ESD (wyładowania elektrostatyczne (ESD))

Ładunki elektrostatyczne powstają w wyniku tarcia, kontaktu i procesów trasowania. Materiały takie jak tworzywa sztuczne, tekstylia lub metale przechowują ładunki elektryczne, które wyładowują się nagle po dotknięciu lub zbliżeniu. Proces ten jest szczególnie istotny w branży elektroniki, ponieważ nawet najmniejsze napięcie może zniszczyć wrażliwe części składowe.

Konsekwencją są często nieodwracalne uszkodzenia części elektrycznych, elektronicznych i optoelektronicznych. Szczególnie podatne są płytki obwodu drukowanego (PCB) wyposażone w części składowe, takie jak tranzystory polowe MOSFET (ang. metal-oxide-semiconductor field-effect transistors) lub tranzystory bipolarne z izolowaną bramką IGBT (ang. insulated-gate bipolar transistors). Zagrożone są również chipy IC (układy scalone) i podłoża stosowane w przemyśle półprzewodników i produkcji elektroniki. Szybkie wyrównanie potencjałów powoduje wysokie napięcia elektryczne, które mogą prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń zmontowanych płytek drukowanych i ich wrażliwych części składowych.

Przewodność elektryczna materiałów

Aby skutecznie chronić części składowe elektroniki przed uszkodzeniami spowodowanymi wyładowaniami elektrostatycznymi, na przykład podczas obsługi, centralną rolę odgrywa przewodność elektryczna zastosowanych materiałów. Ponieważ materiały te są w bezpośrednim kontakcie z przedmiotem obrabiany, muszą one zapewnić możliwość wyładowania ładunków elektrostatycznych w sposób kontrolowany i bezdotykowo.

Przewodność elektryczna opisuje zdolność materiału do bezpiecznego wyładowania ładunków poprzez jego określoną rezystancję. W zależności od wartości rezystancji, dzieje się to albo bardzo szybko - jak w przypadku materiałów przewodzących - albo w sposób opóźniony i kontrolowany, co jest typowe dla materiałów rozpraszających. Decydującym czynnikiem jest tutaj zawsze rezystancja właściwa, która określa z jaką prędkością i w jaki sposób ładunki są bezpiecznie wyładowywane.

Zakresy rezystancji w ochronie przed wyładowaniami elektrostatycznymi

W zależności od klasy materiału, istnieją różne zakresy rezystancji właściwej:

• Przewodzące tworzywa sztuczne mają zazwyczaj od¹⁰³ do¹⁰⁵ Ω i pozwalają na bardzo szybkie wyładowanie ładunków.
• Materiały rozpraszające znajdują się w zakresie od¹⁰⁶ do¹⁰⁹ Ω i zapewniają kontrolowane wyładowanie bez uszkodzeń. Materiały NBR-ESD i HT1-ESD stosowane przez firmę Schmalz mieszczą się dokładnie w tym zakresie, co zapewni bezpieczne rozpraszanie napięcia na przedmiocie obrabiany.
• Materiały antystatyczne wykazują znacznie wyższe wartości w zakresie od¹⁰¹⁰ do¹⁰¹² Ω i działają przede wszystkim przeciw gromadzeniu się ładunków, same nie rozpraszając ich w znacznym stopniu.

Metoda testowania przewodności

Pomiar "punkt-ziemia" jest jednym ze szczególnych sposobów weryfikacji pojemności wyładowania przy jednoczesnym uwzględnieniu rezystancji właściwej. Na podstawie tego pomiaru możliwe jest określenie zakresu, w którym mieści się rezystancja całego systemu. Za pomocą specjalnych mierników rezystancji można ustalić rezystancję wyładowania między punktem pomiarowym (1) a punktem uziemienia systemu (potencjał uziemienia) (2).

Odpowiednie materiały są często oznaczone symbolem ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi dla lepszej orientacji. Symbol ten wskazuje, że produkt nadaje się do ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) i niezawodnie chroni inne części składowe przed wyładowaniami elektrostatycznymi.

Aby zapewnić ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi nie tylko na poziomie materiału i w procedurach testowych, ale także konsekwentnie wdrażać ją w praktycznym środowisku pracy, wymagane są jasno zdefiniowane obszary ze skoordynowanymi środkami.

Strefa ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi, w skrócie "EPA" (Electrostatic Protected Area), to specjalny obszar roboczy, w którym wszystkie materiały, narzędzia i sprzęt roboczy są projektowane tak, aby rozpraszały ładunki elektryczne. Obejmuje to rozpraszające podłogi, systemy uziemienia, odzież i opakowania zgodne z ESD. Celem jest zapobieganie i wyładowanie ładunków elektrostatycznych w kontrolowany sposób, tak aby wrażliwe części składowe, takie jak płytki obwodu drukowanego, półprzewodniki lub komponenty optoelektroniczne były niezawodnie chronione.

Ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi jest niezbędna w branży elektronicznej. Wrażliwe płytki PCB zawierające części składowe, takie jak tranzystory MOSFET i IGBT, są bardzo podatne na wyładowania elektrostatyczne i wymagają niezawodnej ochrony podczas wszystkich procedur obsługi.