定抵抗の測定電圧は工程の管理電圧以下の値とする例えば工程の管理電圧が 10V の場合抵抗の測定電圧は 10V 以下の値とするただし測定電圧は予め ESD コーディネータが検討して決めた値とすること 32

33 電圧電流計法による高抵抗測定回路測定回路 Rv s g S 測定電極 E V A I 直流電源電圧計直流電流計高抵抗 Rv=E/I E1>E2 I1>I2 Rv1<Rv2( オームの法則が成り立たない ) 33

34 漏洩抵抗値の電圧依存性帯電電位 V (V) 100 高抵抗減衰が零まで下がらない場合がある測定電圧 Vm< 管理電圧 50 Vm= 100V R =R1 Vm=30V R = Vm=10V R = R2 管理電圧時間 t (s) 34

35 まとめ電子産業でのESD 管理は益々難しくなりつつありますので以下の事項を踏まえて行って下さい静電気現象の理解が必要である RCJS を用いたESD 対策を基本にさらに低電位での対策を行いその対策の効果を計測管理する対策と計測管理には Q=C V の関係を考慮する必要がある 35

IEC シリーズイミュニティ試験規格の概要

IEC シリーズイミュニティ試験規格の概要 IEC 61000-4 e 2018 7 23 1 2 2 2 2.1.............. 2 2.2.................. 2 3 IEC 61000-4-2 ( ) 3 3.1...................... 3 3.2..................... 3 3.2.1 ESD........... 3 3.2.2 ESD.............. 3