Как мы уже обсуждали в сопутствующей статье на эту тему, ЭСР — это быстрое высвобождение заряда статического электричества с одного объекта на другой на его пути к земле. Такой разряд электрической силы может нанести значительный ущерб электронным компонентам, что способно повлиять на их работу или привести к полному выходу устройства из строя. Степень чувствительности принимающего объекта и величина электрического разряда определяют масштаб причинённого повреждения. 

Существуют стратегии и продукты, обеспечивающие безопасное с точки зрения ЭСР обращение с компонентами на протяжении всей цепочки поставок — от производства, хранения и транспортировки до монтажа, тестирования и ремонта. Любое обсуждение способов предотвращения проблем, возникающих при воздействии ЭСР на электронные компоненты, следует рассматривать на уровне компонента, уровне платы и уровне окружающей среды. В этой статье мы рассмотрим каждый из этих уровней, однако стоит помнить, что, будучи природным явлением, ЭСР можно контролировать, но полностью устранить его крайне сложно.

Разработка стратегии защиты от ЭСР

Независимо от масштаба вашего производства — от разработки схем на макетной плате до финального изготовления — защита от ЭСР должна быть постоянным приоритетом. Это начинается с понимания ваших потребностей в защите посредством оценки рисков, разработки плана для удовлетворения этих потребностей, выбора подходящих устройств или систем защиты от ЭСР, создания зоны, свободной от ЭСР, и планирования внедрения вашего решения в качестве постоянного и обязательного протокола.

В своих усилиях по сдерживанию ущерба от ЭСР в вашей рабочей среде, будь то крупное или небольшое производство, вы также можете найти рекомендации, обратившись к стандарту ANSI/ESD S20.20-2021, Защита электрических и электронных деталей, узлов и оборудования, в котором описаны потенциальные риски ЭСР и стратегии их снижения. 

Факторы, связанные с компонентами

Многие современные электронные компоненты обладают собственным уровнем устойчивости к ЭСР или другим импульсным перенапряжениям. Иными словами, одни компоненты более уязвимы, чем другие. Материалы, используемые при изготовлении компонента, могут обеспечивать защиту, поэтому имеет смысл обсудить этот вопрос с вашим поставщиком компонентов на раннем этапе. Инженеры авторизованного дистрибьютора компонентов, такого как OnlineComponents.com, могут оказать существенную помощь.

На этапе проектирования простой выбор усиленных компонентов с устойчивостью к ЭСР может предотвратить проблемы в дальнейшем. Однако, хотя устранение или замена чрезмерно чувствительных устройств может показаться простым решением, это также может привести к увеличению общей стоимости системы или конечной цены продукта сверх приемлемого для вашего бюджета уровня.

Факторы, связанные с платой

После того как вы выявили и устранили уязвимые к ЭСР компоненты в вашей конструкции, следующим шагом может стать параллельная разработка встроенной схемы защиты от ЭСР в системе для обеспечения безопасности компонентов, которые невозможно заменить. В таких схемах используются устройства, такие как диоды с обратным смещением, варисторы, диоды подавления переходных напряжений или предохранители, которые отводят энергию в сеть заземления или поглощают её с помощью сбрасываемого или расходуемого устройства до возникновения повреждения.

Стоит отметить, что импульсы ЭСР чрезвычайно быстры, с временем нарастания в диапазоне низких наносекунд. Любые компоненты, используемые в схеме защиты, должны обладать достаточно быстрым временем отклика, чтобы реагировать на такие разряды. Компоненты подавления ЭСР, такие как многослойные варисторы и супрессоры на основе полимеров, также способны снижать напряжения ЭСР до приемлемых пределов.  

Хотя защитная схема на уровне платы может быть полезна, важно помнить, что она будет работать только во время эксплуатации вашего изделия после производства и может значительно увеличить производственные затраты на ваш продукт. Кроме того, вам всё равно придётся решать проблемы, которые могут возникнуть в процессе производства, тестирования, транспортировки и ремонта/доработки продукта, то есть то, что мы называем факторами окружающей среды.

