為因應歐體之規定以取得CE標誌，須依指令的規定做好機械本體安全和技術文件(TCF)。而機器在電氣系統方面應符合EN 60204-1的規定來做電氣安全設計;此標準提供了關於機器電機設備的要求與建議，以提高人員財產的安全及控制反應的一致性和容易維修。在本標準(EN 60204-1)的要求下，製造商應隨著電氣設備之難易程度，提供不同的資訊，以下列出所須電氣安全資訊的基本需求。


(一) 所須提供的資訊：

提供給電氣設備的數據須包括：
(a) 簡單明瞭的設備說明，安裝與設置及接至供應電源的說明；
(b) 電源的要求；
(c) 適當的物理環境的資訊(例如:說明、振動、噪音程度、大氣污染程度)；
(d) 適當的系統圖(方塊圖)；
(e) 電路圖；
(f) 適當的下述資訊：
- 程序
- 操作步驟
- 檢查的頻率
- 功能測試的頻率及方法
- 調整、維護及修理的指導，尤其是保護性裝置和電路
- 零件表特別的庫存品
(g) 安全裝置，交互動作功能，及防護危險動作的護罩連鎖裝置，特別是交互動作建立方法的描述(包含相互連接的圖示)
(h) 當主要安全防護取消時(例如:手動程序輸入，程序驗證等)，其它安全防護的手段及方法的描述。


(二) 對所有電氣檔的要求

所有電氣文件須依據IEC 61082-1​​及下述要求來準備。項目標示系統須依據IEC 61346的要求。對於不同檔的參考，供貨商必須選用下列方法的其中之一：
- 每一檔上必須附有可以和該電氣設備所有其它檔前後對照的檔碼；或所有檔上必須要在圖面上或文件目錄內，列出文件號碼及名稱。只有在檔只含有小數量檔(例如: 少於5件)，才使用第一個方法。


(三) 基本的資訊

技術文件檔必須包含至少下列文件：
- 電機設備的正常操作條件，包含預期的電源條件，及在必要時，也提供它們的物理環境數據；
- 搬運、輸送及儲存；以及不適當的使用方法。這些數據或可以個別的文件或安裝或操作檔的一部分來呈現。在必要時，這些文件應包含關於負載或啟動峰值電流及允許的壓降。這些數據應包括在系統或電路圖中。


(四) 安裝圖

安裝圖必須提供所有在機器設定的基礎作業時所須的數據。在復雜的狀況下，或許需參考詳細的組立圖。對於要在工地安裝的供應電源電纜，建議的安裝位置、形式和斷面積必須清處地標示。
對於安裝在電源供應電纜線源頭的電流保護裝置，其選擇型式、特性、額定電流及設定時所需之數據必須陳述。
要由使用者提供在地基上的導管，其大小、目的、和位置必須詳述。在機械與相關設備間要由使用者提供的導管，電纜槽或電纜支架的大小，型式和目的必須詳述。
圖上必須表明要移動或服務該電機設備時所需的空間。必要時應提供相互連接的圖標或表格，此圖標或表格所有與外部連接的數據，若該電機設備原先就設計成可以變換使用不同的電源，則這類圖標或表格中必須註明在變換使用不同電源時應如何修改或相互連接。


(五)系統(方塊圖)

若需要使人易於了解操作的原則，就須提供系統圖，這種方塊圖是用符號來表示電機設備與其功能性的內部關係，而不須表示出所有的相互連接。功能圖或可做為方塊圖的一部份或附加於方塊圖上。


(六)電路圖

假設一系統圖不能充分詳述電機設備的組件，則須提供電路圖。這些圖須標示出機械及其相關電機設備的電路，任何不屬於IEC617的圖形符號必須在圖上或其相關的檔上另行標及說明。在所有文件上及機械上所使用的零件和裝置符號和標示必須一致。
電路圖須依據IEC1082-1​​來規劃。
必要時應提供端子功能圖來顯示接口的連接端子及控制系統的功能。
此圖或可與電路共享以求簡化。端子功能圖應包含能與每一單元的詳細電路圖互相參考的數據。電路圖上的切換開關的符號應以所有公共設施如電力、空氣、水、潤滑油)在關閉狀態和機器與其電氣設備在正常起動狀況的情形來表示。

導線必須依照規定加以識別。
電路須在維護及偵錯時以易於了解的方式來表示，使人易於了解其功能。與控制裝置及零件的功能相關之特性若不能明顯地由符號顯示出來，就要得在圖上接近該符號之處加以說明或是用附註的方式呈現。

機械安全之評估標準
如先前所提，歐盟除了製定各種不同的產品安全指令之外，另頒布了許多不同的產品安全標準。有些適用於某特定產品，有些則為適用多項產品之通用評估法則。
因此，當評估機械指令安全時，亦須同時考慮適用的產品安全標準。
就機械指令而言，可分成下列幾種型式標準：

A、型標準(基本安全標準)
給予基本概念、設計原則及適用於所有機器的一般情況。例如：
- EN 292-1：機械安全標準基本觀念及一般設計原則-第一部分：基本術語、方法。
- EN 292-2：機械安全標準基本觀念及一般設計原則-第二部分：技術原則及說明。
- EN 1050：機械安全-危險評估原則。

B、​​型標準(群體安全標準)
處理一種安全情況或一種相關安全設施，該設施能廣泛使用於多種機械：
B1型標準：針對特定安全情況(例如：安全距離、表面溫度、噪音)例如：
- EN 294：機械的安全-防止上肢伸及危險區域之安全距離
- EN 811：機械​​的安全-防止下肢伸及危險區域之安全距離
B2型標準：針對相關安全設施(例如：雙手控制、互鎖裝置、壓力感應裝置、護罩)
- EN 1088：機械安全-有/無護罩鎖緊的互鎖裝置-設計的一般原理及規定。
- EN 953：機械安全-護罩(固定的/可動的)的設計及構造之一般規範。

C、型標準(機器安全標準)
給予特定機器或機器詳細的安全必要條件，例如：
- EN 201：塑料/橡膠射出成型機之安全要求
- EN 692：機械式沖床之安全要求
- EN 693：油壓式沖床之安全要求
- EN 860：單面刨木機之安全要求
- EN 869：金屬鑄造機之安全要求
- EN 982：油壓系統之安全要求
- EN 983：氣壓系統之安全要求
- EN 1493：汽車舉升台之安全要求
- EN 12415：小型車床之安全要求
- EN 12417：綜合加工機之安全要求
- EN 12478：大型車床之安全要求
- EN 12717：鑽床之安全要求

