Jonizator w procesie produkcji elektroniki

Przede wszystkim z obowiązku należy podać, że konieczność jonizacji powietrza występuje nie tylko w branży elektronicznej, ale także w farmacji, przemyśle spożywczym, lakiernictwie, motoryzacji, górnictwie i wielu innych. W każdej z tych branż zastosowanie jonizatorów ma nieco inny cel. Dziś skupmy się na elektronice, w której to branży stosujemy jonizatory przede wszystkim z dwóch powodów:

• Zabezpieczenie komponentów, aplikacji i urządzeń przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) co jest kluczowe przy praktycznie każdym rodzaju produkcji elektronicznej, czy serwisie, gdzie wyładowania elektrostatyczne prowadzą do uszkodzeń elementów i obniżenia jakości. W praktyce, gdy w strefie EPA ładunki nie mogą być odpowiednio szybko odprowadzone do uziemienia w celu zrównoważenia potencjałów obiektów pojawia się konieczność neutralizacji tegoż potencjału przy wykorzystaniu jonizacji powietrza.
• Wydłużenie czasu sedymentacji, tj. osadzania się i gromadzenia na powierzchniach cząstek stałych, ich konglomeratów, które skrótowo możemy określić jako kurz. W tym przypadku by zmniejszyć proces przyciągania zanieczyszczeń do powierzchni wynikający z odmiennych polaryzacji drobin podlegających sedymentacji i powierzchni płaskich jonizacja powietrza jest konieczna zarówno punktowo jak i na większych obszarach. Zanieczyszczenia już od wielkości mikrometrów (lub mniejsze) będą wpływały na jakość np. produkcji wiązek kablowych czy optoelektronice (jakość obrazu).

Rodzaje jonizatorów

Jonizatory można podzielić według miejsca pracy:

Stanowiskowe – najbardziej znany typ. Są montowane najczęściej na blatach lub nad powierzchniami roboczymi. Mamy tu do czynienia z jonizatorami wiatrakowymi i zależnie, jak dużą powierzchnię chcemy objąć jonizacją oraz na jakim dystansie ma zachodzić proces neutralizacji, odpowiednio dobierana jest liczba wirników od 1 do kilku, tak by efektywnie neutralizować ładunki przykładowo z odległości 1 metra, na powierzchni roboczej o długości 1,2m i szerokości 0,5m.

Liniowe i pistoletowe – nad liniami produkcyjnymi zawieszane są listwy jonizujące, które wymagają doprowadzenia sprężonego powietrza. Tu, podobnie jak przy wirnikach, dobieramy długość listwy lub liczbę dysz. Odmianą są jonizatory pistoletowe lub pojedyncze dysze, które umożliwiają operatorowi dotarcie strumieniem powietrza do trudno dostępnych miejsc, np. gdy PCB jest już zamontowane w obudowie, czy też punktowo neutralizują pola wygenerowane na elemencie w procesie produkcji, a stanowiące źródło przyciągania cząstek w dalszym montażu.

Wykorzystywane w urządzeniach – specjalistyczne montowane np. w urządzeniach czyszczących na taśmach produkcyjnych lub w jednostkami filtrowentylującymi. Tego typu jonizacja ma zastosowanie np. w produkcji wiązek.

W systemach wentylacyjnych – jako wyposażanie systemów HVAC w budynkach, w strefach czystych "cleanroom", w komorach izolacyjnych itp.

 

Fot. 1. Jonizator listwowy

 

Fot. 2. Jonizatory stanowiskowe

Plan instalacji i serwisu

Ze strony użytkownika należy zwrócić uwagę na proces i jego wymagania, czyli określenie warunków, na podstawie, których stworzymy lub zmodyfikujemy EPA przy wykorzystaniu jonizatorów. Użytkownik (lub ekspert dostawcy) musi rozumieć proces i jego zagrożenia, przenalizować ruch osobowy i towarowy, określić obszar roboczy, obszar i punkty krytyczne podlegające neutralizacji w procesie jonizacji, czas zaniku ładunku a następnie dobrać konieczne środki ochrony przed ESD w tym właśnie jonizatory, przeprowadzić test i wdrożyć rozwiązanie, wraz uwzględnieniem szkoleń i serwisu urządzeń.

 

