ESD или антистатическая защита

Статическое электричество — злой враг микросхем высокой степени интеграции. Если не оценить его силу то можно понести ощутимые убытки. Несмотря на то, что электростатический разряд является переносчиком небольшого количества энергии, большая разность потенциалов и высокая скорость их изменения влекут образование токов, достаточных для мгновенного выхода из строя чувствительной электроники или нанесения кристаллу изначально незаметных повреждений. Обнаружить элемент с повреждёнными параметрами крайне сложно, а в последствии происходит постепенный его отказ. Оснащение электронных производств средствами антистатической защиты стало стандартом, игнорировать который солидные фирмы сегодня уже не могут себе позволить.

Когда и как образуется электростатический заряд?

Примеры: при влажности воздуха 65–90% человек, идущий по ковру, генерирует потенциал до1000 В; сидящий на стуле с полиэтиленовым покрытием — 1500 В; поднимающий со стола портфель из синтетического материала — до 1200 В. При влажности 10–20% значения напряжений составляют соответственно 35000, 18000 и 20000 В, в то время как для некоторых изделий микроэлектроники потенциал в сотни вольт является фатальным.

Пути образования электростатического заряда:

Трибоэлектрический. При разделении двух контактирующих поверхностей - одна заряжается положительно, другая — отрицательно. Примеры: перемещение объектов по поверхности стола, хождение по ковровой поверхности, работа монтажным инструментом.

Индукционный. При перемещении заряженного объекта вблизи незаряженного, во втором генерируется статический заряд с противоположным знаком. Пример: прикосновение к корпусу микросхемы статически заряженным пальцем руки. Обратите внимание: для повреждения кристалла индукционными токами не обязательно даже прикасаться рукой непосредственно к выводам корпуса микросхемы.

Емкостный. Q(заряд) = С(емкость) x U(напряжение), поэтому уменьшение C вызывает рост U. Пример: поднятие сумки со стола может воздействовать статическим напряжением на лежащую рядом микросхему. Кошмарный эпизод: размотка рулона полиэтилена на упаковочном столе дистрибьютора электронных компонентов.

Символика

Согласно стандарту IEC60417 черным треугольником с желтой перечеркнутой кистью руки обозначаются объекты, чувствительные к воздействию разряда статического электричества. Этот же символ используется в качестве предупреждающего знака на табличках и наклейках, имеющих желтое поле с черной линией по периметру и текстовую.

Термины и Сокращения

ESD (electrostatic discharge) — разряд статического электричества;
ЕРА (ESD protected area) — ESD-защищенная зона;
electrostatic conductive — материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 100 Ом до 10 кОм, понимаемый применительно к ESD как проводящий (электропроводный, токопроводящий);
electrostatic dissipative — материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 10 к Ом до 100 Г Ом, называемый по терминологии ESD рассеивающим;
insulator — материал с поверхностным сопротивлением выше 100 Г Ом, называемый изолятором или диэлектриком. Средство защиты называется антистатическим (ESD-approved), если оно защищает от:
- неконтролируемого непосредственного разряда любого заряженного объекта через защищаемый;
- неконтролируемого непосредственного заряда или разряда самого защищаемого объекта;
- неконтролируемого трибоэлектрического или индукционного заряда защищаемого объекта.

Базовые понятия

Стандарты IEC (Международная электротехническая комиссия, 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)

Нормативы

Начальное представление о действующих международных нормативах в области антистатического оснащения можно получить из таблицы, которая частично извлечена из стандарта IEC61340-5-1. Для наиболее исчерпывающей и корректной трактовки приведенных в ней значений параметров необходимо иметь в виду условия тестирования, которым в стандарте посвящен целый раздел. С учетом коммерческого распространения стандарта, в рамках данной брошюры мы не можем ставить такую задачу, да и рамки брошюры пришлось бы раздвигать до размера внушительного книжного тома.

Типы объектов в антистатической зоне Поверхностное сопротивление или сопротивление точка-точка Проходное сопротивление к земле или точке заземления антистатической зоны Время стекания заряда (для объектов с сопротивлением более 10 ГОм и изоляторов)
Настольные покрытия складские полки, транспортные тележки 10 к Ом — 10 ГОм 750 к Ом — 1 ГОм  
Покрытие пола   Не выше 1 ГОм. Ограничение снизу определяется требованиями электробезопасности. При использовании обуви и покрытия пола как первичного средства заземления общее сопро-тивление рекомендуется в пределах 750 кОм — 35 МОм  
Обувь в рабочем состоянии (сопротивление на металлической плите) в качестве первичного или вторичного средства заземления   50 к Ом — 100 М Ом (для пары) и 100 к Ом — 100 М Ом (одна). При использовании обуви и покрытия пола как первичного средства заземления общее сопротивление рекомендуется в пределах 750 кОм — 35 МОм  
Предметы одежды (халаты, брюки и т.п.) Не выше 1000 Г Ом. Ограничение снизу определяется требованиями электробезопасности   от 1000 В до 100 В не более 2 секунд
Сиденье стула   не выше 10 ГОм  
Браслет (отдельно, до разъемной клипсы)   не выше 10 кОм  
Шнур для браслета 750 кОм — 5 МОм из расчета напряжения питающей сети 230 В переменного тока; мощность резистора не менее 0,25 Вт    
Браслет со шнуром в системе заземления   750 кОм — 35 МОм  
Инструменты   Не выше 1000 ГОм. Ограничение снизу определяется требованиями электробезопасности от 1000 В до 100 В не более 2 секунд
Ионизаторы     Нейтрализация заряда в зоне действия: от 1000 В до 100 В не более 20 секунд