機械產品EMC要求與因應對策


一、 前言

    由於科技的進步，各種無線通訊設備及數位裝置技術的高度發展，電磁干擾已成為電子時代中世界各國關注的問題。機械產品的製造為迎向消費市場需求，亦朝向高速度、高精度、自動化且大量使用數值控制與PC-Based控制器，而使機械產品電磁干擾問題更加複雜。

    尤其是歐盟(EU)，業已制定有關這些機械裝置的國際標準與規範，若是產品未能合法黏貼CE 標誌，就不能在這個市場銷售，世界各國亦紛紛以此標準和規範，制定或修改成符合國際標準的本國規範，我國也不例外，不僅修訂CNS標準，而且在汐止成立標準實驗室，嚴格管制電磁干擾的問題。而我國從89年7月1日起正式要求各類消費性電子、資訊產品實施電磁干擾的認可管制，以我國廠商大多為中小企業型態而言，各製造廠為了能夠順利銷售自己的產品，除了資金雄厚的廠商可自行設置實驗室，來做為EMC測定外，大多委託標檢局認可之EMC實驗室來進行測試。

    本中心有鑑於大型產品的大電力、大體積及移動不易之特性，特成立移動式EMC測試實驗室，提供大型產品廠商現場測試之服務，本文將概要介紹機械產品CE標誌EMC指令符合流程、測試要求及改善對策。

二、 歐盟EMC指令(89/336/EEC)簡介

在歐盟有關EMC的規範始於1989年5月3日所公佈的電磁相容指令(Electromagnetic Compatibility Directive, 89/336/EEC, 簡稱EMC指令)，目的在要求一個裝置、設備或系統在其電磁環境內操作時，不會產生令該環境中其他任何事物無法忍受的電磁干擾，而其本身仍能正常地執行其功能。

EMC指令適用的對象，包含所有易於產生電磁干擾的設備，或是本身功能易受電磁干擾所影響的設備，主要保護要求對象如下：
— 家用無線電及電視接收器
— 工業製造設備
— 行動收音機
— 行動收音機及商用行動電話
— 醫療及科學設備
— 資訊科技設備
— 一般電器及家用電器
— 航空及航海用無線電設備
— 教育用電子設備
— 電信網路及儀器
— 電台及電視發報機
— 照明燈及螢光燈

三、 符合EMC指令評核之程序

1. 評核流程

 

 

1.1 條款10(1)--符合標準路徑(Module A)
    產品已有調和的EMC標準，可整機進入實驗室進行測試，但不屬於射頻無線發射裝置，則可依循此自我認證方式。

1.2 條款10(2)--技術文件檔案路徑(Modula Aa)
    產品尚無EU調和的EMC標準，或是受限於產品體積、重量、裝配、特殊電源…等限制，無法整機進入實驗室進行測試，且不屬於射頻無線發射裝置，則可依循Competent Body準備TCF及進行現場測試的認證方式。

1.3 條款10(5)--EC型式試驗(Module B+C)
    屬於電信終端設備或射頻無線發射裝置，則須依循Notify Body的EC型式試驗和認證方式。

2. 國內廠商應如何進行EMC指令符合標示工作
— 確定產品是對應指令第10條第幾款
— 依據指令條款的要求，選擇適合的管理模式(A, Aa, B+C)(必要時與歐盟內之買主協商)
— 依據各種管理模式及對應之產品標準，執行樣品檢驗
— 建立技術文件檔案
— 擬妥一份書面符合聲明(Declaration of Conformity)
— 生產階段要確保符合指令要求
— 產品黏貼CE標誌

3. 廠商所準備的技術文件至少需包含下列各項：
— 產品名稱及對產品概括的描述
— 設計概念及零組件、電路之製造圖樣等(設計圖、電路圖、零組件表…等)
— 為使上述圖表易於瞭解之說明(使用說明書、製造說明書等)
— 表列產品全部或部份適用之標準，若無適用之標準，則須敘述符合指令基本要求的解決方法
— 設計時所做的計算及執行的檢驗結果
— 測試報告

四、 測試標準與結果判定

1. EMC測試項目主要分為放射性(EMI)及耐受性(EMS)兩大項，放射性(Emission)測試之標準必須依產品特性及使用場所來決定，一般機械產品皆屬於Class A(不使用於住宅區)Group 1(非蓄意放射)的設備，其測試項目和標準如下：

1.1 傳導放射標準(EN 55011 Conducted Emission)

 

1.2 輻射放射標準(EN 55011 Radiated Emission)

    放電加工機(EDM)、高週波機…等屬於Class A Group 2之設備，其放射性測試之頻率範圍、電場強度限制值將有所不同。

2. 耐受性(Susceptibility)測試合格與否的判定，主要分為三個性能判定基準(Performance criteria)等級：
— 基準A：測試中，待測物功能須完全正常
— 基準B：測試中，待測物功能允許衰退，但測試後功能須完全恢復正常
— 基準C：允許暫時喪失功能，但能自動恢復或經使用者開機恢復

耐受性測試項目主要有：

2.1 ESD靜電抗擾測試(EN 61000-4-2 Electrostatic discharge)

模擬人體所帶靜電或手持工具對產品之影響
• 波上升時間：0.7~1.0ns
• 波寬：60ns
• 接觸放電 4kV (2、4、6、8kV)
• 空氣放電 8kV (2、4、8、15kV)
• 試驗點：所有接觸面(含垂直與水平耦合測試)
• 試驗次數：正負極性，至少各放電10次
• 試驗間隔：約1秒鐘
• 性能判定基準：B

2.2 RS輻射抗擾測試(EN 61000-4-3 Radiated RF)

模擬無線電波、電台、雷達站等訊號對產品之影響
• 經由BCI耦合線圈輻射RF POWER對待測物產生干擾
• 試驗頻率：80MHz ~ 1000MHz
• 訊號調變：1kHz，80%調變
• 試驗水準：10V/m
• 試驗方向：前、後、左、右
• 性能判定基準：A

另外為防止行動電話900MHz通訊脈衝電磁波之干擾，須做如下測試：
• 試驗頻率：900MHz± 5MHz
• 訊號調變：200Hz，50%調變
• 試驗水準：10V/m
• 試驗方向：前、後、左、右
• 性能判定基準：A

