RIFERIMENTI NORMATIVI

EN 100015/I
:Protezione dei componenti sensibili a scariche elettrostatiche






 INTRODUZIONE ALLA PROTEZIONE ANTISTATICA  


 Il presente articolo si propone di fornire alcune indicazioni di massima relative
all’applicazione dei requisiti per la protezione di apparati e componenti elettronici
da campi scariche elettrostatiche. L’obiettivo è quello di ottenere una maggiore
affidabilità dei prodotti forniti ed una sensibile riduzione dei “costi della non qualità” attraverso una sistematica applicazione di alcune precauzioni che ben si prestano ad essere integrate nella gestione di un sistema qualità aziendale.

2. DEFINIZIONI

-ESD Scarica Elettrostatica (Electro Static Discharge)
-ESDS Dispositivo sensibile alle -ESD (Electro- Static Discharge Sensitive Device) ;
-EPA Area protetta dal rischio di ESD (ESD Protected Area)
-Ohm/sq. Unità di misura della resistività superficiale.
-Materiali isolanti: Materiali la cui resistenza superficiale è maggiore di 10 12 ohm/sq. 
              Non garantiscono la dissipazione delle cariche elettrostatiche;
-Materiali dissipativi: Materiali la cui resistenza superficiale è compresa fra 10 5
              ÷ 10 12 ohm/sq, hanno una discreta capacità di dissipare le cariche elettrostatiche;
-Materiali conduttivi: Materiali la cui resistenza superficiale è compresa fra 10 3
             ÷10 6 ohm/sq, hanno una veloce dissipazione delle cariche elettrostatiche verso         terra;

3. LA NATURA DELL' ELETTRICITÀ  STATICA:

L'elettricità statica è una carica elettrica localizzata in un punto che viene generata dallo sfregamento e/o dalla separazione di due materiali precedentemente a contatto fra loro. Al momento della separazione infatti avviene un trasferimento di elettroni fra i due materiali che genera la carica elettrica. Viene chiamata “carica elettrostatica” perché tende a rimanere localizzata in un punto se non si interviene per neutralizzarla. L'accumulo di cariche produce differenze di potenziale per cui, tra corpi che vengono in contatto far loro o anche solo in prossimità, possono prodursi scariche elettriche non controllabili.

Se il materiale di contatto è conduttivo o dissipativo, la carica elettrica viene dispersa velocemente (con un collegamento a terra oppure attraverso la ricombinazione delle stesse), mentre nel caso di corpi isolanti rimane localizzata nel materiale per lungo tempo. E' ben chiaro dunque che i materiali isolanti sono le più pericolose fonti di carica elettrostatica e il loro uso deve essere il più possibile limitato all'interno delle aree dove vi sono componenti elettronici sensibili alle scariche elettrostatiche.

4. PERCHÉ PROTEGGERSI DALLE SCARICHE ELETTROSTATICHE

Le ESD hanno un andamento caratterizzato da un elevato picco di corrente per tempi brevissimi e, se si considera che alcuni componenti elettronici di largo uso quali: EPROM; MOS-FET; CMOS; VMOS; DIODI SCOTTKY, ecc., possono essere seriamente danneggiati da scariche elettriche di intensità pari a qualche centinaio di Volt, e che le usuali azioni quotidiane quali:
• strofinare un sacchetto di plastica;
• camminare su un pavimento;
• il movimento di un operatore che lavora al banco;
• lo sfregamento del corpo su indumenti sintetici.
Con una umidità relativa dell’ambiente attorno al 30 %, possono facilmente generare cariche superiori a 5.000 Volt, si comprende allora come la protezione dalla elettricità statica sia diventata fondamentale nell'industria elettronica e come, una corretta gestione di questo fenomeno, può ridurre notevolmente l’insorgere di problemi di affidabilità delle schede/apparati elettronici che montano componenti sensibili alle ESD.
Inoltre bisogna anche tenere conto del fatto che il danno causato da fenomeni di questo tipo non si esaurisce nel valore economico del componente, ma comprende soprattutto le perdite economiche e di immagine dovute a resi del Cliente e per malfunzionamenti che si manifestano “sul campo” in seguito al degrado del componente che ha subito la scarica elettrostatica. Il pericolo maggiore consiste proprio nella drastica riduzione della vita media dei componenti che hanno subito scariche elettrostatiche, i quali possono risultare idonei in una prima fase di collaudo funzionale, ma poi guastarsi dopo alcune ore di funzionamento.

  5. PROTEZIONE DURANTE LE FASI DI LAVORAZIONE E MOVIMENTAZIONE.

  Di seguito sono riportate le principali precauzioni da osservare al fine di ridurre i  rischi relativi alle scariche elettrostatiche generate durante le fasi di montaggio/movimentazione di schede e componenti elettronici.

Abbigliamento da lavoro:

Il personale addetto al montaggio/movimentazione di componenti e/o dispositivi elettronico, dovrebbe sempre indossare un bracciale di materiale antistatico opportunamente collegato a terra attraverso una resistenza di protezione (tipicamente del valore di 1 Mohm e ½ Watt per garantire la sicurezza dell’operatore) e verificarne periodicamente l’efficienza. Essendo l'abbigliamento una delle principali fonti di elettricità statica, specialmente se si indossano indumenti in fibra sintetica, è raccomandato l'utilizzo di un camice di cotone o di una fibra di materiale dissipativo. E' inoltre consigliato l'utilizzo da parte del personale di apposite calzature antistatiche o di copritacchi conduttivi, la cui efficienza deve essere verificata periodicamente come per il bracciale antistatico (utilizzando idonei strumenti di misura e registrandone l’esito).

