Guide steg för steg till rätt val av ESD-utrustning

Guide steg för steg till rätt val av ESD-utrustning

Elsktrostatiska urladdningar (ESD=Electrostatic Discharge) är ett plötsligt flöde av elektricitet mellan två föremål med olika laddning. Det uppstår när utbytet av elektroner skapar ett stort elektrostatiskt fält och det är mycket problematiskt inom högteknologisk tillverkning.

Statisk elektricitet och elektrostatisk induktion är de vanligaste orsakerna till ESD. Det finns procedurer att följa för att undvika det och rätt skärmande material bör användas för att minska eller eliminera strömmen.

De två riskerna för elektronisk utrustning är:

1. Katastrofalt fel: Fel som orsakar permanent skada, till exempel metall som smälter, kopplingar som felar eller oxidering. Oftast enkla att upptäcka vid inspektioner.                                                                                                    
2. Dolda defekter: Resulterar i delvis förfall där enheten oftast fortsätter att fungera och felet kanske är svårare att upptäcka. Det delvisa förfallet tenderar dock att leda till oregelbunden drift eller permanent fel senare.

Hur kan man skydda mot ESD?

ESD-skydd är viktigt vid tillverkning, frakt och drift.

I och med att det finns ett stort urval av ESD-skydd är det viktigt att välja rätt alternativ för din tillämpning. Enheter som inte fungerar som de ska är ineffektiva och kan störa kretsens normala drift. En optimal ESD-enhet måste:

• Reagera snabbt för att hindra farliga ström- och spänningstoppar under elektrostatiska urladdningar.
• Förbli opåverkad av upprepade ESD-toppar.
• Inte störa funktionen hos det system den skyddar.

ESD-skyddsenheter skyddar utrustning och produkter som är känsliga för elektrostatiska urladdningar under förvaring och förflyttning och hindrar statisk elektricitet från att byggas upp, samt förorening av damm eller fukt. Bland de olika typerna av ESD finns:

1. Förpackning och lagring

• Påsar som avskärmar mot statisk elektricitet
• Rosa antistatiska påsar
• Antistatiska bubbelplastpåsar
• Lådor
• Folie och tejp

2. ESD-tillbehör

Denna kategori består av ett urval ESD-enheter som ger ytterligare skydd. Detta inkluderar, men begränsas inte till:

• ESD-pincetter
• ESD-tångar
• ESD-varningsskyltar/-etiketter

3.  Jordningssystem

Jordningssystem används för att på säkert vis jorda de som arbetar med känslig elektronisk utrustning. Genom att använda jordningsprodukter går det att förhindra att statisk elektricitet byggs upp vilket minskar risken för elektrostatiska urladdningar. Exempel på ESD-jordningssystem är:

• Jordledningar
• Jordtestare
• Jordningsmattor
• Jordningsmoduler
• Jonisatorer
• Armband

Att beakta vid val av ESD-utrustning

1. Förstå var en urladdning kan ske för att avgöra vilket skydd som enheten kräver.När nivån av skydd beaktas kan tre standarder för skydd användas för att avgöra det allmänna skyddet för integrerade kretsar (IC) mot ESD.

• Mänsklig kontakt – modell av människokroppen –  Den här modellen simulerar ESD för en människa på en elektronisk komponent. En person kan ackumulera statisk elektricitet av att gå eller röra på sig, den laddas sedan ur genom den integrerade kretsen.
• Normal användning av enheten – modell av laddad enhet –  Testet med laddad enhet simulerar hur en enhet agerar när själva enheten har en elektrostatisk laddning och kommer i kontakt med en metallyta. Detta är den vanligaste typen av ESD. Sådan urladdning beror i stort på storleken på och typen av komponentpaket.
• Annan utrustning – maskinmodell-  Detta simulerar en urladdning av statisk elektricitet som ackumulerats från maskiner och utrustning.

Modell	HBM	MM	CDM
Testnivåer	2, 4, 8 och 15 kV	100, 150 och 200 V	250, 500, 750 och 1 000 V
Toppström (A)	1.5	3	5 till 6
Pulsbredd (nsek)	Cirka 150	Cirka 80	Cirka 1
Stigtid	2 till 10 nsek	Cirka 1 nsek	Mindre än 400 psek
Vanliga ESD-fel	Skadade kopplingar, metallpenetrering, metallsmältning, kontaktspikar och oxidlagerskador	Skadade kopplingar, metallsmältning och oxidlagerskador	Oxidlagerskador, laddningsuppbyggnad och kopplingsskador

Tabell 1: Jämförelse av ESD-tester
2. Säkerställ vad/vem du ska skydda.

Vad skyddar du?

