Zoals we in een bijbehorend artikel over dit onderwerp hebben besproken, is ESD het snelle vrijkomen van een statische elektriciteitslading van het ene object naar een ander object op weg naar de aarde. Deze ontlading van elektrische kracht kan aanzienlijke schade toebrengen aan elektronische componenten, wat hun prestaties kan beïnvloeden of tot volledige uitval van het apparaat kan leiden. De gevoeligheid van het ontvangende object en de hoeveelheid elektrische ontlading bepalen de omvang van de aangerichte schade. 

Er zijn strategieën en producten die zich richten op ESD-veilige verwerking van componenten in de hele toeleveringsketen, van productie, opslag, verzending, inbouw tot testen en reparatie. Elke bespreking van het vermijden van problemen die kunnen ontstaan wanneer een ESD-gebeurtenis zich voordoet bij elektronische componenten, moet het onderwerp benaderen op componentniveau, printplaatniveau en omgevingsniveau. In dit artikel bespreken we elk van deze, maar het is wijs om te onthouden dat ESD, als natuurkracht, wel beheerst kan worden, maar dat volledige eliminatie moeilijk is.

Een ESD-strategie opstellen

Ongeacht de omvang van uw activiteiten, van ontwerp op de werkbank tot uiteindelijke productie, moet ESD-preventie een terugkerend thema zijn. Dit begint met het begrijpen van uw behoefte aan bescherming via een risicobeoordeling, het opstellen van een plan om aan uw behoeften te voldoen, het kiezen van geschikte ESD-preventieapparaten of -systemen, het instellen van een ESD-vrije werkzone, en het plannen om van uw oplossing een doorlopend en verplicht protocol te maken.

Bij uw inspanningen om ESD-schade in uw werkomgeving, groot of klein, te beperken, kunt u ook houvast vinden door de norm ANSI/ESD S20.20-2021 te raadplegen, Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment, waarin mogelijke ESD-risico's en mitigatiestrategieën worden beschreven. 

Componentfactoren

Veel moderne elektronische componenten hebben een inherente tolerantie voor ESD of andere spanningspieken. Dit is een andere manier om te zeggen dat sommige componenten gevoeliger zijn dan andere. De materialen die worden gebruikt om een component te vervaardigen kunnen bescherming bieden, dus het kan een goed idee zijn om dit onderwerp vroeg in het proces met uw componentleverancier te bespreken. De engineeringprofessionals bij een geautoriseerde distributeur van componenten, zoals OnlineComponents.com, kunnen hierbij aanzienlijke hulp bieden.

In de ontwerpfase kan de eenvoudige keuze voor robuuste componenten met ESD-weerstand latere problemen voorkomen. Maar hoewel het elimineren of vervangen van apparaten die te gevoelig zijn eenvoudig lijkt, kan dit ook de totale systeemkosten of de uiteindelijke productprijs verhogen tot boven de acceptabele niveaus voor uw budget.

Printplaatfactoren

Zodra u de ESD-gevoelige componenten in uw ontwerp heeft geïdentificeerd en aangepakt, kan de volgende stap zijn om gelijktijdig een ingebouwd ESD-beveiligingscircuit in het systeem te ontwerpen ter beveiliging van de componenten die niet vervangen kunnen worden. Deze circuits gebruiken apparaten zoals diodes met reverse bias, varistoren, transiëntspanningsonderdrukkingsdiodes, of zekeringen om energie af te voeren naar een aardingsnetwerk, of om energie te absorberen via een herstelbaar of verbruikbaar apparaat voordat er schade optreedt.

Het is vermeldenswaard dat ESD-pulsen extreem snel zijn, met stijgtijden in het lage nanosecondebereik. Alle componenten die in een beveiligingscircuit worden gebruikt, moeten voldoende snelle reactietijden bieden om op deze ontladingen te reageren. ESD-onderdrukkingscomponenten, zoals meerlaagse varistoren en op polymeer gebaseerde onderdrukkers, kunnen ook helpen om ESD-spanningen tot acceptabele niveaus te verlagen.  

Hoewel een beveiligingscircuit op printplaatniveau nuttig kan zijn, is het belangrijk om te onthouden dat het alleen functioneert tijdens de werking van uw ontwerp na de productie, en dat het aanzienlijke productiekosten aan uw product kan toevoegen.  Daarnaast moet u nog steeds omgaan met de problemen die kunnen ontstaan tijdens productie, testen, verzending en reparatie/herbewerking van het product, of, zoals we het noemen, de omgevingsfactoren.

