บอร์ดเซ็นเซอร์ทางการแพทย์—เครื่องวิเคราะห์ทางชีวเคมี ทรานสดิวเซอร์ความดัน โมดูลตรวจจับเชิงแสง—รับภาระส่วนที่ไม่สมส่วนของการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD)ส่วนประกอบที่มีความไวสูงเมื่อเทียบกับชุดประกอบอุตสาหกรรมทั่วไป เหตุการณ์การคายประจุเพียงครั้งเดียวที่ไม่ถูกควบคุมระหว่างการจัดการ การติดตั้ง หรือการทดสอบ อาจทำให้คุณลักษณะอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของเซ็นเซอร์เสื่อมลงได้โดยไม่ก่อให้เกิดความล้มเหลวในการทำงานในทันที ซึ่งทำให้การควบคุม ESD เป็นระเบียบวินัยด้านความเชื่อถือได้ในขั้นต้นของกระบวนการ มากกว่าจะเป็นจุดตรวจสอบการตรวจสอบในขั้นปลายของกระบวนการ
ทำไมบอร์ดเซ็นเซอร์ทางการแพทย์จึงเผชิญความเสี่ยงอย่างไม่สมส่วน
โดยทั่วไปแล้ว วงจรวิเคราะห์ทางชีวเคมี วงจรตรวจวัดความดัน และวงจรตรวจวัดด้วยแสง มักประกอบด้วยส่วนประกอบหลายประเภทที่มีความไวต่อ ESD โดยเนื้อแท้มากกว่าลอจิกดิจิทัลมาตรฐาน:
ส่วนหน้าจำเพาะแบบแอนะล็อก(อินสทรูเมนเทชันแอมพลิไฟเออร์, ออปแอมป์สัญญาณรบกวนต่ำ) ที่ใช้ในการปรับสภาพสัญญาณเอาต์พุตของเซนเซอร์ในระดับไมโครโวลต์หรือนาโนแอมป์
องค์ประกอบความดันและแสงแบบใช้ MEMSซึ่งไดอะแฟรมบางหรือรอยต่อโฟโตไดโอดสามารถได้รับความเสียหายแฝงจากพลังงานการคายประจุที่ต่ำกว่าระดับที่จะทำลายเกตลอจิกมาตรฐาน
ขั้นอินพุตความอิมพีแดนซ์สูงซึ่งแม้แต่การสลายตัวของไดอิเล็กทริกเพียงบางส่วนก็ยังทำให้จุดไบอัสเปลี่ยนไปและก่อให้เกิดดริฟต์ที่ตรวจจับได้ยากในขั้นตอนการทดสอบสุดท้าย
ความแตกต่างทางวิศวกรรมที่สำคัญที่สุดในที่นี้คือระหว่างความล้มเหลวอย่างร้ายแรงและความเสียหายแฝง (บาดเจ็บเล็กน้อยแต่ยังคงเคลื่อนไหวได้)เหตุการณ์ ESD ระดับรุนแรง (catastrophic) จะทำให้เกิดความล้มเหลวของอุปกรณ์ทันทีและสามารถตรวจพบได้ในการทดสอบทางไฟฟ้า ส่วนเหตุการณ์แฝง (latent event) จะทำให้รอยต่อหรือไดอิเล็กทริกเสื่อมสภาพบางส่วนโดยไม่ทำให้เกิดความล้มเหลวในทันที—อุปกรณ์ยังคงผ่านการทดสอบเริ่มต้น แต่จะแสดงอาการเสื่อมสภาพเร็วกว่าปกติหรือค่าพารามิเตอร์เริ่มลื่นไถลเมื่อใช้งานจริง สำหรับบอร์ดเซ็นเซอร์ทางการแพทย์ ซึ่งความแม่นยำของสัญญาณเอาต์พุตคือหัวใจหลักของผลิตภัณฑ์ ความเสียหายแบบแฝงถือเป็นความเสี่ยงที่สำคัญกว่า เพราะไม่สามารถมองเห็นได้จากการทดสอบแบบผ่าน/ไม่ผ่านมาตรฐาน และจะปรากฏให้เห็นก็ต่อเมื่อค่าการวัดเริ่มลอยหรือเปลี่ยนไปหลังจากนำไปใช้งานแล้ว