Superfici ed attrezzature di lavoro:

Tutti i piani di lavoro, i carrelli e gli scaffali utilizzati per la movimentazione delle schede/componenti elettronici, devono essere ricoperti con un tappeto di materiale conduttivo/dissipativo, opportunamente collegato a terra attraverso una resistenza di protezione (tipicamente del valore di 1 Mohm; ½ Watt) e verificarne periodicamente l’efficienza. Tutti i saldatori manuali utilizzati per la saldatura di componenti sensibili, devono avere la punta collegata a terra (la resistenza tra l’estremità e la terra non deve essere comunque superiore a 5 M¼ñêô). Il rivestimento esterno delle sedie di lavoro dovrebbe essere di materiale statico/dissipativo per evitare l’accumulo di cariche sugli indumenti degli operatori.

Preparazione dei componenti:

L'operazione di preparazione componenti è l'operazione più critica in quanto il componente si trova maggiormente esposto al danneggiamento da ESD, pertanto tale operazione deve essere tassativamente effettuata in una area EPA, su un posto di lavoro attrezzato (vedi paragrafo precedente). Dopo la fase di preparazione, i componenti devono essere depositati e movimentati in contenitori antistatici. Movimentazione: Movimentazione: Movimentazione: Movimentazione: I prodotti contenenti materiale ESDS devono essere movimentati garantendo la protezione dai rischi di ESD, una buona norma è l’utilizzo di buste antistatiche o meglio ancora ad effetto schermante (schielding), portaschede e scatole in materiale antistatico (tipicamente in plastica o cartone opportunamente trattati).

  Imballaggio:

Gli imballi devono essere scelti inoltre in modo da garantire i prodotti sia da ESD che da danneggiamenti dovuti ad urti o agenti atmosferici (polvere, umidità) ed in funzione delle dimensioni e caratteristiche del materiale da trasportare. Per gli imballi primari (ovvero a contatto con i componenti sensibili) devono essere utilizzati dei materiali che garantiscano una adeguata protezione contro le ESD. Se si tratta di dispositivi alimentati (es. schede elettroniche batterizzate) dovranno essere utilizzati buste antistatiche, in tutti gli altri casi è preferibile utilizzare buste conduttive o buste metallizzate ad effetto schermante (buste schielding).
Per gli imballi secondari che devono garantire una certa resistenza meccanica, è ammesso l’utilizzo di materiali isolanti purché non vengano introdotti nelle aree protette

(EPA).

Aree di lavoro:

Occorre evitare che le schede e/o i singoli componenti vengano a contatto con materiali isolanti, quali carta, plastica, polistirolo, indumenti in fibra sintetica, che potrebbero causare pericolose scariche elettrostatiche. Un buon sistema di protezione attiva (anche se può risultare abbastanza oneroso in termini economici) è l’utilizzo di ionizzatori d’aria (portatili o fissi) per favorire la ricombinazione delle cariche elettrostatiche. Un fattore molto importante è il controllo del grado di umidità relativa dell’aria (dovrebbe essere mantenuto sempre al di sopra del 20%). Infatti è indubbio che con l’aumentare dell’umidità, essendo facilitata la ricombinazione delle cariche elettriche, si riduce notevolmente il rischio di danneggiamenti dovuti alle scariche elettrostatiche. Le pavimentazioni delle aree di lavoro EPA, utilizzate direttamente per la messa a terra del personale (quindi senza l’utilizzo di tappeti antistatici collegati a terra), dovrebbero avere una resistenza superficiale compresa fra 10 4 ÷ 10 9 ohm/sq per garantire un adeguato drenaggio delle cariche elettriche accumulate dagli operatori. Le superfici di lavoro e le pavimentazioni devono essere mantenute pulite e ordinate, utilizzando solo materiali di pulitura che non alterino le proprietà delle superfici statico - dissipative.

Marcatura ESDS degli imballi e segnalazione delle aree protette (EPA)

Tutti gli imballi che contengono ESDS (dispositivi sensibili) dovrebbero essere identificati con apposite etichette, allo stesso modo dovrebbero essere segnalate le aree di lavoro protette (EPA) ed i punti utilizzati per la messa a terra del personale e delle superfici conduttive/dissipative.

6. IL RUOLO DELL’ASSICURAZIONE QUALITÀ.

Gestire la protezione delle ESD è sicuramente un compito importante e oneroso, inserire tale attività fra le responsabilità dell’assicurazione qualità significa ottimizzare le risorse e darne la giusta rilevanza. Le principali attività da implementare per creare e mantenere un’efficace sistema di protezione si possono riassumere in:

1. Sensibilizzare il personale al riguardo delle problematiche relative alla protezione   contro le ESD (molto spesso risultano essere sconosciute o sottovalutate nella loro importanza);
2. Formare il personale in merito all’utilizzo efficace dei dispositivi di protezione e della loro manutenzione;
3. Scegliere i materiali di protezioni idonei alla propria realtà produttiva ed attivare tutte le protezioni necessarie (attraverso quanto precedentemente
esposto);

IEC/TR 61340-5-1 : Requisiti  protezione dispositivi sensibili alle  ESD
IEC/TS 61340-5-1 Guida per l'applicazione della specifica
IEC/TR 61340-5-1 EIA - 541 :Confezionamento prodotti sensibili ESD
EIA - 625 :Requisiti per la manipolazione di dispositivi ESD" USA
MIL 81705-D :Materiali flessibili, barriera, protettivi ESD, sigillanti" USA

 

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