ESD (sähköstaattinen purkaus)

Sähköstaattinen varaus aiheutuu kitkasta, kosketuksesta ja reititys-prosesseista. Materiaali, kuten muovit, tekstiilit tai metallit, varastoi sähkövarauksia, jotka purkautuvat äkillisesti, kun niitä kosketetaan tai lähestytään. Tämä prosessi on erityisen kriittinen elektroniikan teollisuudessa, sillä pienimmätkin jännitteet voivat tuhota herkkiä komponentteja.

Seurauksena on usein sähköllä, elektroniikalla ja optoelektronisilla komponenteilla olevan peruuttamattoman vaurioitumisen. Painetut piirilevyt (PCB), joissa on komponentteja, kuten metalli-oksidipuolijohdekenttäefektitransistorit (MOSFET) tai eristetyn portin bipolaaritransistorit (IGBT), ovat erityisen alttiita. Myös integroidut piirit (IC-sirut) ja puolijohteessa ja elektroniikan valmistuksessa käytettävät alustat ovat vaarassa. Potentiaalien nopea tasaantuminen aiheuttaa korkeita sähköjännitteitä, jotka voivat tölkki korjaamattomiin vikoihin kootuissa piirilevyissä ja niiden herkissä yksittäisissä komponenteissa.

Materiaalien sähköjohtavuus

Jotta elektroniikkakomponentit voidaan suojata tehokkaasti ESD-vaurioilta esimerkiksi käsittelyn aikana, käytettävien materiaalien sähkönjohtavuus on keskusasemassa. Koska nämä materiaalit ovat suorassa kosketuksessa työkappaleen kanssa, niiden on varmistaa, että sähköstaattisten varauksien purkaus on hallitusta ja vahingoittumattomaa.

Sähkönjohtavuus kuvaa materiaalin kykyä purkaus varauksia turvallisesti sen ominaisvastuksen avulla. Vastuksen arvosta riippuen tämä tapahtuu joko hyvin nopeasti - kuten johtavilla materiaaleilla - tai viiveellä ja ohjauksella, kuten on tyypillistä dissipatiivisille materiaaleille. Ratkaiseva tekijä on aina ominaisvastus, joka määrittää, millä nopeudella ja millä tavalla varauksien purkaus on turvallinen.

ESD-suojauksen vastusalueet

Materiaalin luokasta riippuen on olemassa erilaisia ominaisvastualueita:

• Johtavat muovit ovat tyypillisesti^103-105Ω:n välillä, ja niiden avulla varaukset voidaan purkaus hyvin nopeasti.
• Dissipatiiviset materiaalit ovat välillä^106-109Ω ja varmistavat hallitun, vahingoittumattoman purkautumisen. Schmalzin käyttämät materiaalit NBR-ESD ja HT1-ESD kuuluvat juuri tälle alueelle ja varmistavat siten turvallisen jännitteen purkautumisen työkappaleeseen.
• Antistaattisilla materiaaleilla on huomattavasti korkeammat arvot^{1010 ja1012 Ω:n} välillä, ja ne toimivat ensisijaisesti varauksen kertymistä vastaan ilman, että ne itse voimakkaasti hajottavat varausta.

Johtavuuden testausmenetelmä

Piste-maasta-mittaus on yksi erityinen tapa todentaa purkauskapasiteetti ottaen samalla huomioon ominaisvastus. Tämän mittauksen perusteella voidaan määrittää alue, jolla koko järjestelmän resistanssi on vaakasuorassa. Erityisten resistanssimittareiden avulla voidaan määrittää mittauspisteen (1) ja järjestelmän maadoituspisteen (maapotentiaali) (2) välinen purkausvastus.

Sopivat materiaalit on usein merkitty ESD-suojaus-symbolilla paremman kohdistuksen varmistamiseksi. Tämä symboli osoittaa, että tuote soveltuu ESD-suojaukselle ja suojaa luotettavasti muita komponentteja sähköstaattiselta purkaukselta (ESD).

Jotta voidaan varmistaa, että ESD-suojaus ei ole varmistettu ainoastaan materiaali- ja testausmenettelyissä, vaan että se toteutetaan johdonmukaisesti myös käytännön työympäristössä, tarvitaan selkeästi määriteltyjä alueita ja koordinoituja toimenpiteitä.

ESD-suojaus, lyhyesti EPA (Electrostatic Protected Area), on erityinen työalue, jossa kaikki materiaalit, työkalu ja työlaitteet on suunniteltu sähköä johtaviksi. Tähän kuuluvat dissipatiiviset lattiat, maadoitusjärjestelmät, ESD-yhteensopivat vaatteet ja pakkaus. Tavoitteena on estää ja purkaus sähköstaattiset varaukset hallitusti, jotta herkät komponentit, kuten painettu piirilevy, puolijohde tai optoelektroniset komponentit, ovat luotettavasti suojattuja.

ESD-suojaus on olennaisen tärkeää elektroniikan teollisuudessa. Herkät piirilevyt, jotka sisältävät MOSFETien ja IGBT:iden kaltaisia komponentteja, ovat erittäin alttiita sähköstaattiselle purkaukselle ja vaativat luotettavaa suojausta kaikissa käsittelymenetelmissä.