ANSI/ESD S20.20 ในฐานะกรอบการกำกับดูแล
ANSI/ESD S20.20 เป็นกรอบมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการพัฒนา การนำไปใช้ และการบำรุงรักษาโปรแกรมควบคุม ESD สำหรับอุปกรณ์และบอร์ดที่มีชิ้นส่วนไวต่อไฟฟ้าสถิต (ESD-sensitive items) และยังเป็นโครงสร้างการควบคุมในพื้นที่ประกอบที่สำคัญต่อการผลิตบอร์ดเซ็นเซอร์:
การต่อลงกราวด์ของเวิร์กสเตชัน
เครื่องเป่าลมไอออนไนซ์ที่ใช้ในสถานีงานกลางแจ้งซึ่งมีวัสดุฉนวน (วัสดุบรรจุภัณฑ์ ฟิกซ์เจอร์ ตัวเรือนคอนเนคเตอร์) ที่ไม่สามารถต่อกราวด์ได้อย่างเชื่อถือได้ เนื่องจากการไอออนไนซ์อากาศเป็นวิธีที่ได้รับการยอมรับสำหรับการลบประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวที่ไม่เป็นสื่อนำไฟฟ้า
ระบบสายรัดข้อมือแบบตรวจสอบอย่างต่อเนื่องที่สถานีจัดการด้วยมือและสถานีงานแก้ไขงาน โดยมีการตรวจสอบความต่อเนื่องแทนการสันนิษฐาน
การควบคุมบุคลากรและวัสดุ
เสื้อคลุมและรองเท้า ESD ในกรณีที่เส้นทางการต่อกราวด์จากพื้นถึงร่างกายเป็นส่วนหนึ่งของแผนการควบคุมของสถานประกอบการ
พื้นผิวทำงานแบบระบายประจุสถิตหรือแบบนำไฟฟ้า ซึ่งมีการตรวจสอบยืนยันเป็นระยะ แทนที่จะติดตั้งแล้วปล่อยทิ้งไว้
ความครอบคลุมของการไอออไนซ์
ไอออไนเซอร์ที่ติดตั้งไว้ในขั้นตอนกระบวนการที่ชิ้นส่วนสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอก โดยไม่มีฟิกซ์เจอร์ที่ต่อลงกราวด์หรือบรรจุภัณฑ์ป้องกัน เช่น ถาดโหลด สถานีวางชิ้นงานด้วยมือ และบริเวณจัดเตรียมก่อนการรีโฟลว์
แผนการควบคุมในระดับกรอบงานจะมีคุณค่าได้ก็ต่อเมื่อส่วนต่างๆ ของกระบวนการที่ครอบคลุมสอดคล้องกับจุดที่อุปกรณ์ไวต่อไฟฟ้าสถิต (ESD) ถูกเปิดเผยทางกายภาพจริงๆ สำหรับบอร์ดเซนเซอร์โดยเฉพาะ นั่นหมายถึงการขยายการควบคุมไปยังทุกขั้นตอนการจัดเตรียมแบบแมนนวล ไม่ใช่เฉพาะสายการวางชิ้นส่วนและการรีโฟลว์แบบอัตโนมัติเท่านั้น เนื่องจากการจัดการแบบแมนนวลคือจุดที่เส้นทางการกราวด์มีแนวโน้มจะขาดได้มากที่สุด
IQC-ระยะการจัดเก็บและการขนส่งอุปกรณ์ที่ไวต่อไฟฟ้าสถิต (ESD)
การควบคุมคุณภาพขาเข้าเป็นจุดแรกในกระบวนการที่ส่วนประกอบเซ็นเซอร์ทางการแพทย์ที่ไวต่อ ESD ต้องการการจัดการที่มีการควบคุม และแนวปฏิบัติในขั้นตอนนี้จะเป็นตัวกำหนดมาตรฐานพื้นฐานสำหรับทุกขั้นตอนถัดไป