Факторы окружающей среды

К этой категории мы относим факторы, не связанные с выбором компонентов и проектированием схем, которые могут влиять на проблемы ЭСР. Факторы окружающей среды оказывают наибольшее влияние на накопление и разряд статического электричества. Смягчение или предотвращение этих влияний может варьироваться от простых до сложных решений в зависимости от ваших потребностей.

К этим факторам относятся низкий уровень влажности на производственном или эксплуатационном объекте, способность справляться с блуждающими статическими зарядами до возможного разряда, скорость разделения объектов в процессе производства, накопление статического электричества, вызванное действиями персонала, экранирование чувствительных компонентов или плат от ЭСР во время транспортировки, а также накопление статического заряда на объектах, отличных от компонентов, включая людей.  

Перечень доступных продуктов, материалов, систем и оборудования, непосредственно связанных с предотвращением ЭСР — от рабочего стола до производственного цеха, — весьма обширен, и выбор необходимого может оказаться непростой задачей. Ниже приведён краткий перечень некоторых решений, которые вы можете рассмотреть:

• Токопроводящая воздушно-пузырчатая плёнка, пластиковые пакеты и контейнеры для транспортировки, хранения и доставки
• Экранированные коробки, листы пенопласта и лента (а также диспенсеры) для доставки
• Заземляющие коврики, браслеты и шнуры, отводящие статическое электричество на землю, для рабочих зон
• Соответствующие требованиям столы и рабочие места для сборочных операций
• Устойчивая к ЭСР одежда, обувь и перчатки для техников или полевого персонала
• Ионизаторы для контроля ЭСР в масштабах помещения
• Ионизирующие воздушные пистолеты и вентиляторы для удаления статических зарядов с поверхностей или компонентов
• Антистатическая или токопроводящая напольная плитка, ковры и коврики для сопротивления или контроля накопления статического электричества по всей рабочей зоне
• Химические вещества и обработки для очистки поверхностей с целью снижения образования статического электричества 
• Токопроводящие краски и покрытия для предотвращения вредного накопления статического электричества
• Мониторы и тестеры для оценки угроз ЭСР

И этот список можно продолжать. Пожалуй, само собой разумеется, что если у вас есть конкретная потребность в предотвращении накопления статического электричества или событий ЭСР, независимо от их масштаба, решение найдётся. Большинство мероприятий по управлению ЭСР адаптируются под индивидуальные потребности, что даёт вам ещё одну возможность воспользоваться базой знаний о продуктах вашего авторизованного дистрибьютора компонентов.

Наши друзья из CircuitBread, которые специализируются на создании контента для обучения и повышения квалификации новых и опытных инженеров-электронщиков, также рассматривают некоторые основы заземления и защиты схем на своём веб-сайте, который можно найти здесь: Как предотвратить повреждение деталей электростатическим разрядом (ESD)?

Несколько слов о протоколах ЭСР

Любая система предотвращения или снижения ЭСР будет иметь ограниченную защитную ценность, если все её отдельные компоненты — от браслетов до экранирующих изделий — не используются постоянно в зонах, где находятся чувствительные компоненты. Браслет бесполезен, если он не подключён к сети заземления. Как и в случае с протоколами защиты от вирусов в сфере общественного здравоохранения, меры по борьбе с ЭСР нельзя внедрить и забыть. Достаточно всего одной искры.  

Резюме

Накопление статического электричества и его внезапный разряд — не новое явление, однако негативное воздействие, которое они могут оказывать на электронные компоненты и системы, продолжает усиливаться по мере того, как продукты становятся более сложными и миниатюрными. Понимание последствий и влияния ЭСР на всех этапах цепочки поставок, а также постоянная работа по внедрению использования продуктов защиты от ЭСР наряду с производственными протоколами позволяют свести к минимуму любые шокирующие последствия.