Организационные аспекты

Три правила антистатики

Человек является основным «генератором» статического заряда в рабочей зоне, поэтому индивидуальные средства ESD-защиты являются ключевым пунктом любой антистатической программы. Считается, что около 70% повреждений электронных компонентов статическим электричеством вызваны ненадежным заземлением персонала. Для обеспечения ESD-безопасности на рабочем месте и в производственных помещениях следует соблюдать три базовых правила:

  1. Использовать только антистатические материалы и инструмент.
  2. Обеспечить надежное заземление всех «заземляемых» объектов, с которых принципиально может стекать заряд через проводники.
  3. Из рабочей зоны по возможности удалить диэлектрики.

(материалы, имеющие поверхностное сопротивление более 100 ГОм), заземление которых через проводник бесполезно для стекания заряда. При вынужденном присутствии таких объектов в рабочей зоне применяется локальная ионизация воздуха.

Предметы оснащения

Пристегиваться ремнем безопасности в автомобиле любят далеко не все, хотя мало кто отрицает его пользу в случае аварии. Схожая ситуация с антистатическим браслетом: без него мы чувствуем себя комфортнее не только в плане подвижности тела, но даже свободы мысли! И все же не стоит полагаться на «авось» в производстве и ремонте Hi-Tech электроники: антистатическое оснащение рабочего места пора признать нормой жизни.

Индивидуальные антистатические средства.

Чтобы снять статический заряд с тела человека – главного его источника и переносчика поступают следующим образом:
Берут на вооружение антистатический браслет. Браслет объединяется с шиной заземления кабелем, содержащим резистор в 1 М Ом. Антистатический браслет является наиболее распространенным первичным способом стационарного заземления для сидячего работника.

Также очень полезными могут быть антистатические перчатки или носки. Сделаны из смеси хлопка, акрила и нейлона с проводящими волокнами (никелированная нитка). Проводящие волокна сосредоточены возле пальцев и если это носки – пятки, что препятствует возникновению статического электричества.

В обиходе мастера не менее нужным может оказаться антистатический коврик. Состоящий из нитрил бутадиеновой резины. Основа – чёрная резина толщиной 1.5 мм которая препятствует отражению флуоресцентного света, её сопротивление составляет 104-6 Ом/м2. Зелёная резина, толщиной 0.5 мм и сопротивлением 107-9 Ом/м2 улучшает сцепление. Для повышения износостойкости при изготовлении используются усиленные материалы из-за чего покрытие выдерживает нагрузку стула или тележки. С помощью коннектора и кабеля коврик подключается к земле.

Наряду с обувью широко используется антистатическая накидка для стула. Она универсальна и очень легко одевается и снимается. Состоит из тех же материалов что перчатки и носки, также прекрасно вентилируется. Сопротивление наружного слоя накидки от 10-2 до 106 Ω/м2. В комплекте идёт кабель с сопротивлением 1 МОм и длиной 1.8 м для соединения с землёй. Всё пригодно для стирки.

Будем исходить из того, что на запястье у вас обязан красоваться (а главное — безупречно выполнять функцию заземления) антистатический браслет, подключенный крученым шнуром со встроенным резистором 1 М Ом к клипсе настольного антистатического термоустойчивого коврика или колодке заземления. С какими мерками (кроме второстепенных ценовых) следует подходить к выбору браслета?

Для того, чтобы минимизировать дискомфорт, браслет должен быть достаточно эластичным — то есть плотно, но не болезненно туго прилегать к руке (когда браслет болтается на запястье, о надежном заземлении говорить нелепо). Неметаллические (тканевые с акриловыми проводящими волокнами на внутренней поверхности) браслеты Elme One-Touch и Strappo не вызывают аллергии и неприятных моментов защемления волос. Пряжка браслета One-Touch стабильно фиксирует натяжение ленты и верно служит до ее износа.

Что касается крученого полиуретанового шнура, то изделия фирмы Elme тестированы на 120000 циклов сгиба углом до 120 градусов, так что провод внутри шнура служит гораздо дольше чем у большинства аналогов. Наличие резистора 1 МОм в подключаемом к браслету шнуре является условием обеспечения электробезопасности работника. Если полутораметровой длины шнура не хватает для свободного перемещения руки в радиусе рабочего места, то можно заменить его аналогичным трехметровым шнуром, имеющим стандартную 4-мм клипсу для соединения с браслетом и штеккер для подключения к гнезду заземления. Если и этого недостаточно для свободы перемещения, то в качестве первичной системы заземления остается использовать проводящее покрытие пола и антистатическую обувь (будут рассмотрены ниже).

Иван Сольский, технический эксперт
© 2008, Магазин инструментов Masteram

Чат по продажам
Важные новости
Подписка на новости Masteram
Отзывы клиентов
Валюта: Рубли, наличные (руб)
Корзина пока нет товаров
 
Интернет-магазин Masteram не производит продажу данной продукции на территории вашей страны.