Come abbiamo discusso in un articolo correlato su questo argomento, l'ESD è il rapido rilascio di una carica di elettricità statica da un oggetto a un altro lungo il suo percorso verso terra. Questa scarica di forza elettrica può causare danni significativi ai componenti elettronici, compromettendone le prestazioni o provocando il guasto completo del dispositivo. La sensibilità dell'oggetto ricevente e l'entità della scarica elettrica determineranno l'estensione del danno. 

Esistono strategie e prodotti che affrontano la gestione sicura dei componenti in termini di ESD lungo tutta la catena di fornitura, dalla produzione, allo stoccaggio, alla spedizione, all'inserimento, fino ai test e alla riparazione. Qualsiasi discussione volta a evitare i problemi che possono sorgere quando un evento ESD colpisce i componenti elettronici dovrebbe affrontare l'argomento a livello di componente, a livello di scheda e a livello ambientale. In questo articolo tratteremo ciascuno di questi aspetti, ma è bene ricordare che, essendo una forza della natura, l'ESD può essere gestita ma la sua totale eliminazione è difficile.

Definire una strategia ESD

Indipendentemente dalle dimensioni della vostra attività, dalla progettazione di circuiti su banco fino alla produzione finale, la prevenzione dell'ESD dovrebbe essere un tema costante. Questo inizia con la comprensione delle proprie esigenze di protezione tramite una valutazione dei rischi, la creazione di un piano che soddisfi tali esigenze, la scelta di dispositivi o sistemi di prevenzione ESD appropriati, la creazione di una zona di lavoro priva di ESD e la pianificazione affinché la soluzione diventi un protocollo continuo e obbligatorio.

Nel vostro impegno per contenere i danni da ESD nel vostro ambiente di lavoro, grande o piccolo che sia, potreste anche trovare indicazioni utili facendo riferimento allo standard ANSI/ESD S20.20-2021, Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment, che delinea i potenziali rischi ESD e le strategie di mitigazione. 

Fattori legati ai componenti

Molti componenti elettronici moderni possiedono un livello intrinseco di tolleranza all'ESD o ad altri eventi di sovratensione. In altre parole, alcuni componenti sono più sensibili di altri. I materiali utilizzati per fabbricare un componente possono fornire protezione, quindi potrebbe essere una buona idea affrontare l'argomento con il proprio fornitore di componenti fin dalle prime fasi. I professionisti dell'ingegneria di un distributore di componenti autorizzato, come OnlineComponents.com, possono fornire un aiuto significativo.

Nella fase di progettazione, la semplice selezione di componenti irrobustiti e resistenti all'ESD può prevenire problemi futuri. Tuttavia, sebbene l'eliminazione o la sostituzione di dispositivi eccessivamente sensibili possa sembrare una soluzione semplice, può anche far aumentare il costo complessivo del sistema o il prezzo finale del prodotto oltre i livelli accettabili per il vostro budget.

Fattori legati alla scheda

Una volta identificati e affrontati i componenti vulnerabili all'ESD nel vostro progetto, il passo successivo potrebbe essere la progettazione concorrente di un circuito di protezione ESD integrato nel sistema, per la sicurezza dei componenti che non possono essere sostituiti. Questi circuiti utilizzano dispositivi come diodi a polarizzazione inversa, varistori, diodi di soppressione delle sovratensioni transitorie o fusibili per deviare l'energia verso una rete di terra, oppure assorbono l'energia tramite un dispositivo ripristinabile o consumabile prima che si verifichi il danno.

Vale la pena notare che gli impulsi ESD sono estremamente rapidi, con tempi di salita nell'ordine dei bassi nanosecondi. Qualsiasi componente impiegato in un circuito di protezione deve offrire tempi di risposta sufficientemente rapidi per reagire a queste scariche. Anche i componenti di soppressione ESD, come i varistori multistrato e i soppressori a base polimerica, possono contribuire a ridurre le tensioni ESD entro limiti accettabili.  

Sebbene un circuito di protezione a livello di scheda possa essere utile, è importante ricordare che funzionerà solo durante il funzionamento del vostro progetto dopo la produzione, e potrà aggiungere costi di produzione significativi al vostro prodotto. Inoltre, dovrete comunque affrontare i problemi che possono sorgere durante la produzione, i test, la spedizione e la riparazione/rilavorazione del prodotto, ossia quelli che definiamo fattori ambientali.