การตรวจสอบความสมบูรณ์ของถุงป้องกันเมื่อได้รับสินค้าแล้ว—ตรวจสอบให้แน่ใจว่าถุงกันความชื้นและถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตไม่ได้รับความเสียหายระหว่างการขนส่ง เนื่องจากชั้นป้องกันที่ถูกเจาะจะทำให้บรรจุภัณฑ์หมดความหมายไม่ว่าฉลากจะระบุว่าอย่างไรก็ตาม
การจัดเก็บแบบแยกส่วนสำหรับล็อตที่ไวต่อไฟฟ้าสถิต (ESD) ให้แยกออกจากสินค้าคงคลังที่ไม่ไวต่อไฟฟ้าสถิตโดยทางกายภาพ เพื่อลดโอกาสที่อุปกรณ์ที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตจะถูกหยิบไปใช้งานและจัดการนอกสถานีงานที่ควบคุมไว้อย่างผิดพลาด
การขนส่งด้วยถังบรรจุที่นำไฟฟ้าหรือมีการป้องกันไฟฟ้าสถิตระหว่าง IQC การจัดชุดชิ้นส่วน และสายการประกอบ แทนที่จะใช้ถาดเปิดหรือภาชนะที่ไม่นำไฟฟ้า
ที่เก็บรักษาควบคุมความชื้นซึ่งส่วนประกอบต่าง ๆ ยังไวต่อความชื้น (ซึ่งมักทับซ้อนกับองค์ประกอบการตรวจวัดแบบ MEMS) เนื่องจากการได้รับทั้ง ESD และความชื้นร่วมกันจะยิ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อโครงสร้างฟิล์มบางและไดอะแฟรม
โหมดความล้มเหลวในทางปฏิบัติที่ IQC โดยทั่วไปแล้วไม่ใช่การขาดหายไปของขั้นตอนปฏิบัติ แต่เป็นล็อตที่มีความไวต่อไฟฟ้าสถิตซึ่งถูกเปิดออกบางส่วนเพื่อทำการตรวจสอบหรือเก็บตัวอย่าง แล้วถูกบรรจุหีบห่อใหม่ด้วยวัสดุที่ไม่ป้องกันไฟฟ้าสถิต เนื่องจากถุงเดิมได้รับความเสียหายระหว่างกระบวนการตรวจสอบเอง การควบคุมปัญหานี้หมายความว่าสถานีจัดการของ IQC จำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานการกราวด์ที่เหมือนกับบนพื้นที่ประกอบ ไม่ใช่เวอร์ชันที่ลดระดับลง
การตรวจสอบย้อนกลับของ MES สำหรับการจัดการล็อตที่ไวต่อ ESD
AMES อัจฉริยะพร้อมการติดตามย้อนกลับในระดับ UIDและการมาร์กด้วยเลเซอร์เป็นกลไกในการบันทึกการจัดการล็อตที่ไวต่อ ESD ให้เป็นส่วนหนึ่งของบันทึกการผลิตถาวร แทนที่จะต้องพึ่งพาเอกสารเดินงานแบบกระดาษที่มักสูญหายหรือถูกสรุปหลังจากเหตุการณ์เกิดขึ้น สำหรับการประกอบบอร์ดเซนเซอร์ บันทึกการตรวจสอบย้อนกลับควรบันทึกข้อมูลดังต่อไปนี้:
การจำแนกระดับความไวต่อ ESD ในระดับล็อตผูกกับ UID ของคอมโพเนนต์ ณ จุดที่ทำการจัดชุด
การเชื่อมโยงระหว่างเวิร์กสเตชันและผู้ปฏิบัติงานสำหรับแต่ละคอมโพเนนต์ที่ไวต่อ ESD ณ จุดที่ทำการติดตั้ง เพื่อที่ว่าหากการส่งคืนจากภาคสนามแสดงการลอยค่าที่สอดคล้องกับความเสียหายแบบแฝงจาก ESD จะสามารถสร้างข้อมูลสถานีจัดการเฉพาะและช่วงเวลาใช้งานขึ้นมาใหม่ได้
