Zaštita od ESD-a » Mjere i propisi na radnom mjestu
Objavljeno: 16. rujan 2024 | Trajanje čitanja: 7 minuta
Povremeno se dogodi da dobijete očito primjetan električni udar kada se dodirne kvaka na vratima ili metalna polica. To se obično događa kada je zrak vrlo suh, a cipele se nose s dobro izoliranim potplatima. U ovom slučaju stručnjaci govore o kontaktnom elektricitetu ili elektricitetu trenja.
U većini slučajeva strujni udari za dotične ljude u početku su iznenađujući i ponekad neugodni. Ovaj fenomen definitivno nije opasan po život zbog male jakosti struje. U slučaju elektroničkih komponenti, stvari izgledaju drugačije. Minijaturizacijom, koja neprestano napreduje, područja pod naponom sve više se približavaju. Čak i uz slabi statički naboj, energija je dovoljna za uništavanje dijelova, komponenti elektronike, senzora ili kompletnih sklopova. Stoga se trebaju poduzeti odgovarajuće zaštitne mjere kako bi se spriječio taj učinak. Kako bismo smanjili rizik od elektrostatičkog naboja, rado bismo vam pokazali što učiniti i koje su mogućnosti dostupne.
Elektrostatičko pražnjenje ili ESD (Electrostatic Discharge) događa se kad dva tijela imaju veliku razliku potencijala. U slučaju razlike potencijala na jednom tijelu postoji manjak elektrona (plus pol), a na drugom višak elektrona (minus pol). Statičke razlike potencijala mogu se pojaviti ako dva električno nenabijena predmeta dođu u kontakt, budu razdvojeni ili se trljaju jedan o drugoga. Materijali sa slabim vezanjem elektrona prenose svoje elektrone na materijale s jačim vezanjem elektrona.
Osoba koja prelazi preko tepiha od sintetičkih vlakana u dobro izoliranim cipelama s gumenim potplatima, na primjer, apsorbira elektrone preko cipela i stoga se može brzo elektrostatički negativno napuniti. Napon može biti nekoliko 100-ina Volti. Ako se kvaka na vratima s dobrim odvođenjem dodirne, postoji izmjena naboja i elektroni teku prema zemlji. Ovisno o tome koliko je statički naboj visok, prevrtanje se može dogoditi malo prije kontakta. Pražnjenje se tada događa u djeliću sekunde, pri čemu se razlika naboja ili razlika napona nadoknađuje.
Gornja skica: Dva električno nenabijena atoma (A i B) s istim brojem elektrona i protona.
Srednja skica: Prijenos elektrona odvija se kroz trenje/kontakt.
Donja skica: Apsorpcijom elektrona atom A je negativno nabijen, a atom B je pozitivno nabijen prijenosom elektrona.
Napomena: U svrhu jednostavnog prikaza, odabrana su dva modela atoma (A i B) s istim brojem elektrona i protona.
Elektrostatičko pražnjenje neugodno je za zdrave ljude, ali obično nema ozbiljnih posljedica. Suprotno tome, u području elektronike i elektrotehnike može doći do velikih i opsežnih oštećenja.
Oštećenja na poluvodičkim komponentama
Visoki naponi koji se javljaju u elektrostatičkim pražnjenjima i time povezanim maksimumima struje mogu u djelićima sekunde učiniti tranzistore ili integrirane krugove neupotrebljivima. Zbog toga što su ove komponente vrlo osjetljive kada su prekoračene dopuštene granične vrijednosti.
Oštećenje električnih sklopova
U električnim sklopovima mnoge su komponente izravno međusobno povezane ili elektromagnetski spojene. Time elektrostatičko pražnjenje može uzrokovati masivne smetnje i kvarove koji imaju negativne posljedice za kompletni sklop, uključujući i sve povezane sustave.
Oštećenje senzora i mjernih uređaja
Senzori i mjerni uređaji često su opremljeni visoko osjetljivim ulazima kako bi se mogli precizno izvršiti potrebni zadaci mjerenja. Sustavi reagiraju na odgovarajući način ako su susjedne vrijednosti napona mnogo puta veće u slučaju elektrostatičkog pražnjenja.
Oštećenje tiskanih pločica
Ne oštećuju se samo komponente koje su ugrađene na tiskanim pločicama. I same tiskane pločice su u opasnosti. Kod odgovarajućih vrijednosti visokih napona, može doći do preskoka napona kod vodičkih pruga koje su jedna uz drugu. Previsoke maksimalne struje mogu preopteretiti i uništiti pruge vodiča.