Fattori ambientali

In questa categoria includiamo le influenze esterne alla selezione dei componenti e alla progettazione dei circuiti che possono avere un impatto sui problemi di ESD. I fattori ambientali rappresentano le influenze più rilevanti sull'accumulo e sulla scarica elettrostatica. La mitigazione o la prevenzione di queste influenze può variare da soluzioni semplici a soluzioni complesse, a seconda delle vostre esigenze.

Questi fattori includono bassi livelli di umidità nella struttura di produzione o utilizzo, la capacità di gestire cariche statiche vaganti prima di una possibile scarica, la velocità di separazione tra gli oggetti durante la produzione, l'accumulo di elettricità statica indotto dal personale, la schermatura dei componenti o delle schede sensibili dall'ESD durante il trasporto e l'accumulo di carica statica su oggetti diversi dai componenti, incluse le persone.  

L'elenco dei prodotti, materiali, sistemi e attrezzature disponibili direttamente legati alla prevenzione dell'ESD, dal banco di lavoro al reparto produttivo, è molto ampio, e selezionare ciò di cui avete bisogno può risultare complicato. Ecco un rapido elenco di alcune delle soluzioni che potreste voler considerare:

• Pluriball conduttivo, sacchetti di plastica e contenitori per il trasporto, lo stoccaggio e la spedizione
• Scatole schermate, fogli di schiuma e nastro adesivo (oltre ai relativi dispenser) per la spedizione
• Tappetini di messa a terra, cinghie da polso e cavi che deviano l'elettricità statica verso terra per gli spazi di lavoro
• Scrivanie e postazioni di lavoro conformi per le operazioni di assemblaggio
• Abbigliamento, calzature e guanti resistenti all'ESD per tecnici o personale sul campo
• Ionizzatori per il controllo dell'ESD a livello di ambiente
• Pistole ad aria ionizzante e soffiatori per rimuovere le cariche statiche da superfici o componenti
• Piastrelle, tappeti e tappetini per pavimenti antistatici o conduttivi per resistere o gestire l'accumulo di elettricità statica in tutta l'area di lavoro
• Prodotti chimici e trattamenti per la pulizia delle superfici volti a ridurre la produzione di elettricità statica 
• Vernici e rivestimenti conduttivi per prevenire un dannoso accumulo di elettricità statica
• Monitor e tester per valutare le minacce ESD

E l'elenco continua. È quasi superfluo dire che se avete un'esigenza specifica di prevenire l'accumulo di elettricità statica o gli eventi ESD, non importa quanto grande o piccola, esiste una soluzione. La maggior parte degli interventi di gestione ESD sono personalizzati in base alle esigenze individuali, il che rappresenta un'altra opportunità per sfruttare la base di conoscenze sui prodotti disponibile presso il vostro distributore di componenti autorizzato.

I nostri amici di CircuitBread, che si concentrano sulla creazione di contenuti per formare e aggiornare ingegneri elettronici sia alle prime armi che esperti, trattano anche alcuni concetti di base sulla messa a terra e sulla protezione dei circuiti sul loro sito web, consultabile qui: How Do I Prevent Electrostatic Discharge (ESD) From Ruining my Parts?

Una parola sui protocolli ESD

Qualsiasi sistema di prevenzione o mitigazione dell'ESD avrà un valore protettivo limitato a meno che tutti i suoi singoli componenti, dalle cinghie da polso ai prodotti schermanti, non vengano utilizzati continuamente nelle aree in cui risiedono componenti sensibili. Una cinghia da polso non serve a nulla se non è collegata a una rete di messa a terra. Come per i protocolli antivirali in ambito di sanità pubblica, gli interventi contro l'ESD non possono essere attuati e poi dimenticati. Basta una sola scintilla.  

Riepilogo

L'accumulo di elettricità statica e la sua scarica improvvisa non sono fenomeni nuovi, ma l'effetto negativo che possono avere sui componenti e sui sistemi elettronici continua a crescere man mano che i prodotti diventano più complessi e miniaturizzati. Comprendere le implicazioni e gli effetti dell'ESD lungo l'intera catena di fornitura, e lavorare costantemente per implementare l'uso di prodotti ESD insieme a protocolli di produzione, può ridurre al minimo qualsiasi risultato scioccante.