Kako osigurati pravilnu zaštitu od ESD-a pri malim radovima?

Postoji li jednostavna zaštita od nekontroliranog elektrostatičkog pražnjenja? Prije nego odgovorimo na ovo pitanje, potrebno je razmotriti što je ovaj fenomen i zašto se javlja. U ovom ćemo članku predstaviti osnovne informacije o zaštiti od elektrostatičkog pražnjenja, rizicima povezanim s njim i načinima zaštite.

Elektrostatičko pražnjenje (ESD) je fenomen koji proizlazi iz brzog kretanja elektrona između tijela različitih potencijala. Zamislite strukturu atoma: jezgra atoma s protonima i neutronima, dok elektroni kruže oko nje. Elektroni imaju sposobnost kretanja, pa ako neki materijal ima tendenciju skupljati elektrone, bit će negativno nabijen. Suprotno tome, materijal koji ima tendenciju gubiti elektrone bit će pozitivno nabijen. Kada se ti materijali približe jedan drugome, dolazi do izjednačavanja potencijala između njih, odnosno do naglog skoka elektrona – što se naziva elektrostatičkim pražnjenjem.

Sada, kada smo objasnili teoriju, možemo se fokusirati na zaštitu od ovog fenomena.

Zaštita od ESD-a – osoba i odjeća

Jedna od osnovnih zaštita od elektrostatičkog pražnjenja je korištenje antistatičke narukvice. Takva narukvica treba imati provodljivi unutarnji dio i disipativni vanjski dio te biti spojena žicom s otpornikom od 1MΩ na označenu točku uzemljenja kojoj je povezana radna oprema. Na toj točki postoji zaštita u obliku otpornika od 1MΩ po utičnici. Takve utičnice mogu biti postavljene ispod radne površine ili se mogu koristiti u obliku šuko utikača, obično žute boje. Vraćajući se na narukvicu, prema testovima i studijama, ona je najpouzdanija ESD zaštita za sjedeći rad, pa ju je vrijedno uzeti u obzir.

Druga vrsta zaštite za osobu koja radi s elektronikom je posebna antistatička pregača. Svrha nošenja takve zaštite prvenstveno je zaštita elektronike od odjeće koju nosimo, a koja može generirati statičke naboje. Pregača nas neće uzemljiti, ali će stvoriti nešto poput Faradayevog kaveza, koji neće dopustiti izlazak naboja prema van. Prema relevantnim standardima, takva pregača mora biti pravilno označena i imati certifikat potreban za upotrebu u područjima gdje se radi s elektronikom osjetljivom na elektrostatičko pražnjenje.

Nastavljajući s ostalim dijelovima odjeće za osobu koja radi s elektronikom osjetljivom na ESD, trebamo uključiti obuću ili posebne trake za cipele. Općenito se preporučuje nošenje uzemljene obuće, jer ona zadržava svoja svojstva provođenja naboja. Osim toga, takva obuća je udobnija za rad i sigurnija. Jeftinija alternativa su trake za cipele. Međutim, treba imati na umu da nisu toliko izdržljive kao obuća i često zahtijevaju odgovarajuće upute za pravilno nošenje, jer ljudi ne znaju uvijek kako ih pravilno koristiti. U obući, kao i u trakama za cipele, također postoji zaštita otpornika. Kod obuće je vrijednost otpornika 2MΩ. Važno je zapamtiti da se trake za cipele, kao i obuća, trebaju nositi u paru, a ne pojedinačno!

U cijelom sustavu uzemljenja osoba-obuća-pod, potrebno je znati da sve funkcionira zajedno samo ako imate odgovarajući pod i obuću. Ovo rješenje će biti korisno za stojeći ili pokretni rad. S druge strane, za sjedeći rad se uvijek nosi narukvica, unatoč obući. Ako se bavimo minijaturiziranom elektronikom, gdje je osjetljivost na elektrostatičko pražnjenje puno veća, treba koristiti dodatne antistatičke rukavice. Takve rukavice također će imati odgovarajući materijal koji raspršuje statički naboj, kao i oznaku da su sigurne za upotrebu s elektronikom osjetljivom na ESD. Dodatna pozitivna značajka korištenja takve zaštite je da ne ostavlja prljavštinu na PCB-u koji se sastavlja ili servisira.

Posljednja, rjeđe korištena zaštita je pokrivalo za glavu. Vjerojatno će se svatko tko čita ovaj članak zapitati: zašto pokrivalo za glavu? Zamislite situaciju u kojoj radite s elektronikom, a ljudska dlaka padne na IC i njegove vodove. PCB se sastavlja u ciljni proizvod i koristi se u normalnim radnim uvjetima. Nakon nekog vremena, vlaga u radnoj okolini, koja može varirati između 35% i 70%, prodire u takav proizvod, a ta dlaka, upijajući vlagu, postaje vodič koji može dovesti do kratkog spoja.

Ukratko, pravilna zaštita pri poslovima gdje radimo s elektronikom osjetljivom na ESD je izuzetno važna jer smo mi sami često nositelji elektrona i prenosimo ih izjednačavanjem potencijala. Osim toga, moramo biti svjesni da osoba osjeća ESD na razini od oko 2000V, dok možemo oštetiti neke sklopove već s puno manjim elektrostatičkim pražnjenjem, pa je takva zaštita ključna.