2.3 EFT快速暫態脈衝抗擾測試(EN 61000-4-4 Electrical Fast Transient/Burst)

模擬SCR、重負載開關及繼電器切換中所產生雜訊對產品之影響
• 波上升時間：5ns± 30%
• 波寬時間：50ns± 30%
• 脈波頻率：5kHz
• 叢波寬度：15ms± 20%
• 叢波周期：300ms± 20%
• 試驗標準：AC電源2kV、DC電源1kV、I/O連接線1kV
• 性能判定基準 : B

2.4 CS傳導抗擾測試(EN 61000-4-6 Conducted RF)

模擬工業產品在高頻雜訊環境下，電磁雜訊經由電源線、傳輸線、通訊線所產生之影響
• RF干擾波直接注入電力線或訊號線
• 試驗頻率：150kHz ~ 80MHz
• AM調變：1kHz正弦波，80%調幅
• 試驗電壓：10V
• 試驗位置：AC/DC電源端、傳輸線、通訊線
• 使用耦合/解耦合網路
• 性能判定基準 : A

2.5 Surge雷擊突波抗擾測試(EN 61000-4-5 Surge)

模擬雷擊誘導與電感性負載切換
• 試驗水準：AC 4kV、DC 0.5kV
• 試驗模式：電源線與信號線
• 試驗方法：正負極性，相位(L1-PE, L2-PE, L3-PE, L1-L2-L3-PE)
• 性能判定基準 : B

2.6 PFMF電源頻率磁場抗擾測試(EN 61000-4-8 Power frequency magnetic field)

模擬工業產品在大電流或高磁場環境下操作，部分磁場敏感元件及CRT模組受到電源頻率磁場之影響
• 試驗頻率：50Hz
• 試驗強度：在3A/m以下，不能有任何影響
             在30A/m以下，允許些微干擾現象
• 性能判定基準：A

五、機械產品主要干擾源與電氣施工要點

以工具機產品而言，主要的干擾源有：
— 控制器(如CNC, PC-Based…等)電源供應單元
— 控制器邏輯振盪電路(clock, oscillator…等)
— 伺服驅動器電源模組
— 伺服驅動器、變頻器
— 電磁閥…

對於干擾的防治，採取的對策主要有：
1.接地(Earthing Arrangement)
• 安全接地應優先於EMC對策
• 高頻訊號接地保持極低之接地電阻，使用較大面積且寬薄之接地導體
• 儘可能保持接地回路之最短路徑
• 馬達與驅動器之接地應接於相同點

    接地是最直接、有效、容易且最節省成本的對策，但許多廠商常因不了解接地的目的及意義，或連接不確實而影響接地的效果。

2.濾波(Filtering)
• 使用適當電流與溫度額定之電源濾波器
• 濾波器的設計必須符合實際性能需求
• 輸入電纜線與輸出電纜線分離
• 安裝交流濾波器儘量靠近馬達側
• 濾波器與馬達驅動器應鍵結於相同之框架體

    安裝濾波器是防止傳導干擾最有效的對策，但須注意濾波器的安裝位置與接線方式是否正確。

3.隔離(Screening)
• 電氣箱 : 確定所有配電盤已接地以極低電阻及最短路徑
• 馬達   : 如馬達本身已有良好的隔離，則無其他特別之要求
• 電纜線 : 驅動器與馬達之間使用隔離電纜

    良好的隔離可阻隔電磁波的外洩與進入，但會影響內部散熱效果，因此在採用隔離對策時，必須同時考慮箱體的散熱能力是否足夠。

4.其他(Miscellaneous)
• 使用大型濾波電容器必須安裝洩放電阻(Discharge resistor)
• 安裝時電纜線的分離與區隔應慎重考慮
• 儘可能將動力線與控制訊號線分離
• 電氣箱內動力線與控制訊號線的排列儘可能讓其為90o交叉
• 使用電纜線連接之路徑儘可能的短

    進階的EMC防治理念與對策必須從設備單體到系統電磁干擾的耦合分析，來決定EMC的設計觀點與方法，一般需考慮：電源干擾的處理、箱體構造的屏蔽處理、機器內外部電線電纜的處理、PCB的佈線原則、高低頻信號的接地處理、脈衝迴路處理、IC元件信號界面處理…等，於產品適當的開發階段，擬妥測試計畫並安排測試時程，以提高測試效率來節省測試費用，此外，尚需考慮改善對策所需的成本。

六、 有關CE標誌的一些重要觀念介紹如下

1. CE標誌不是認證，並不是任何一家試驗室授權張貼的
2. CE標誌是有關安全、健康或環境方面的最低基本要求
3. CE標誌如同產品的護照，使產品不因技術方面的原因而被拒歐市門外
4. CE標誌基本上是基於製造商或其歐市授權代表書面聲明符合的一種程序
5. CE標誌之責任應在製造商或其歐市授權代表
6. CE標誌可以和其他私人試驗室所推廣之安全認證標誌(如TÜV, Nemko…等)同時存在，只要不造成誤導、混淆。
7. 產品張貼CE標誌，買主仍有可能要求其他的安全標誌(如TÜV, Nemko, BSI…等)。

1、電源

1.1 三相入力電源在NFB與變壓器間裝雜訊濾波器(Noise Filter)，此濾波器的輸入線愈短愈好。
1.2 電源及大電流導線緊貼電器箱之底部，並沿著邊角佈線。
1.3 開關式電源供應器加裝隔離罩以防輻射性發射干擾，濾波器選用π型或T型可抑制寬波段雜訊，陶鐵磁體(Ferrite)材質可抑制射頻雜訊。
1.4 電源線兩端考慮採隔離接地以免接地回路(Ground loop)形成共同阻抗耦合(Common Impedance Coupling)將雜訊耦合至信號線。
1.5 電源線與信號線儘量採用分開配線。
1.6 電源變壓器應加隔離(Shielding)，外殼須接地良好。
1.7 單相AC控制線建議採用絞線。
1.8 直流導線建議使用絞線來配線。
1.9 避免將電源與信號線接至同一接頭。