Oštećenja uzrokovana gubitkom podataka
Kada koristite elektroničke medije za pohranu, elektrostatičko pražnjenje može dovesti do djelomičnog ili potpunog gubitka podataka. Osim izgubljenih podataka, cijeli strojevi i proizvodna postrojenja mogu imati kvar ako pohrana podataka ima potreban operativni sustav.
U već spomenutom primjeru s tepihom i kvakom, statički napon treba imati visinu od oko 3500 V kako bi se pražnjenje osjetilo. U slučaju komponenti osjetljivih na ESD (ESDS - Electrosatic Discharge Sensitive) dovoljan je znatno niži napon za njihovo trajno oštećenje. Kao rezultat toga, ljudi koji uzrokuju ESD oštećenja pri dodirivanju poluvodiča često ne shvaćaju što su učinili.
Ali ne samo to. Oštećenja od ESD-a na poluvodičima nisu vidljiva golim okom. Čak ni ispitivanje funkcija unutar planirane strukture sklopa nije jamstvo za to da će poluvodiči dugoročno raditi bez smetnji.
Iz tog razloga, pri proizvodnji i obradi ESDS komponenti treba obavezno obratiti pozornost na to da se elektrostatičko punjenje već pouzdano izbjegava od početka.
Za to se koriste različita tehnička pomagala o kojima ćemo još kasnije govoriti.
Dobro funkcionirajuća zaštita od ESD-a uvijek je potrebna ako komponente, sklopovi ili cijeli uređaji reagiraju osjetljivo na elektrostatička pražnjenja i trebaju biti zaštićeni. Budući da se u mnogim proizvodima u međuvremenu koriste opsežni elektronički upravljači, područje primjene u kojem je učinkovita zaštita od ESD-a nužno se sve više širi. Glavna područja primjene uključuju i:
- potrošačku elektroniku i elektrotehniku
- upravljače u industrijskoj automatizaciji
- komponente za konstrukciju računala
- složenu komunikacijsku elektroniku
- upravljačke sustave za izgradnju vozila
Pritom se zaštita od ESD-a ne odnosi samo na proizvodnju ili servis. Također pri razvoju, osiguranju kvalitete, kod raznih ambalaža, pa čak i u otpremnom skladištu besprijekorna zaštita od ESD-a treba biti zajamčena npr. učinkovitim uzemljenjem.
Elektrostatičko pražnjenje može se dogoditi samo ako se prethodno odvijalo elektrostatičko punjenje. Kako bi se to spriječilo, postoje dva rješenja koja su povezana:
1. Statičko punjenje predmeta i osoba može se učinkovito spriječiti električnim odvođenjem elektrona.
2. Struja kod pražnjenja treba biti ograničena električnim otpornicima kako bi se izmjena naboja značajno usporila.
U tu svrhu, elektroni, koji su emitirani od materijala sa slabim vezanjem elektrona, odvode se na potencijal Zemlje putem odgovarajućih spojnih kablova. Želimo predstaviti najvažnije korištene zaštitne mjere protiv ESD-a:
ESD zaštitne zone
Za rukovanje i skladištenje komponenti osjetljivih na ESD postavljaju se posebno označene zaštitne zone (EPA - Electronical Protected Area). Sve komponente zaštitne zone povezane su sa potencijalom Zemlje.
ESD radna mjesta
ESD radna mjesta s uzemljenjem koriste se za obradu komponenti osjetljivih na ESD. Radna mjesta imaju provodne podove, prostirke za stolove i priključke za trake za ručne zglobove i stopala.
ESD odjeća
Sintetička odjeća se izuzetno brzo puni. To se može vidjeti kada se, na primjer, skine džemper od umjetnih vlakana. Antistatička odjeća, cipele i rukavice sprječavaju punjenje svojom električnom vodljivošću.
ESD zaštitna ambalaža
Korištena ambalaža i kutije za skladištenje trebaju biti izrađene od vodljivog materijala tako da mogući statički naboji ne mogu ući unutra. Kod pravilnog rukovanja slijedi pouzdano odvođenje.
Priključak uzemljenja
Dobro provodni priključak uzemljenja s niskim unutarnjim otporom važan je preduvjet za sve ESD mjere. Naposljetku, najmanji statički naponi trebaju se pouzdano i u potpunom opsegu odvoditi.
Standardi i tečajevi za obuku
DIN EN 61340-5-1 (VDE 0300-5-1) definira opće zahtjeve za zaštitu elektroničkih komponenti od elektrostatičkih pojava. Odgovorne osobe trebaju za to biti kontinuirano obučavane i senzibilizirane.