För att ge effektivt ESD-skydd måste alla föremål som hanteras och som är mottagliga för ESD och därmed behöver skydd identifieras. Till exempel är externa ESD-skyddsenheter perfekta för gränssnitt som är särskilt mottagliga för ESD-skador men de är kanske inte lämpliga för mycket avancerade system på ett chip (SoC).

Storleken på arbetsplatsen och hur arbetet som ska utföras ser ut kommer också att påverka ESD-jordningskraven på ett företag. Normalt sätt kommer mindre arbetsplatser att följa grundläggande krav medan större anläggningar måste följa striktare jordningskrav.

I en större arbetsmiljö kommer skapandet av ett ESD-skyddat område (EPA=ESD protected area) att krävas där alla ytor, föremål, personer och ESD-enheter är på samma elektriska potential. Detta uppnås genom:

• Jordning av alla ledare (inklusive personer).
• Att alla isolatorer tas bort, antingen direkt eller genom att de ersätts av ett ESD-alternativ.
• Användning av en joniserare för att neutralisera viktiga isolatorer.

• 

• 

• 

Vem skyddar du?

Jordning är ett grundläggande sorts skydd då det säkerställer säker användning av utrustning och skyddar användare från ESD-urladdningar. Alla komponenter i ett arbetsområde bör jordas, inklusive arbetsytor, personal och utrustning. Typen av jordningssystem som används avgörs av arbetarna som behöver det. Till exempel bör de som arbetar sittande använda en handledsrem medan de som arbetar stående eller gående använder ett fotjordningssystem. I vissa fall kan en kombination av de två vara mest lämplig.Det bästa ESD-sklyddet för en person i en produktionsmiljö kommer dessutom att variera från det som behövs för fjärrarbetare. Ingenjörer som arbetar i fält kommer till exempel att behöva portabel utrustning som ger ett omfattande skydd för att kompensera för avsaknaden av ett EPA.  

3. Beräkna erforderliga ESD-skyddsspecifikationer.

När det har avgjorts vad som kräver skydd är det nödvändigt att säkerställa att ESD-utrustningen man väljer har lämpliga specifikationer. Några faktorer att beakta:

Kapacitans

Kapacitans är en komponents eller en krets förmåga att samla på sig och lagra energi i form av en elektrisk laddning. I och med att signalfrekvensen ökar förändras kapacitansen. En felaktig matchning mellan kapacitansen hos en dämpare och signalhastigheten i en krets kan resultera i degradering av signalen. Helst bör diodens maximala kapacitans utan att störa gränssnittssignalen avgöras. 

För bättre kapacitans bör ledare placeras närmare tillsammans och större plattor med större ytarea kan användas. Kapacitatorer kan dessutom läggas till som ESD-skydd för att avleda eller lagra laddning.

ESD-klämspänning

Avgör vilken nivå av säkerhet som en skyddsdiod kan garantera. Att minska den spänning som en integrerad krets kan utsättas för vid en ESD-urladdning är avgörande för skyddet av känsligare komponenter på den integrerade kretsen. Enheter med en låg klämspänning har därför en tendens att vara effektivare.

Läckström

Läckströmmen är den mängd ström som passerar genom ESD-dämparen under normal drift hos kretsen. Att ta hänsyn till den är extra viktigt när det kommer till batteridrivna tillämpningar. Där vill man helst använda dämpare som tillåter så lite läckage som möjligt så att batteriets dräneringstid inte ökar.

Systemets driftspänning

Dämpare har olika specifikationer för systemets driftspänning i enlighet med hur de är konstruerade. Dessa specifikationer avgör hur lämplig en del är inom vissa givna kretsparametrar och används för att säkerställa att lämpliga delar används. Till exempel kanske inte en 5 VDC-klassad del är lämplig för användning i en 9 VDC-buss då för hög spänning kan orsaka förfall hos produkten.

Placering av ESD-dämpare

De effektivaste dämparna är de som är placerade nära ESD-källan och så nära den ledning de skyddar som möjligt. Ju större avstånd mellan dem desto större påverkan kommer övergångsspänningen att ha på den integrerade kretsen.

ESD-skydd är viktigt inom högteknologiska branscher för produkternas pålitlighet och för att minska kostnaderna där skador annars skulle kunna uppstå, samt agera förebyggande och skydda användare. I och med de teknologiska framstegen ökar chanserna för att en ESD uppstår. Det innebär ett ökat behov av ESD-skydd. Integrerade kretsar är som hjärnan i elektroniska produkter och att skydda dessa är därför nödvändigt. I och med att tekniken inom området utvecklas allt snabbare ökar behovet av ESD-skydd och med det kommer bättre och mer avancerade typer av ESD-skydd.

Rekommenderade PPE-produkter