2、信號線

2.1 信號輸入線與輸出線應避免排在一起造成干擾。
2.2 應將Cable剩餘不用之線單端接地，以避免形成感應回路。
2.3 接近電源線附近的信號線考慮採用撚合(Twist)。
2.4 不同類別的信號線避免混雜接在一個連接頭上，宜按類別分類並加地線隔離。
2.5 輸入信號線與輸出線儘量避免同在一個接頭上，如不能避免時應將輸入與輸出信號錯開。
2.6 敏感性較高之低準位信號線，除採用絞線外可加隔離遮蔽。

3、類比信號

3.1 高頻類比信號線採用同軸式隔離線，低頻之類比信號線。
3.2 採用絞線，必要時可外加隔離遮蔽，絕不可使用同軸隔離線。
3.3 連接頭安裝位置須清潔處理，接頭及金屬面的接觸電阻須小於2.5mΩ。
3.4 類比電路干擾以波形失真為主，抑制方法主要在濾波器選用的特性，例如頻寬、頻率響應值。
3.5 類比信號線與數位排線必須相互垂直。

4、數位信號

4.1避免使用未隔離遮蔽的導線來傳送數位信號，宜使用多股絞線外加隔離線。
4.2數位電路干擾以外加磁場干擾為主，應加隔離措施。
4.3數位電路易受高能電場干擾，須使用隔離線隔離，以能防止1~10MHz頻段之高能電場200V/m干擾為最佳隔離選擇。
4.4數位電路以抑制鄰近電路脈波與尖波（Spikes）干擾為主。
4.5數位電路傳送避免使用過長且未加隔離之導線。
4.6 PCB之Data bus線，在特定情況下，可視同天線而產生干擾電磁波，故長度不宜太長。

5、電路設計

5.1 具干擾性的回路，如時脈、驅動器、交換式電源的ON和OFF、振盪器式控制信號，應加隔離遮蔽。
5.2 各型PCB電路設計儘可能選用低雜訊零組件，且須考慮雜訊變化與環境溫度變化之關係。
5.3 陶鐵磁體線圈（Ferrite core）適用於高頻濾波，但須注意經由此線圈負載功率損耗。
5.4 穩壓器須考慮抑制線路間共通阻抗耦合（Common Impedance Coupling）EMI問題。
5.5 振盪器本身輸出越小越好，如需要較大輸出，宜由放大器放大。
5.6 功率放大應予以隔離，以防止輻射性發射。
5.7 電解質電容器適用於清除高漣波（High Ripple）及暫態電壓（Transient Voltage）變化。
5.8 動力線的干擾有：低壓（或瞬間斷電）超壓及突波。這些干擾通常來自於電力開關的動作、重負載的開與關之瞬間、功率半導體動作、保險絲燒斷時、雷電感應等等。
須考慮下述項目來抑制：
- 使用電源濾波器。
- 適當的電力分配。
- 受干擾的裝置改用另一電路。
- 將電子零件及濾波器適當的包裝。
- 使用隔離變壓器。
- 裝置Variation。
5.9 交流電磁接觸器線圈、電磁閥，皆須聯結火花消除器。
5.10 電磁開關之熱電驛輸出側須聯結三相火花消除器。
5.11 直流繼電器線圈聯結二極體，以供逆相電壓保護。
5.12 火花消除器距離負載側愈近愈好。

6、面板設計

6.1 儘量避免使用有電子元件如IC、電容等做為面板設計之元件，若一定要，則須考慮能耐8kV的靜電放電。
6.2 若使用分離式手動脈衝發生器（MPG），則一般其內部PCB均無法考慮到良好的接地，且接地的裝配實務有困難，故以直接安裝於面板為佳。
一定要使用時，則必須改用具隔離網的訊號線，一般常用的“電話線”無法接地。
6.3 CRT/MDI單元若固定於操作盤上，則其與操作盤鈑金的接合面須刮漆(全面刮漆)且確定整面接合。
    a) 防水Packing宜使用導電性Packing。
    b) 接合的螺絲須儘量能與鈑金緊密接觸。
    c) CRT/MDI單元的組體本身須提供接地端子，供與機器做直接接地用。
6.4 操作盤面板與操作盤鈑金合接合面的處理，同6.3操作盤面板也須具接地端子供直接與機台接地用。
6.5 操作盤面板的材質以金屬為佳，傳導性愈高愈好。

7、馬達、驅動器

7.1 接地 Grounding：

- 接地導體截面積愈大愈好
- 以低阻抗聯結方式，將接地系統之不同部份聯結起來，扁平導體所具備之高頻阻抗遠低於圓形導體，將所有接地導體長度儘量減短。
- 有需要時可將箱體等漆面去除，以達成低阻抗鍵結。
- 符合所有當地與接地相關之安規。
- 所有與低阻抗接地有關之點，皆須列入例行之檢查與維修之檢查要項。

7.2 遮蔽 Shielding：

遮蔽之目的在於防止任何不想要之電磁輻射逃離或侵入一系統，這表示如同電纜線一般，遮蔽亦為箱體之一部份。
- 具有交換零件之驅動器為干擾之主要來源，當安裝於電氣箱內，電氣箱為第一個遮蔽。
- 馬達框罩本身唯一個堅固而有效的EMC遮蔽。
- 通常由驅動器至馬達之電纜線須遮蔽，這是為了EMC與機械上的緣故。
- 三種遮蔽─箱體、電纜線遮蔽、馬達框罩須聯結在一起，以形成有效的遮蔽。
- 為達成上述，不允許對電纜線遮蔽產生干擾是很明確的。
- 在百萬赫茲頻率範圍時，具有低阻抗之遮蔽系統聯結，在設計時即須如此考慮，為了此種目的，建議使用特殊之接頭。
- 在箱體內部，所有盤面鍵結在一起，並在高頻時具有低頻阻抗是非常重要的。
- 為達成箱體內部之低阻抗鍵結，可能須增加額外之螺絲或去除部份之漆面，或須使用EMC墊圈。

7.3 濾波 Filtering：

正確使用時，濾波器可防止干擾電流通過電源線，這些電流可擾亂共用電源線之裝置，或由電源線輻射至鄰近裝置而影響它們。
- 濾波器之使用溫度與耐熱溫升，是否須外裝冷卻器或散熱槽須善於考慮。
- 濾波器與驅動器須安裝於同一盤面上，驅動器與濾波器兩者皆須HF聯結至盤面。
- 濾波器需要儘可能聯結至最靠近驅動器輸入側，如濾波器與驅動器分隔達30公分以上，要在驅動器與濾波器之間使用一扁平電纜線以達成HF聯結。
- 安裝濾波器於盤面上時，先將任何漆面或其他塗裝材料去除是非常重要。
- 濾波器會產生很高漏電流。

