ESD або антистатичний захист

Статична електрика — злий ворог мікросхем високого ступеня інтеграції. Якщо не оцінити його силу то можна зазнати відчутних збитків. Незважаючи на те, що електростатичний розряд є переносником невеликої кількості енергії, велика різниця потенціалів і висока швидкість їх зміни спричиняють утворення струмів, достатніх для миттєвого виходу з ладу чутливої електроніки або нанесення кристалу з самого початку непомітних ушкоджень. Виявити елемент з пошкодженими параметрами вкрай складно, а надалі відбувається поступова його відмова. Оснащення електронних виробництв засобами антистатичного захисту стало стандартом, ігнорувати який солідні фірми сьогодні вже не можуть собі дозволити.

Коли і як утворюється електростатичний заряд?

Приклади: при вологості повітря 65-90% людина, що йде по килиму, генерує потенціал до1000 В; сидить на стільці з поліетиленовим покриттям - 1500 В; піднімає зі столу портфель з синтетичного матеріалу - до 1200 В. При вологості 10-20% значення напруг становлять відповідно 35 000, 18 000 і 20 000 В, у той час як для деяких виробів мікроелектроніки потенціал в сотні вольт є фатальним.

Шляхи утворення електростатичного заряду:

Трибоелектричний. При розділенні двох контактуючих поверхонь - одна заряджається позитивно, інша - негативно. Приклади: переміщення об'єктів по поверхні столу, ходіння по килимовій поверхні, робота монтажним інструментом.

Індукційний. При переміщенні зарядженого об'єкта поблизу незарядженого, у другому генерується статичний заряд з протилежним знаком. Приклад: дотик до корпусу мікросхеми статично зарядженим пальцем руки. Зверніть увагу: для пошкодження кристала індукційними струмами не обов'язково навіть торкатися рукою безпосередньо до виводів корпусу мікросхеми.

Ємнісний. Q (заряд) = С (ємність) x U (напруга), тому зменшення C викликає зростання U. Приклад: підняття сумки зі столу може впливати статичною напругою на мікросхему, що лежить поруч. Кошмарний епізод: розмотування рулону поліетилену на пакувальному столі дистриб'ютора електронних компонентів.

Символіка

Відповідно до стандарту IEC60417 чорним трикутником з жовтою перекресленою кистю руки позначаються об'єкти, чутливі до впливу розряду статичної електрики. Цей же символ використовують у ролі попереджувального знаку на табличках і наклейках, мають жовте поле з чорною лінією по периметру і текстове позначення.

Терміни та Скорочення

ESD (electrostatic discharge) — розряд статичної електрики;
ЕРА (ESD protected area) — ESD-захищена зона;
electrostatic conductive — матеріал з поверхневим опором у діапазоні від 100 Ом до 10 кОм, який розуміється стосовно до ESD як провідний (електропровідний, струмопровідний);
electrostatic dissipative — матеріал з поверхневим опором у діапазоні від 10 до Ом до 100 Г Ом, званий за термінологією ESD розсіюючим;
insulator — матеріал з поверхневим опором вище 100 Г Ом, званий ізолятором або діелектриком. Засіб захисту називається антистатичним (ESD-approved), якщо він захищає від:
- Неконтрольованого безпосереднього розряду будь-якого зарядженого об'єкта через захищуваний;
- Неконтрольованого безпосереднього заряду або розряду самого захищуваного;
- Неконтрольованого трибоелектричного або індукційного заряду захищуваного.