Fot. 3. Miernik równowagi jonów i czasu zaniku

Przydatne cechy jonizatorów

• Modułowość konfiguracji jonizatorów poprzez łatwe dodawanie kolejnego modułu wirnika czy kolejnej dyszy należy określić jako podstawę wyboru. Gdy poszczególne moduły wsuwane są w listwę jako klocki skutkuje to znacznymi możliwościami konfiguracji jonizatora na miejscu pracy, rozbudowę, skalowalność idącą za zmianami procesu. Oczywiście zwłaszcza przy większej liczbie jonizatorów możliwość zestawiania modułów wprowadza istotne oszczędności i wygodę serwisową.
• Samooczyszczenie – zabrudzenie emitera powoduje, że skuteczność jonizacji będzie ulegała gwałtownemu obniżeniu. Czyszczenie ręczne jest bardzo kłopotliwe i kosztowne, stąd rozwiązaniem jest wybór jonizatorów wyposażonych w opcję samooczyszczania, dzięki której skuteczność działania będzie zawsze pełna.
• Bezpieczne i komfortowe użytkowanie na stanowisku pracy. Należy pamiętać, że często operator pracuje w strumieniu zjonizowanego powietrza przez kilka godzin dziennie. Jonizator musi być dostosowany do komfortowego użytkowania przez człowieka. Są na rynku dostępne jonizatory, które nie uwzględniają stałej obecności człowieka w strumieniu zjonizowanego powietrza i wywołują znaczące poczucie dyskomfortu pracy, w szczególności poczucie chłodu oraz niejednokrotnie uciążliwe bóle głowy. Te, które są przystosowane do funkcjonowania w strefie pracy człowieka będą jonizowały powietrze w strumieni zabezpieczającym komfort pracy człowieka na stanowisku roboczym. Należy pamiętać także o niskim poziomie hałasu.
• Możliwość blokowania ustawień i zdalnego zarządzania. Urządzenia wykorzystywane w warunkach przemysłowych muszą mieć możliwość blokowania ustawień, tak by operator nie mógł ich samodzielnie zmieniać a bardzo przydatną funkcją jest możliwość zdalnego nadzoru działania jednostek, otrzymywania raportów oraz dokonywania nastaw z komputera lub smartfonu.
• Energochłonność i trwałość. Oczywiste jest, że mniejsze zużycie energii i tryby standby to bardziej ekonomiczne rozwiązanie i należy również pod tym względem nie tylko przenalizować karty katalogowe, ale również przeprowadzić test urządzania w rzeczywistych warunkach pracy. Niezwykle ważna jest także sama konstrukcja jonizatora i materiały z którego jest wykonany, ponieważ są to urządzenia dość często pracujące w systemie pracy ciągłej. Im trwalsza konstrukcja tym mniej uszkodzeń.

Jonizatory w cleanroomach

 

Fot. 4. Małe jonizatory punktowe

Bardzo często jonizatory muszą działać w cleanroomach. Jest to z jednej strony wymóg procesowy i konieczność z drugiej należy pamiętać, że dodatkowy ruch powietrza jaki wprowadzają jonizatory do cleanroom może bardzo niekorzystnie wpłynąć na ruch i opadanie cząstek a także na utrzymanie poziomu wilgotności i temperatury. Kluczowe wydaje się zaburzenie procesu sedymentacji cząstek i szczęśliwie możliwy jest dobór takich rozwiązań, które nie zaburzają strumienia, zaburzają w minimalnym stopniu, a w niektórych przypadkach mogą punktowo wspomagać efektywność działania strugi powietrznej pomieszczenia. Szczególnie w cleanroom instalacja jonizatorów musi zostać wnikliwie przemyślana i należy dobrać jonizatory w wersji do funkcjonowania zgodnie z ISO 14644 i/lub wytycznymi GMP.

Kluczowe parametry w doborze jonizatorów

Konstrukcje jonizatorów są różnorakie, bazują jednak na podstawowym podziale: jonizatory typu DC i jonizatory typu AC.

• W typie DC z emiterami jonów dodatnich i ujemnych: w modzie ciągłym i w modzie przerywanym (naprzemiennym – impulsowym).
• W typie AC z emiterem jonów dodatnich i ujemnych działających naprzemiennie, czyli impulsowo.

Już z powyższego opisu uwidacznia się pewna zbieżność w efekcie pracy dla jonizatorów działających naprzemiennie dla AC i DC. Warto zauważyć, że jonizatory AC są rozwijane do trybu pracy z wysoką częstotliwością ze względu na efektywność pracy w bliskim dystansie.

 

Fot. 5. Jonizator stanowiskowy

 

Fot. 6. Urządzenie do oczyczania wiązek, z jonizacją

 

Fot. 7. Modułowość

Najważniejszym parametrem jakim kierować powinniśmy się przy wstępnym wyborze i zawężeniu gamy jonizatorów przeznaczonych do naszych potrzeb jest parametr określany czasem zaniku. Mówi on nam o czasie po jakim pole o wartości 1000 V zostanie zredukowane do wartości 100 V odpowiednio dla wartości dodatnich pola lub wartości ujemnych pola. Dalsze kroki to dobór jonizatora w zależności od rozmiaru rozkładu pola podlegającego neutralizacji w zadanej odległości od jonizatora.

 

Fot. 8. Jonizator pistoletowy

Szkolenia

Zarówno koordynator ESD czy też ESD&Cleanroom, jak i operatorzy, muszą zostać przeszkoleni w zakresie instalacji, serwisu i samej pracy w obszarze zjonizowanego powietrza. Praktyka pokazuje, że nawet doskonale dobrane rozwiązanie bardzo szybko przestanie być funkcjonalne i skuteczne, jeśli użytkownik nie będzie potrafił z niego korzystać. Z tego powodu zalecane jest wymaganie od dostawcy by każdej dostawie towarzyszyło szkolenie oraz materiały informacyjne w tym przydatna instrukcja w j. polskim.

Podsumowanie

Dotykając jedynie tematu zauważmy, jego złożoność i być może chęć do dalszego pogłębienia wiedzy. Zapraszamy do kontaktu z Cleanproject. Zespół firmy jest w stanie przeanalizować proces, dostarczyć urządzenia lub wyprodukować kompletne rozwiązanie np. dla oczyszczania wiązek lub do optoelektroniki a każdemu klientowi zawsze służymy wiedzą i zaangażowaniem. W zakresie jonizatorów można szczególnie polecić produkty firmy DIT Technology – to koreański producent, od 1986 roku dostarczający rozwiązania do przemysłu i na potrzeby ochrony środowiska. Od blisko 40 lat rozwija doceniane na rynku jonizatory. Jest to szeroka grupa asortymentowa umożliwiająca dobranie rozwiązań do niemal dowolnej potrzeby procesowej.

Jerzy Kustra i Piotr Caban
Cleanproject
www.cleanproject.pl