※濾波器於聯結電源前須先接地。

- 濾波器所能承受額定電流倍率與時間，列為保險絲與回路斷路器之選用依據。
- 若均方根電流值未超過，濾波器額定電流可能超過。
- 濾波器內部之電容器具有放電電阻，當移開電源後，在額定時間內不可接觸濾波器。

7.4 其他對策：

除了接地、遮蔽與濾波對策，還有下列數點或可有效的改善干擾。
- 控制與訊號電纜與動力電纜分隔開，在大部份情形，20公分之距離即已足夠。
- 如控制電纜須與動力電纜交錯，儘可能以靠近90∘之直角交叉。
- 當有一組以上之纜線進入或離開箱體，通常將發現濾波僅對其中一組纜線有效，此種情況下，更換具有更好性能之濾波器並無法達成任何改善，此時，各組纜線皆須濾波。

8、箱體設計 Enclosure design

8.1 箱體之材質須為金屬，各面(上、下蓋、後蓋、左右蓋)之組合，採用焊接式(全線焊接)，如採用螺絲組立，須去除接觸部份之漆面以得到導電性。
8.2 箱體組合之接觸部份不可有間隙，因間隙會成為EMC之洩出口。
8.3 箱體之出線口最大可容許外徑須在100mm以下，因EMC指令所規定之頻率介於300MHz到1GHz，依據經驗，超過300MHz之電波會流出箱體之比率低，FANUC產品裝於箱體內，其比率更低，300MHz之波長為1米，依據公式，最大可容許之出線口外徑為波長之1/10，即為100mm，如超過100mm則須電機性封閉出線口。
8.4 電機性封閉出線口意即：使用導電性材料（通常為金屬材質）為護蓋，而護蓋與箱體之聯結採用低阻抗，意即護蓋與箱體兩者之接觸部份之漆面皆須去除，以維持良好導電性，兩者之間隙亦愈小愈好，護蓋之厚度亦不宜太薄以免彎曲。
8.5 箱門之材質須使用金屬，門與金屬之間不宜有間隙產生，箱體與箱門間之墊片須為可導電性，裝設墊片之區域其漆面須去除，電片接觸箱體之部份其漆面亦須去除，傳統方式以較粗纜線聯結箱體與門尚不夠，FANUC鑑於在市場上難以取得及可達到密閉等級（IP54）又可使用於工業環境之導電性墊圈，故建議使用二平行之墊片（如圖）。

須注意使導電性墊片與門、箱體有適當的接觸。

8.6 操作箱之箱體與箱門之要求同前述(8.1～8.5)，操作面板為了與箱體有緊密的電氣接觸，其接觸部份之漆面須予以去除，為了使影像訊號電纜可於操作面板側得到良好遮蔽，操作箱側須有遮蔽箝束系統[環狀剝皮接地固定架，表面鍍五彩或錏]，由強電箱聯結至操作箱，電氣盒等之導體，其線徑必須粗大[3.5mm2以上]。
8.7 分隔輸入電源部份：
為了避免輸入電源電纜干擾強電箱內其他元件，或受到其他元件電磁波之干擾，使用金屬材質之隔間將輸入電源部份[含Noise Filter]予以區隔，唯須注意金屬隔間之間隙。
8.8 電氣箱之材質宜為金屬，由於金屬間的接縫為雜訊之侵入或輸出之重要管道，其接縫之間隙，應使其愈小愈好，主要的解決手段，除了焊接外，應使用薄銅片或其他手法儘量降低其接縫大小。
8.9 設備與機械之局部低頻與高頻之等電位鍵結
連結所有單一設備元件之金屬架構（電氣箱櫃，接地平面平板位於電氣箱櫃之底部，電纜線槽，管路，機械之金屬結構與框架）。
若有必要，可加入接地導體，以便增加暴露部位之連結（任何位於電纜內之導體若兩端未使用，則必須連結至框架接地）。
藉由提供最大配線連結，來連結局部框架接地系統至現場接地系統。
8.10 電氣箱櫃與其元件之低頻與高頻的等電位鍵結

※ 每一電氣櫃必須在其底部有一接地面平板。
※ 注意電氣箱櫃底部平板漆之塗裝與其他絕緣被覆。

8.11 如緊接在電氣箱櫃元件與單元之暴露金屬部份必須直接拴在接地面平板，以確高品質，永久性的金屬與金屬之接觸。

※ 若是太長，則綠／黃接地導體通常無法高頻品質之接地。

9、接地

9.1 一般定義
接地應用在電機工程，為《OV》參考電壓，依其電氣傳導率（富變化）自然傳導，或人體傳導，但有電流流通。

應用
- 在接地《電極》之雷擊電流分布（大氣與地間之靜電放電）
- 架空電力傳輸線，在土壤中兩點之雷擊感應電流流動。
- 在T-T系統，配電系統之接地連接與設備之接地連接之間的接地元件，產生漏電流與故障電流。
- 設備之框架接地連接至地，來保護人員（與動物）因間接接觸造成電擊危險。
9.2 電氣接地連接
建築物配電系統之規定，有下列之應用（用來保護人員與財產），亦將在IEC標準364與IEC1024重新敘述。
9.3 設備典型的接地安排
(A) 避雷器引導線
(B) 地網，與埋設之接地系統連接避雷器引導線的末端。
(C) 設備接地電極導體在設備PE(或 PEN)導體原點連接接地流排　　
(D) 連結設備所接觸到之專導部位與其連接之金屬構造與外加網路元件(E)。
(E) 並連避雷器之引導線，連結所接無掩蔽的傳導部位與鄰近的金屬結構來避免閃絡（火災危險）。
9.4 接地與電磁相容
正如我們所看到，接地在雷擊放電扮演重要的角色，但殘存電流藉由電力線傳至現場，仍需加以消除。
對大部分(EMC)現象，我們必須處理（暫態，高頻(HF)電流或輻射場），其接地導體長度與拓撲學（星狀網路與並聯導體）在高頻（HF）有極高阻抗，須藉助連接之無掩蔽之傳導部位。
9.5 框架連接之範例(接觸傳導元件)
- 建築物之金屬結構(框架，管道系統，等)機械底座平板，金屬櫃，未塗漆之金屬櫃底部。
- 金屬電纜槽
- 變壓器之外箱，程式邏輯控制器(PLC)之基板。
- 接地導體之綠／黃電線(PE/PEN)。
無掩蔽之傳導元件與人員財產安全
基本規格IFC364與國家的本文為特殊針對某些設備，敘述其結構布置，來保證遵從適當的安全水準。
9.5 設備典型的接地安排
(A) 避雷器引導線
(B) 地網，與埋設之接地系統連接避雷器引導線的末端。
(C) 設備接地電極導體在設備PE(或 PEN)導體之原點連接接地匯流排
(D) 連結設備所接觸到之傳導部位與其連接之金屬構造與外加網路元件
(E) 並連避雷器之引導線，連結所接無掩蔽的傳導部位與鄰近的金屬結構來避免閃絡(火災危險)。