Базові поняття

Стандарти IEC (Міжнародна електротехнічна комісія, International Electrotechnical Commission):

IEC61340-5-1 Electrostatics, Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena. General requirements (1998)
IEC 61340-5-2 Electrostatics, Part 5-2: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena. User guide (1999)
IEC 61340-4-1 Electrostatics, Part 4-1: Standard test methods for specific applications. Electrostatic behavior of floor coverings and installed floors (1995)
IEC 61340-4-3 Electrostatics, Part 4-3: Standard test methods for specific applications. Footwear (2001)
IEC 61340-2-1 Electrostatics, Part 2-1: Measurement methods - ability of materials and products to dissipate static electric charge (2002)
IEC 61340-2-3 Electrostatics, Part 2-3: Methods of test for determining resistance and resistivity of solid planar materials used to avoid electrostatic charge accumulation (2000)

Нормативи

Початкове уявлення про чинні міжнародні нормативи в області антистатичного оснащення можна отримати з таблиці, яка частково витягнута із стандарту IEC61340-5-1. Для найбільш вичерпного і коректного трактування наведених у ній значень параметрів необхідно мати на увазі умови тестування, яким в стандарті присвячено цілий розділ. З урахуванням комерційного розповсюдження стандарту, в рамках даної статті ми не можемо ставити таке завдання, та й розміри статті довелося б розширити до розміру значного книжкового тому.

Типи об'єктів в антистатичній зоні Поверхневий опір або опір точка-точка Прохідний опір до землі або точки заземлення антистатичної зони Час стікання заряду (для об'єктів з опором більше 10 ГОм та ізоляторів)
Настільні покриття, складські полиці, транспортні візки 10 кОм — 10 ГОм 750 кОм — 1 ГОм  
Покриття підлоги   Не вище 1 ГОм. Обмеження знизу визначається вимогами електробезпеки. При використанні взуття та покриття підлоги як первинного засобу заземлення загальний опір рекомендується в межах 750 кОм — 35 МОм  
Взуття в робочому стані (опір на металевій плиті) в якості первинного чи вторинного засобу заземлення   50 до Ом — 100 М Ом (для пари) і 100 до Ом — 100 М Ом (одна). При використанні взуття та покриття підлоги як первинного засобу заземлення загальний опір рекомендується в межах 750 кОм — 35 МОм  
Предмети одягу (халати, брюки і т.п.) Не вище 1000 ГОм. Обмеження знизу визначається вимогами електробезпеки   від 1000 В до 100 В не більше 2 секунд
Сидіння стільця   не вище 10 ГОм  
Браслет (окремо, до роз'ємної кліпси)   не вище 10 кОм  
Шнур для браслета 750 кОм — 5 МОм з розрахунку напруги живлячої мережі 230 В змінного струму; потужність резистора не менше 0,25 Вт    
Браслет зі шнуром у системі заземлення   750 кОм — 35 МОм  
Інструменти   Не вище 1000 ГОм. Обмеження знизу визначається вимогами електробезпеки від 1000 В до 100 В не більше 2 секунд
Іонізатори     Нейтралізація заряду в зоні дії: від 1000 В до 100 В не більше 20 секунд

Організаційні аспекти

Три правила антистатики

Людина є основним «генератором» статичного заряду в робочій зоні, тому індивідуальні засобу ESD-захисту є ключовим пунктом будь-якої антистатичної програми. Вважається, що близько 70% ушкоджень електронних компонентів статичною електрикою викликані ненадійним заземленням персоналу. Для забезпечення ESD-безпеки на робочому місці і у виробничих приміщеннях слід дотримуватися трьох базових правил:

  1. Використовувати тільки антистатичні матеріали та інструмент.
  2. Забезпечити надійне заземлення всіх «заземлюваних» об'єктів, з яких принципово може стікати заряд через провідники.
  3. З робочої зони по можливості видалити діелектрики.

(матеріали, що мають поверхневий опір більше 100 ГОм), заземлення яких через провідник марне для стікання заряду. При вимушеній присутності таких об'єктів в робочій зоні застосовується локальна іонізація повітря.