Zaštita od ESD-a – mjere sigurnosti na radnom mjestu

Na radnom području trebali bismo stvoriti posebno označenu zonu u kojoj ćemo raditi s elektronikom osjetljivom na elektrostatičko pražnjenje. Takvo mjesto naziva se EPA (ESD zaštićena zona). Primarna zaštita našeg radnog područja je antistatička podloga spojena na uzemljenje. Takva podloga izrađena je od dva sloja – donji je provodljiv, a gornji je disipativan. Podloga ima dodatnu značajku: otporna je na toplinu, što omogućava zaštitu radne površine od određenih toplinskih oštećenja. Podlogu spajamo na uzemljenje žicom s otpornikom od 1MΩ, a ovdje također preporučujemo korištenje šuko utičnice, koju povezujemo na strujni razdjelnik ili utičnicu. Na taj način koristimo uzemljenje koje postoji u zgradi.

Drugi dio opreme je stolica koja bi trebala biti namijenjena EPA zoni. Zašto? Stolica ne uzemljuje osobu, ali treba biti antistatička. Ideja je da prilikom pomicanja obične stolice s radne površine može doći do stvaranja velikog elektrostatičkog polja, što zauzvrat može uzrokovati nekontrolirano elektrostatičko pražnjenje. Što je potrebno za pravilno funkcioniranje takve stolice? Moramo imati pod koji će uzemljiti tu stolicu. Pod će imati disipativna svojstva, a stolica će, zahvaljujući svom dizajnu i provodnim kotačima, odvoditi nakupljene naboje do uzemljenja. Pod i cijeli sustav moraju biti spojeni na uzemljenje.

Na što treba obratiti pažnju kada je riječ o ostatku radne opreme? Sve što može generirati naboje ili predstavljati opasnost od ESD-a mora biti uklonjeno s radne površine. Što može biti uključeno u takvu neželjenu opremu? Na primjer, ručni alati koji nisu namijenjeni EPA zoni, ambalaža koja generira statički naboj i slični materijali koji nisu potrebni za naš rad s elektronikom osjetljivom na ESD.

To je ukratko o radnom mjestu, dok profesionalna EPA zona sama po sebi treba obuhvatiti opsežniji sustav zaštite od ESD-a. Što to znači? U takvoj prostoriji prije samog ulaza trebali bismo imati, između ostalog, odgovarajući sustav testiranja.

To uključuje testiranje obuće i narukvica, a u naprednijim EPA zonama, gdje se proizvodi elektronika osjetljiva na elektrostatičko pražnjenje, koristi se zračna komora s ioniziranim zrakom. U takvim EPA zonama cijelo područje ima antistatički pod povezan s uzemljenjem zgrade. Radni stolovi su certificirani, označeni i namijenjeni za takve zone. Pored svega što je opisano za sam radni prostor, sva ostala oprema se temeljito provjerava i odobrava od strane ESD koordinatora, osobe koja je kvalificirana za upravljanje tom zonom. U EPA zoni se stalno prati temperatura i vlažnost.

Detaljni zahtjevi za postavljanje EPA zona mogu se naučiti na tečajevima za operatere ili ESD koordinatore. Na tim tečajevima naučit ćete sve što je potrebno za uspostavu EPA zona ili odgovarajućih radnih stanica, kao i za provođenje mjerenja, obavljanje audita i pisanje izvještaja.

Prijetnje povezane s ESD-om

Svatko se može zapitati zašto sve ovo? Zašto su potrebne takve mjere zaštite? Uostalom, svaki mladi zaljubljenik u informatiku ili elektroniku, s osnovnim vještinama, barem jednom je zamijenio memoriju u računalu ili nadogradio matičnu ploču dodatnim komponentama. Često su to radili na tepihu kod kuće, bez ikakvog uzemljenja, bez posebne pažnje, i sve je kasnije radilo bez problema. Takvi postupci izazivaju sumnju u smislenost ESD zaštite. Naš odgovor je kratak – ima smisla. Zašto? Jer nema usporedbe između proizvodnje ili popravka elektronike i zabave nadogradnje računala kod kuće.

Ako se ESD oštećenje otkrije u tvornicama, financijske posljedice nisu velike jer se proizvod ili odbacuje ili ide na popravak. S druge strane, kada oštećenje izađe na vidjelo nakon što je kupac već dobio proizvod, to ima svoje posljedice u obliku nezadovoljnih kupaca. Važno je zapamtiti da jedan nezadovoljan kupac može značiti potencijalno deset drugih koji neće kupiti naš proizvod ili koristiti naše usluge.

Popis prijetnji povezanih s ESD-om je beskonačan. Mnoge tvrtke, koje su najveći svjetski proizvođači elektronike, slijede principe ESD zaštite na vrlo naprednoj razini. To je rezultat istraživanja čiji su rezultati ukazali na oštećenja i, nažalost, imali velike posljedice u obliku ogromnih financijskih gubitaka. Tijekom posljednjih 20 godina elektronika je postala vrlo minijaturna, što je utjecalo na njezinu osjetljivost na elektrostatičko pražnjenje. Što je elektronika manja, to je veća njezina osjetljivost na ESD. Osim toga, tu su i opsežne LED i OLED tehnologije koje jednostavno ne podnose pražnjenja.

U dizajnu takvih PCB-ova potrebno je ugraditi ESD zaštitu već na samom početku. Najbolje rješenje je pretpostaviti da je PCB osjetljiv na elektrostatičko pražnjenje.

Zaključak

Ono što smo napisali o elektrostatičkom pražnjenju samo je osnovno, kratko objašnjenje što zaštita od ESD-a podrazumijeva. Više informacija može se dobiti na odgovarajućim tečajevima posvećenim operaterima ili ESD koordinatorima.