10、濾波器

10.1 濾波器功用
濾波器的功用為允許有用的信號通過，消除傳輸信號中不想要的部份。
10.2 應用範圍：
- 諧波濾波器，F≦2,5KHZ
- RFI濾波器（傳導輻射頻率干擾）F≦30MHZ
採取之行動：
- 輸入濾波器
例：諧波濾波器，RFI濾波器
上述可保護供應系統抵抗從上電的設備所產生之干擾。
濾波器保護設備，免受根源電源供應側系統之干擾。
- 輸出濾波器
例：《正弦波》濾波器
保護負載抵抗根源於設備之干擾
10.3 各種濾波器類型
濾波類型：
- 差模濾波器
- 共模濾波器
- 結合共模與差模濾波之濾波器
10.4 技術
- 被動濾波器
- 主動等化器
10.5 被動濾波原則＝阻抗配合不當
- 干擾障礙物：串聯電感（Z=LW）
- 干擾通道：並聯電容（Z=1/CW）
- 結合上述兩者
- 消散干擾能量：肥粒鐵心
10.6 肥粒鐵心使用原則:
- 共模電感(詳見濾波器章節)
- 共模高頻干擾所導致，阻抗損失（因溫度上升）之吸收
共模阻抗欲有效，需依靠其與受保護電路阻抗之關係而定。

11、電源供應

11.1 通用準則：

- 對電源供應濾波
  適當調整工業主體濾波器是適合的。
- 電源來源的密接度限制器，與火花間隙。
- 現場元件，若會引起干擾，則在操作期間應遠離敏感性設備

11.2 定義電源供應之技術規格

1、將製造商之技術資料納入考量,包括"無遮蔽"電源供應,耐受度,發散度,共模衰減，濾波特性。
2、確認傳輸時間之電源供應效益（在商用電源供應時）

11.3、界定電源設備構成之技術資料，並且在使用前，檢查其特性。

良好的佈線方式

連接品質與最佳電纜、遮蔽，接地系統一樣重要。

1. 連接種類與長度

框架接地連接必須儘量短且寬。


             
                                
EMC中，連接的品質為一重要因素。

2. 如何連接
必須嚴格地確認《金屬－接－金屬》接觸，且在傳導部份間施以高接觸壓力。

步驟：
1. 上漆之片狀金屬，
2. 刮漆
3. 藉由範例所示之墊片加螺絲加螺帽，確認適當的緊密度，
4. 確認高品質接觸是必須常常維護。
→ 螺緊後再塗上或油性物質以免受腐蝕。

在接觸面間，請去除絕緣塗料或漆。

3. 配線應避免之陷阱

4. 遮蔽的連接


   
！請注意遮蔽與電纜的被覆間之絕緣用的塑膠膠帶。
遮蔽端末連接必須提供超過360°之金屬－金屬之鍵結。

濾波器
1. 電氣箱櫃之配線


                    

輸入電纜切勿與輸出電纜平行併排。

2. 濾波器之安置



   
濾波器必須固定在電纜進入電氣箱櫃電纜處，而且用螺絲拴在底座
或電氣箱櫃底部之接地平板。

3. 濾波器之連接

置放電纜於電氣箱櫃底部之接地參考平板。

光電及半導體製程設備的電氣測試方法探討

一、前言
近年來我國TFT-LCD面板產值屢創新高，設備投資金額更高居全球首位，然而龐大的設備資本投資中進口比例高達90%以上，不僅造成外匯流失，對國內TFT-LCD產業整體競爭力的提昇也形成阻礙。為有效降低我國光電產業界未來的經營成本，政府相關部門特邀集國內產、學、研單位研商對策，並確定屆2008年時，將加速把TFT-LCD製程設備國產化比例提高至50%的目標，為國內工具機、電子機械等機械業者帶來良好的轉型契機。

TFT-LCD製程設備安全性是目前國內業者關注之重點，本文主要探討由國際半導體設備與物料協會(Semiconductor Equipment and Materials International，SEMI)所制定公佈SEMI S9-1101「半導體製程設備的電氣測試方法」，以提供國內製造商設計與製造之參考，此規範目前已被國內許多光電大廠列為設備採購必須符合的安全基準規範之一，因此協助國內製造商符合此一規範之要求，將是TFT-LCD製程設備電控技術研發的重要課題，也是設備國產化成功與否的關鍵因素。

二、TFT-LCD產業發展現況
TFT-LCD是繼半導體產業後，成為我國高科技產業在21世紀中最主要的前瞻工業，其應用除了手機、數位相機/攝影機及筆記型電腦上外，亦將擴及電視機，預期2006年國內產值將超過台幣一兆元，成為世界最大生產國。但面臨韓國TFT LCD業者每吋面板售價將降至十美元的強大競爭威脅，為有效降低我國光電產業界未來的經營成本，經濟部工業局確立屆2008年時，將加速把TFT-LCD製程設備國產化比例，從原預計40%提高至50%的新目標，以提升我國在國際市場的競爭力，因此TFT-LCD製程設備國產化成為台灣LCD大廠提昇全球競爭力之重要條件，國內各光電大廠亦朝此方向努力，期望能為我國光電產業每年增加七十億元的設備產值，達成替代進口的效益。
另外為了提昇產能，光電製程設備皆已朝向自動化及大型化的改變，導致工廠安全管理需求更甚於半導體廠，使得廠房潛藏了更多安全問題之風險，若製程單元一旦發生安全防護失效或工安事故等情形，除了可能導致設備損壞、環境污染外，嚴重時可能造成人員傷亡或火災爆炸，加上光電產業投注之設備資本龐大，一旦發生工安事件，其損失將難以估計。因此，光電製程設備是否能夠符合安全規範要求，實為國產化過程中的重要關鍵。