U idealnom slučaju, postoji ESD radno mjesto unutar zaštitne zone (EPA). Zaštitna zona može sadržavati pojedinačno radno mjesto, kompletnu prostoriju s nekoliko radnih mjesta ili čak cijelu zgradu. Konačno opremanje ESD radnog mjesta u konačnici ovisi o vrsti i opsegu aktivnosti koje se tamo provode. U principu se može reći da određene značajke opreme i mjere za zaštitu od ESD-a trebaju biti prisutne.
ESD stolovi i konstrukcije
ESD radni stol treba biti ergonomski prilagodljiv kako bi se na dulje vrijeme moglo raditi bez umora.
Stol kao i druge konstrukcije trebaju biti uzemljeni kako bi radno mjesto uvijek bilo neutralno nabijeno.
Prostirke za radno mjesto
Za stvaranje privremenih ESD radnih mjesta ESD stolne prostirke dokazale su svoju vrijednost.
Ove nude mogućnosti spajanja za uzemljenje za ručni zglob i stopalo i mogu se spojiti ESD utikačima za uzemljenje.
Uzemljenje osoba
Ljudi su zbog kretanja skloni statičkom punjenju.
Stoga se trebaju poduzeti posebne zaštitne mjere.
U to se ubrajaju ESD cipele, ESD narukvice, ESD stolice i ESD odjeća.
ESD pod
Pod treba biti provodljiv prema standardu DIN EN 61340-5-1 ili se trebaju koristiti ESD podne prostirke.
Osim toga, područje poda treba biti označeno prikladnim oznakama kao ESD zona.
ESD stolice
Poput radnih stolova, ESD stolice također trebaju biti ergonomske i s mogućnošću pojedinačne prilagodbe korisnicima.
Zahvaljujući vodljivosti, nema značajnog naboja ako se stolica tijekom rada rola po podu.
Alati i uređaji
Potreban alat kao što su pincete, odvijači i kliješta trebaju također biti vodljivi.
Pomagala poput lemnih stanica ili potrebnih mjernih uređaja, u svakom slučaju, trebaju imati potrebnu zaštitu od ESD-a.
Kutije za skladištenje i transportni sustavi
Predmete koji se obrađuju treba, ovisno o tijeku, donijeti i skladištiti na ESD radna mjesta te ih ponovo transportirati.
Za to je potrebno koristiti ESD transportna kolica, ESD kutije za asortiman, ESD vrećice i ESD kutije koje imaju sposobnost odvođenja.
Važna napomena: Kako ne bi pogoršali funkciju pražnjenja kod podova i prostora za skladištenje, trebaju se koristiti prikladna sredstva za čišćenje. Komercijalni podni vosak, na primjer, značajno bi pogoršao provodljivost podnih obloga ili podne površine.
Naše preporuke za proizvode ESD
Je li učinkovita zaštita od ESD-a zaista važna?
Definitivno da. Jer razaračke ESD impulse obično ne primjećuju osobe koje ih uzrokuju. Međutim, statička pražnjenja mogu uzrokovati veliku štetu. Pogotovo jer se pogreške ne pojavljuju nužno odmah, ovisno o oštećenju. Nepotrebni kvarovi sustava, skupi popravci i značajni gubitak slike u neispravnim proizvodima brzo čine znatnu količinu štete.
Postoje li čimbenici koji pogoduju razvoju elektrostatičkih naboja?
Mnogo je čimbenika koji utječu na visinu i polarnost naboja. To uključuje, između ostalog, vrstu i svojstva površine materijala i okolinskih uvjeta poput vlage zraka. S vlagom od 40 do 60%, naboj se obično oslobađa zrakom. Na primjer, to je moguće samo u ograničenoj mjeri u slučaju suhog zraka grijanja. Stoga niska vlaga pogoduje pojavi elektrostatičkih naboja.
Što se podrazumijeva pod izrazom "antistatički"?
Elektroničke komponente i materijali nazivaju se antistatičkim ako sprječavaju ili smanjuju statičko punjenje. To se može učiniti odvodnjom električnih naboja ili smanjenjem trenja.
Može li se provjeriti funkcionalnost ESD radnog mjesta?
Postoji mnoštvo različitih ESD ispitnih uređaja kojima se funkcionalnost ESD radnog mjesta ili organizacija ESD zaštitne zone (EPA) mogu provjeriti mjerno-tehnički točno.
Zašto su potrebni ESD utikači za uzemljenje?
Utikač za uzemljenje koristi zaštitni kontakt mrežne utičnice za uspostavljanje potrebne veze s potencijalom Zemlje. Ovo ne zahtijeva nikakve veće instalacijske radove ili kabelsko spajanje.