このテーマに関する関連記事でも述べたとおり、ESDとは、静電気の電荷がある物体から接地までの経路上で別の物体へと急速に放出される現象です。この電気的な力の放電は電子部品に重大な損傷を与える可能性があり、性能への影響や機器の完全な故障につながることもあります。受け手となる物体の感度と放電量の大きさによって、損傷の程度が決まります。 

生産、保管、出荷、実装から試験、修理に至るまで、サプライチェーン全体を通じて部品をESDから安全に取り扱うための戦略や製品が存在します。電子部品にESD事象が発生した際に生じ得る問題を回避するための議論は、部品レベル、基板レベル、環境レベルという観点から取り組むべきです。本記事ではそれぞれについて説明しますが、ESDは自然の力である以上、管理することはできても完全に排除することは難しいという点を念頭に置くことが賢明です。

ESD対策の確立

作業台での回路設計から最終製造に至るまで、事業の規模を問わず、ESD防止は共通のテーマであるべきです。これは、リスクアセスメントを通じて必要な保護レベルを把握し、そのニーズを満たす計画を策定し、適切なESD防止デバイスやシステムを選定し、ESDフリーの作業エリアを確立し、その対策を継続的かつ必須のプロトコルとして定着させる計画を立てることから始まります。

作業環境におけるESD被害を抑制する取り組みにおいて、規模の大小を問わず、ANSI/ESD S20.20-2021規格を参照することでも指針を得られる場合があります。この規格は 「電気・電子部品、組立品及び機器の保護」であり、潜在的なESDリスクと緩和策の概要を示しています。 

部品要因

多くの現代の電子部品は、ESDやその他のサージ事象に対して本質的な耐性レベルを備えています。これは、部品によって影響の受けやすさが異なることを意味します。部品の製造に使用される材料が保護の役割を果たすこともあるため、早い段階で部品サプライヤーとこの問題について話し合うことが良い方法かもしれません。OnlineComponents.comのような正規部品ディストリビューターのエンジニアリング専門家は、大きな助けとなります。

設計段階では、ESD耐性を備えた堅牢な部品を単純に選定するだけで、後の問題を防ぐことができます。しかし、過度に敏感なデバイスを排除または交換することは、一見単純な解決策のように思えても、システム全体のコストや最終的な製品価格が予算の許容範囲を超えて上昇する要因にもなり得ます。

基板要因

設計上のESD脆弱性を持つ部品を特定し対処した後、次のステップとして、交換できない部品の安全を確保するために、システムに内蔵されたESD保護回路を並行して設計することが考えられます。こうした回路には、逆バイアスダイオード、バリスタ、過渡電圧抑制ダイオード、ヒューズなどのデバイスが使用され、エネルギーを接地ネットワークに逃がすか、リセット可能または消耗型のデバイスを通じてエネルギーを吸収することで、損傷が発生する前に対処します。

ESDパルスは非常に高速であり、立ち上がり時間は低ナノ秒の範囲にあることに留意する必要があります。保護回路で使用される部品は、こうした放電に対応できる十分に速い応答時間を備えている必要があります。多層バリスタやポリマー系サプレッサーなどのESD抑制部品も、ESD電圧を許容範囲内に低減する役割を果たします。  

基板レベルの保護回路は有用ですが、それが機能するのは製造後の設計動作時のみであり、製品に大きな製造コストを追加する可能性がある点に留意する必要があります。さらに、生産、試験、出荷、修理・手直しの過程で発生し得る問題、つまり私たちが環境要因と呼ぶものにも対応する必要があります。

環境要因

このカテゴリーには、部品選定や回路設計以外でESDの問題に影響を与え得る要因が含まれます。環境要因は、静電気の蓄積と放電に対する最大の影響要因です。これらの影響を緩和または防止する方法は、ニーズに応じて単純なものから複雑なものまでさまざまです。

これらの要因には、生産・使用施設内の低湿度レベル、放電が発生する前の不安定な静電気への対処能力、製造中の物体間の分離速度、スタッフによって生じる静電気の蓄積、輸送中の敏感な部品や基板のESDからの遮蔽、部品以外の物体（人を含む）における静電気の蓄積などが含まれます。  

作業台から工場フロアに至るまで、ESD防止に直接関連する製品、材料、システム、機器の種類は非常に多岐にわたり、必要なものを選定するのは容易ではない場合があります。以下は、検討する価値のある解決策の簡単なリストです。

• 輸送、保管、出荷用の導電性気泡緩衝材、プラスチック袋、コンテナ
• 出荷用のシールドボックス、発泡シート、テープ（およびディスペンサー）
• 作業スペース向けに静電気を接地へ逃がす接地マット、リストストラップ、コード
• 組立作業に適合したデスクおよびワークステーション
• 技術者や現場担当者向けのESD耐性のある衣服、靴、手袋
• 室内規模のESD管理用イオナイザー
• 表面や部品から静電気を除去するイオン化エアガンおよびブロワー
• 作業エリア全体の静電気の蓄積に抵抗または管理するための静電気抵抗性または導電性の床タイル、カーペット、マット
• 静電気の発生を抑えるための表面洗浄用の薬品および処理剤 
• 有害な静電気の蓄積を防ぐための導電性塗料およびコーティング
• ESDの脅威を評価するモニターおよびテスター

このほかにも多くの製品があります。静電気の蓄積やESD事象を防止する具体的なニーズがある限り、その規模の大小にかかわらず、解決策が存在すると言っても過言ではないでしょう。ほとんどのESD管理対策は個々のニーズに合わせてカスタマイズされており、これは正規部品ディストリビューターの製品知識ベースを活用するもう一つの機会でもあります。

私たちの仲間である CircuitBreadは、新人からベテランまでの電子技術者を教育・支援するコンテンツに注力しており、接地や回路保護の基礎についても同社のウェブサイトで取り上げています。以下からご覧いただけます。 How Do I Prevent Electrostatic Discharge (ESD) From Ruining my Parts?

ESDプロトコルについての一言

ESDの防止または緩和システムは、リストストラップから遮蔽製品に至るまで、そのすべての個々の構成要素が、敏感な部品が存在するエリアで継続的に使用されない限り、防護価値は限定的なものにとどまります。リストストラップは接地ネットワークに接続されていなければ意味がありません。公衆衛生分野におけるウイルス対策プロトコルと同様に、ESD対策も一度実施して終わりにすることはできません。必要なのはたった一つの火花だけです。  

まとめ

静電気の蓄積とその突発的な放電は新しい現象ではありませんが、製品がより複雑化・小型化するにつれ、電子部品やシステムに与える悪影響は拡大し続けています。サプライチェーン全体を通じてESDの影響や作用を理解し、生産プロトコルとともにESD製品の使用を継続的に実施することで、衝撃的な結果を最小限に抑えることができます。