三、電氣安全測試要點
本文主要說明光電/半導體製程設備電氣安全測試SEMI S9之標準，提供國內製造商參考，內容包含測試條件、測試項目及測試方法，如下所述：

1. 測試條件說明
設備必須在製造商所規定操作範圍之內，以最不利(least favorable)之情況下被測試，這些條件包含：
• 供應電壓準位
• 供應頻率
• 可移動零件位置
• 操作模式(如：馬達操作中全溫升條件)
• 溫控開關的調整、控制裝置、或在操作者可觸及範圍內類似的控制。

1.1 測試供應電壓-決定最不利的供應電壓來測試，須考慮：
• 多標稱額定電壓(如120/240V)。
• 標稱額定電壓範圍的極限值(如208-240V)。

1.2 變壓器的標稱額定電壓不須考慮(如120±5%)。
備    註：某些標準(如IEC 61010-1與IEC 60950)可能指定任何額定供應電壓的90%及110%。

1.3 測試供應頻率-決定最不利的供應頻率來測試，考慮指定的標稱頻率(如50Hz，60Hz或50/60Hz)。

2. 測試項目說明
2.1 洩漏電流測試(針對電線插頭設備)
測試設備：實均方根電位計，具1.0%的靈敏度；一個1500歐姆的阻抗電路。
測試程序：針對以電線插頭(cord-and-plug)(插頭/插座組合plug/socket combination)連接工廠分電路的設備，確定設備已被隔離(如：將設備安置在木頭或其他可絕緣的表面)。連接設備到額定電源，但不連接PE導體，以製造商指定之最大負載狀況操作。連接1500歐姆阻抗的電路在每一個可觸及的金屬部份與設備的PE導體之間，判定容易接近的帶電體，移除在正常操作中可被操作者移除的所有門及面板等。
計算漏電流公式：

接受標準：不超過3.5mA。

2.2 接地連續性測試
測試設備：具有0.1Ω量測範圍，1.0%靈敏度的低阻計。
測試程序：切斷設備的供應電源，設備以正常配線方式安裝完畢，從設備主電源接地端子(PE端子)切斷供應端接地導體(保護接地導體)，使用低阻計量測PE端子與每一個容易接觸金屬部位間(把手、顯示器、門…等)之間的電阻，測試完畢後，把保護性接地導體重新連接。
例    外：本項測試不須量測在單一故障時不太可能帶有電能的金屬表面。
接受標準：PE端子及測試點間之電阻不可超過0.1Ω。
備    註：某些標準(如IEC 60204-1，IEC 61010-1)可能指定使用電流注入法執行本項測試。

2.3 啟動電流測試
測試設備：無(目視檢查)
測試程序：依據製造商操作手冊，從設備在完全停止狀態下啟動三次。確認接連啟動之間的時間足夠讓設備回復到初始狀態。
接受標準：測試期間沒有任何設備的過負載或過電流保護裝置被啟動。

2.4 輸入測試
測試設備：實均方根電流錶，具3.0%的靈敏度。
測試程序：在最大正常操作負載條件(例如：啟動所有馬達、電熱器等，依製造商指定之最大負載條件)。
接受標準：量測電流不超過設備銘牌所指定之額定全載電流值的110%。

2.5 介電測試
測試設備：時間精度±5秒之計時器，具有測試電壓指示耐電壓測試器，和可聽見或可看見電氣崩潰(breakdown)指示器，或具有自動拒收特性對於任何不可接受的單元。使用一個交流電流測試設備，具有正弦波輸出之變壓器，此變壓器具有500VA之額定或更大，除非在直接量測輸出端電壓時，提供一個電壓錶。

測試程序：使設備從電源端斷開，在主電路可帶電金屬零件與不帶電金屬零件之間導入耐電壓電位1500VAC或2121VDC，雷擊保護元件與裝置，與已被認可實驗室認證過之電子零件，在測試過程中可能被損壞而可從電路中切斷。
在測試中下列條件必須設定：
• 此設備必須在它的最大操作溫度。
• 開關必須置於“ON”位置。
• 經過接觸器的電路，必須由手動方式完全吸入，或旁通接觸器接點的電路。

2.6 應力消除測試
測試設備：時間精度±5秒之計時器，一個重量已校正過可施加156牛頓(35磅)±1.56牛頓(0.35磅)，具有平面支撐以穩固設備。
測試程序：針對電纜線及插頭連接之設備，必須提供應力消除來預防像拉或扭絞傳輸到端子、接合或內部導線的機械應力。支撐設備在一個平面上，而當施力在電線上時不可被移動，從最不利之角度直接施以156牛頓(35磅)的力量在設備的電源線上，慢慢施力並維持一分鐘。
接受標準：電源線不得移位，至其應力直接施力於內部電氣接點。

2.7 變壓器輸出端短路測試
測試設備：時間精度±5分之計時器，質地良好的金屬導體可承受短路電流。
測試程序：設備置於待機狀況，將每一個電源變壓器的輸出予以短路。
接受標準：危險的狀況(例如煙、火或材料融化)不會在8小時之內發生，或在過電流保護、熱保護、或其他保護電路/裝置於8小時內不會產生致動。
備    註：變壓器輸出的過電流保護裝置，若為國家認可的測試實驗室登錄或認可，而且額定值不超過極大輸出電流的125%，則不須做輸出短路電路測試。

2.8 電源供應器輸出端短路測試
測試設備：時間精度±5分之計時器，質地良好的金屬導體可承受短路電流。
接受標準：危險的狀況(例如煙、火或材料融化)不會在8小時之內發生，或在過電流保護、熱保護、或其他保護電路/裝置於8小時內不會產生致動。
備    註：電源供應器本身若為國家認可的測試實驗室登錄或認可，而且依照認證之規格與製造商使用說明書來使用時，則不須做此測試。