Предмети оснащення

Пристібатися ременем безпеки в автомобілі люблять далеко не всі, хоча мало хто заперечує його користь в разі аварії. Схожа ситуація з антистатичним браслетом: без нього ми відчуваємо себе комфортніше не тільки в плані рухливості тіла, але навіть свободи думки! І все ж не варто покладатися на «авось» у виробництві та ремонті Hi-Tech електроніки: антистатическое оснащення робочого місця пора визнати нормою життя.

Індивідуальні антистатичні засоби

Щоб зняти статичний заряд з тіла людини – головного його джерела і переносника поступають таким чином:
Беруть на озброєння антистатичний браслет. Браслет об'єднується з шиною заземлення кабелем, що містить резистор в 1 МОм. Антистатичний браслет є найбільш поширеним первинним способом стаціонарного заземлення для сидячого працівника.

Також дуже корисними можуть бути антистатичні рукавички або шкарпетки. Зроблені з суміші бавовни, акрилу і нейлону з провідними волокнами (нікельована нитка). Провідні волокна зосереджені біля пальців і якщо це шкарпетки – п'яти, що перешкоджає виникненню статичної електрики.

У побуті майстрів не менш потрібним може виявитися антистатичний килимок. Що складається з нітрил бутадієнові гуми. Основа - чорна гума товщиною 1.5 мм яка перешкоджає відображенню флуоресцентного світла, її опір становить 104-6 Ом/м2. Зелена гума, товщиною 0.5 мм і опором 107-9 Ом/м2 поліпшує зчеплення. Для підвищення зносостійкості при виготовленні використовуються посилені матеріали через що покриття витримує навантаження стільця або візка. За допомогою коннектора і кабелю килимок підключається до землі.

Поряд з взуттям широко використовується антистатична накидка для стільця. Вона універсальна і дуже легко одягається і знімається. Складається з тих же матеріалів що рукавички і шкарпетки, також прекрасно вентилюється. Опір зовнішнього шару накидки від 10-2 до 106 Ом/м2. У комплекті йде кабель з опором 1 МОм і довжиною 1.8 м для з'єднання з землею. Все придатне для прання.

Будемо виходити з того, що на зап'ясті у вас зобов'язаний красуватися (а головне - безперечно виконувати функцію заземлення) антистатичний браслет, підключений крученим шнуром з вбудованим резистором 1 М Ом до кліпси настільного антистатичного термостійкого килимка або колодки заземлення. З якими мірками (крім другорядних цінових) слід підходити до вибору браслета?

Для того, щоб мінімізувати дискомфорт, браслет повинен бути досить еластичним - тобто щільно, але не болісно туго прилягати до руки (коли браслет бовтається на зап'ясті, про надійне заземлення говорити безглуздо). Неметалеві (тканинні з акриловими проводять волокнами на внутрішній поверхні) браслети Elme One-Touch і Strappo не викликають алергії і неприємних моментів защемлення волосся. Пряжка браслета One-Touch стабільно фіксує натяг стрічки і вірно служить до її зношення.

Що стосується крученого поліуретанового шнура, то вироби фірми Elme тестовані на 120000 циклів згину кутом до 120 градусів, так що провід всередині шнура служить набагато довше ніж у більшості аналогів. Наявність резистора 1 МОм в шнурі, підключається до браслету, є умовою забезпечення електробезпеки працівника. Якщо півтораметрової довжини шнура не вистачає для вільного переміщення руки в радіусі робочого місця, то можна замінити його аналогічним триметровим шнуром, що має стандартну 4-мм кліпсу для з'єднання з браслетом і штекер для підключення до гнізда заземлення. Якщо і цього недостатньо для свободи переміщення, то в якості первинної системи заземлення залишається використовувати провівдне покриття підлоги і антистатичний взуття (будуть розглянуті нижче).

Іван Сольський, технічний експерт
© 2008, Магазин інструментів Masteram

comments powered by Disqus
Чат з продажу
Важливі новини
Підписка на новини Masteram
Відгуки клієнтів
Валюта: Гривня (грн)
Кошик товарів поки немає
 
-