Omgevingsfactoren

Onder deze categorie vallen die invloeden buiten de componentkeuze en het circuitontwerp die van invloed kunnen zijn op ESD-problemen. Omgevingsfactoren omvatten de grootste invloeden op elektrostatische opbouw en ontlading. Mitigatie of preventie van deze invloeden kan variëren van eenvoudige tot complexe oplossingen, afhankelijk van uw behoefte.

Deze factoren omvatten lage luchtvochtigheidsniveaus in de productie- of gebruiksfaciliteit, het vermogen om met ongecontroleerde statische ladingen om te gaan voordat een ontlading mogelijk is, de snelheid van scheiding tussen objecten tijdens productie, door personeel veroorzaakte statische opbouw, afscherming van gevoelige componenten of printplaten tegen ESD tijdens transport, en de opbouw van statische lading op andere objecten dan componenten, waaronder mensen.  

De lijst met beschikbare producten, materialen, systemen en apparatuur die direct verband houden met ESD-preventie, van de werkbank tot de fabrieksvloer, is uitgebreid, en het kan een uitdaging zijn om te selecteren wat u nodig heeft. Hier is een korte lijst van enkele oplossingen die u kunt overwegen:

• Geleidend bubbelplastic, plastic zakken en containers voor transport, opslag en verzending
• Afgeschermde dozen, foambladen en tape (plus dispensers) voor verzending
• Aardingsmatten, polsbandjes en snoeren die statische lading naar de aarde afvoeren voor werkplekken
• Conforme bureaus en werkstations voor assemblagewerkzaamheden
• ESD-bestendige kleding, schoenen en handschoenen voor technici of veldpersoneel
• Ionisatoren voor ESD-beheersing op kamerformaat
• Ionisatie-luchtpistolen en blazers om statische ladingen van oppervlakken of componenten te verwijderen
• Statisch-resistente of geleidende vloertegels, tapijten en matten om statische opbouw in de werkruimte te weerstaan of te beheersen
• Chemicaliën en behandelingen voor oppervlaktereiniging om statische productie te verminderen 
• Geleidende verven en coatings om schadelijke statische opbouw te voorkomen
• Monitors en testapparaten om ESD-risico's te beoordelen

En de lijst gaat maar door. Het spreekt bijna voor zich dat als u een specifieke behoefte heeft om statische opbouw of ESD-gebeurtenissen te voorkomen, hoe groot of klein ook, er een oplossing bestaat. De meeste ESD-beheerinspanningen worden aangepast aan individuele behoeften, wat opnieuw een kans is om te profiteren van de productkennisbank bij uw geautoriseerde distributeur van componenten.

Onze vrienden bij CircuitBread, die zich richten op content om nieuwe en ervaren elektronica-engineers op te leiden en bij te scholen, behandelen op hun website ook enkele basisprincipes van aarding en circuitbeveiliging, die u hier kunt vinden: Hoe voorkom ik dat elektrostatische ontlading (ESD) mijn onderdelen vernietigt?

Een woord over ESD-protocollen

Elk systeem voor ESD-preventie of -mitigatie heeft slechts een beperkte beschermende waarde, tenzij alle afzonderlijke onderdelen ervan, van polsbandjes tot afschermingsproducten, continu worden gebruikt in ruimtes waar gevoelige componenten zich bevinden. Een polsbandje heeft geen zin als het niet is aangesloten op een aardingsnetwerk. Net als bij virusprotocollen op het gebied van volksgezondheid, kunnen ESD-inspanningen niet worden ingevoerd en vervolgens vergeten. Er is maar één vonk voor nodig.  

Samenvatting

Elektrostatische opbouw en de plotselinge ontlading ervan zijn geen nieuwe verschijnselen, maar het negatieve effect dat ze kunnen hebben op elektronische componenten en systemen blijft toenemen naarmate producten complexer en kleiner worden. Het begrijpen van de implicaties en effecten van ESD in de hele toeleveringsketen, en het voortdurend werken aan de implementatie van ESD-producten samen met productieprotocollen, kan schokkende resultaten tot een minimum beperken.