2.9 安全電路功能測試
測試設備：視所測試的安全裝置而定。
測試程序：依功能測試每個安全迴路(如EMO、緊急停止、行程極限sensor、氣體sensor、光柵與安全互鎖)被致動及重新設定。
接受標準：(1) 當EMO致動時，在設備的主電氣箱內所有危險電壓及大於240VA的電力必須解除能量，除非被SEMI S2所允許可例外。
(2) 緊急停止或安全互鎖開關的致動導致設備或相關零件自動進入安全狀態。
(3) 安全電路的重置不可導致系統回復先前之操作。

2.10 安全電路導體開路測試
測試設備：無(目視檢查)
測試程序：針對每個獨立的安全連鎖(如門連鎖)、EMO、與安全sensor(如排氣sensor, 低液面sensor)依序斷開每個導體與連接器。
接受標準：(1) 安全迴路開路造成設備處於安全狀態，如同安全裝置被啟動。
(2) 接回導體不可導致系統繼續操作。

2.11 電容器儲存電能放電測試
測試設備：時間精度±1秒之DC電位計，靈敏度1.0%。
測試程序：測試每一個電容器是否儲存危險能量(20焦耳或更高)，連續監視電容器兩端的電壓。斷開設備的供應電源，10秒之後記錄跨接電容器兩端的電壓。
接受標準：自設備切斷電源後，電容器的放電在10秒內小於20焦耳。

計算電容量的公式：       J = ½ CV2              J為能量，單位焦耳
C為電容，單位法拉
V為電壓，單位伏特

2.12溫度測試
測試設備：時間精度± 5秒之計時器，解析度0.1° C之溫度記錄器。
測試程序：設備依製造商的最大設計負載狀況連續操作8小時，或溫度已達平衡狀態(無論哪個先到達)，量測並且記錄室溫，量測並且記錄表1所列元件與裝置之溫度。
備    註：溫度平衡是在5分鐘的間隔，取連續的3個讀值，其間溫度變化不超過1 °C。
接受標準：量測溫度不超過(表一)所列之值。
 
表一、最大溫度限制值

備註1：溫度如導體上的標示。
備註2：溫度標示在電容器上。
備註3：適當電力消散的溫度由半導體製造商建議。
備註4：電路板的操作溫度依製造商的指定。
備註5：馬達或變壓器的額定溫度，如製造商有提供則依其指定，如未提供則使用適當標準(如IEC 61010-1)來參考。

四、結果與討論
依據本公司實際執行SEMI S9測試之結果，如果廠商設備皆能依循IEC 60204-1、SEMI S2標準來設計及製造，其結果皆可順利通過以上項目測試。以下概略說明IEC 60204-1與SEMI S2的在安全迴路設計上的重點與觀念，提供國內製造商注意及參考。

1. 洩漏電流測試
本項測試須注意必須將待測設備與地面絕緣隔離，且將外部保護性接地迴路(PE)拆除主要針對電源線為插頭/插座組合方式之設備，此類設備依據IEC 60204-1的定義，不應超過16A的額定電流，及不超過3kW的額定總功率，所幸此類設備其體積多不大，否則若要將大型設備與地面絕緣，在實務上將會有所困難。
依據SEMI S9的標準，此項測試如果超過3.5mA，將判定不合格，但依據IEC 60204-1:2005年版標準第8.2.8節之內容，當電氣設備洩漏電流超過3.5mA AC或DC時，其保護性接地回路必須滿足下列一個或更多條件：
• 保護性導體的截面積至少為10mm2銅導線，或16mm2鋁導線。
• 提供額外一條與原有保護性導體相同截面積的保護性導體。
• 如果發生保護性導體不連續時，自動切斷供應端電源。
 
2. 變壓器輸出端短路測試
此項測試大多要求廠商在變壓器一、二次側安裝經國家認可的測試實驗室驗證合格的過電流保護裝置，以降低廠商測試費用成本。

3. 電源供應器輸出端短路測試
此項測試大多要求廠商必須採購經國家認可的測試實驗室驗證合格的電源供應器，以降低廠商測試費用成本。

4. 安全電路功能/開路測試
此處安全電路泛指如EMO、緊急停止、行程極限sensor、氣體sensor、光柵與安全互鎖…等迴路，安全迴路的設計必須依據IEC 60204-1第9.2、9.3、9.4節，其評估方式及安全種類等級則可參考EN 954-1，節錄相關重點，敘述如下：
故障發生時的控制功能及降低風險的對策：
• 安全對策的採用依據風險評估的結果決定，依據EN 954-1，安全對策種類有B, 1, 2, 3到4共五個等級。
• 降低風險的對策包含：
 使用保護裝置(如互鎖式護罩、電子感應保護裝置、光柵)
 使用電路互鎖保護
 使用部份或完整的多重備用設計(redundancy)或多樣性(diversity)(EN 954-1 Category 3 and 4)
 功能測試(每執行一個循環即自我檢查)

另依據EN 418對於EMO、緊急停止迴路的要求如下：
• 必須超越所有模式的任何功能及操作
• 可能產生危險動作的致動器，應儘快以安全方式將其動力切除(如使用無動力之機械式剎車，或種類1的反向電流剎車)。
• 重置不可引發重新啟動
• 緊急停止只能為種類0或種類1的停止，由風險評估來決定
• 種類0：使用硬體接線的電機/子機械元件，不可使用軟體的電子邏輯方式
• 種類1：使用電機/子機械元件來移除動力
• 要求為正向模式
• 未有解除指令時緊急停止的狀態會被保持
• 緊急停止的解除需透過手動操作去做解除

五、結論
上述測試項目的內容，均為SEMI S9標準所要求之測試項目，廠商如為確保符合光電及半導體製程設備達到電氣安全之要求，除了符合SEMI S9的規範之外，SEMI S2及IEC 60204-1各項要求也是評估安全性符合的重點。
安全電路在光電/半導體製程設備的實機測試檢查上，往往因其製程不可中斷而有實務上的困難，必須在空載條件或是利用電氣圖面審查來確認是否達到安全設計要求。另外，目前國內外製造商對安全迴路設計、選用等級種類較缺乏完整概念，或者因成本因素而被忽略掉，技術文件多未提及風險評估、危險分析等相關資料，因此，本文除了描述SEMI S9所要求電氣安全測試項目之外，亦強調安全電路及風險評估的重要性，希望國內廠商能夠真正瞭解SEMI S9、IEC 60204-1在電氣安全設計及測試上的重要性與目的，以期提昇我國光電/半導體製程設備電氣安全技術水準，順利達成設備國產化之目標。