บันทึกการตรวจสอบไอออไนเซอร์และการต่อสายดินซึ่งสามารถใช้เวลาในระบบ MES สำหรับการประมวลผลของล็อตที่กำหนดอ้างอิงไขว้กับบันทึกการตรวจสอบอุปกรณ์ ESD เป็นระยะของโรงงานได้
นี่คือจุดที่การควบคุม ESD หยุดเป็นเพียงขั้นตอนในระดับพื้น และกลายเป็นส่วนหนึ่งของบันทึกคุณภาพของบอร์ดเอง หากลูกค้ารายงานการลอยค่า (drift) ในบอร์ดเซนเซอร์ที่ติดตั้งใช้งานไปแล้วหลายเดือนหลังการจัดส่ง บันทึกการตรวจสอบย้อนกลับที่เชื่อมโยงกับ UID ซึ่งมีข้อมูลเมทาดาทาด้านการจัดการ ESD จะช่วยให้ทีมวิศวกรสามารถแยกแยะได้ว่าปัญหาที่เกิดขึ้นภาคสนามเกี่ยวข้องกับ ESD จริงหรือไม่ หรือเป็นปัญหาด้านการออกแบบหรือล็อตของคอมโพเนนต์ที่ไม่เกี่ยวข้อง—หากไม่มีบันทึกนั้น ข้อร้องเรียนจากภาคสนามทุกกรณีจะถูกส่งไปสู่การทบทวนการออกแบบโดยอัตโนมัติ โดยไม่มีวิธีตัดประเด็น ESD ว่าเกี่ยวข้องหรือไม่
ความเสียหายจาก ESD แบบแฝงนั้นโดยนิยามแล้วจะมองไม่เห็นในขณะที่มันเกิดขึ้น วิธีป้องกันที่เชื่อถือได้เพียงวิธีเดียวคือระบบควบคุมที่ตั้งสมมติฐานว่าจะมีการสัมผัสเกิดขึ้นในบางช่วงของกระบวนการ และถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันมันในทุกขั้นตอนของการจัดการ ไม่ใช่การตรวจสอบเพียงครั้งเดียวที่จุดสิ้นสุดของสายการผลิต
สำหรับทีมฮาร์ดแวร์ที่พัฒนาแผงวงจรเซนเซอร์ทางชีวเคมี ความดัน หรือออปติคัลซึ่งมีระยะเผื่อความถูกต้องของสัญญาณค่อนข้างจำกัด การควบคุม ESD จำเป็นต้องถูกประเมินเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบกระบวนการประกอบ ไม่ใช่เพิ่มเข้าไปภายหลัง กระบวนการประกอบ PCBA แบบ HMLV ของ PCBCart ผสานรวมโปรโตคอลการจัดการชิ้นส่วนที่ไวต่อ ESD ตั้งแต่ IQC ไปจนถึงบันทึกการผลิตที่ติดตามด้วย MES ขั้นสุดท้าย เหมาะสำหรับโปรแกรมบอร์ดเซนเซอร์ปริมาณการผลิตต่ำถึงปานกลางที่ต้องให้ความสำคัญกับการติดตามย้อนกลับในระดับคอมโพเนนต์ไม่แพ้ความแม่นยำในการประกอบ
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•มาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์
•กลยุทธ์ศูนย์ข้อบกพร่อง: การสร้างเสถียรภาพระยะยาวให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์
•คู่มือการผลิตและการประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์การแพทย์
•การจัดการความเชื่อถือได้ด้านความร้อนในแผงวงจรพิมพ์ของเครื่องมือวินิจฉัย
