Αντιστατικά Μέτρα σε Καθαρές Αίθουσες

1. Δημιουργία και Κίνδυνοι του Στατικού Ηλεκτρισμού

Ο στατικός ηλεκτρισμός είναι το αποτέλεσμα της κίνησης ηλεκτρονίων εντός ή μεταξύ υλικών (συμπεριλαμβανομένης της πόλωσης και της αγωγιμότητας). Όταν δύο διαφορετικά υλικά έρχονται σε επαφή ή βρίσκονται σε πολύ μικρή απόσταση (π.χ. 10–25 cm), τα ηλεκτρόνια διαπερνούν τη διεπαφή λόγω του φαινομένου της κβαντικής διάχυσης, με αποτέλεσμα την ανταλλαγή ηλεκτρονίων. Όταν επιτευχθεί ισορροπία, δημιουργείται μια διαφορά δυναμικού μεταξύ των υλικών, με αποτέλεσμα ίσες ποσότητες θετικών και αρνητικών φορτίων να υπάρχουν στις δύο πλευρές της διεπαφής. Εάν τα υλικά απομακρυνθούν μετά την επαφή, θα φέρουν ίσα αλλά αντίθετα φορτία. Αυτή είναι η βασική αρχή δημιουργίας του στατικού ηλεκτρισμού.

Ο στατικός ηλεκτρισμός δημιουργείται κυρίως με τρεις τρόπους:

• Τριβοηλεκτρική Φόρτιση : Όταν δύο διαφορετικά υλικά έρχονται σε επαφή ή τρίβονται μεταξύ τους, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το υλικό με ασθενέστερη δέσμευση ηλεκτρονίων σε εκείνο με ισχυρότερη δέσμευση, με αποτέλεσμα το ένα υλικό να αποκτήσει θετικό φορτίο και το άλλο αρνητικό φορτίο.

• Αγώγιμη φόρτιση : Στους αγωγούς, τα ηλεκτρόνια κινούνται ελεύθερα στην επιφάνεια. Όταν ένας αγωγός έρχεται σε επαφή με ένα φορτισμένο αντικείμενο, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία φορτίου, με αποτέλεσμα τη δημιουργία στατικός ηλεκτρισμός.

• Επαγωγική φόρτιση : Όταν ένας αγωγός τοποθετείται σε εξωτερικό ηλεκτροστατικό πεδίο, τα ηλεκτρόνια επανακατανέμονται λόγω της άπωσης μεταξύ ομοίων φορτίων και της έλξης μεταξύ αντίθετων φορτίων, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ανισορροπίας φορτίου και στατικό ηλεκτρισμό.

Από τις βασικές αρχές και μεθόδους δημιουργίας στατικού ηλεκτρισμού, είναι προφανές ότι πολλά στάδια στην παραγωγή και κατασκευή ηλεκτρονικών προϊόντων μπορούν να δημιουργήσουν στατικό ηλεκτρισμό. Κατά τη διάρκεια της ηλεκτρονικής κατασκευής, οι χειριστές, οι εργασιακές επιφάνειες, τα εργαλεία, τα εξαρτήματα και η συσκευασία μπορούν όλα να φορτιστούν. Οπουδήποτε υπάρχει στατικός ηλεκτρισμός, θα συμβεί ένας ESD (Ηλεκτροστατικής Εκκένωσης) συμβάν. Οι κύριοι κίνδυνοι περιλαμβάνουν το στιγμιαίο ρεύμα εκκένωσης που προκαλεί θόρυβο στα κυκλώματα και προκαλεί διακυμάνσεις στις δυναμικές του εδάφους (π.χ. εδαφική γείωση προϊόντος, σήματος), παρεμποδίζοντας την κανονική λειτουργία των κυκλωμάτων.

Οι κίνδυνοι από το στατικό ηλεκτρισμό έχουν μοναδικά χαρακτηριστικά σε σχέση με την κεραυνική εκκένωση ή την ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή:

• Κρυφή φύση : Τα συμβάντα ESD είναι συχνά αισθητά στους ανθρώπους, αλλά τα εξαρτήματα μπορούν να υποστούν ζημιές χωρίς να το γνωρίζουν.

• Καθυστέρηση και αθροιστικό αποτέλεσμα : Ορισμένα εξαρτήματα μπορεί να υποστούν μειωμένη απόδοση μετά από έκθεση σε ηλεκτροστατική εκκένωση (ESD) χωρίς άμεση αστοχία, αλλά μπορεί να αποτύχουν αργότερα κατά τη διάρκεια της χρήσης.

• Τυχαιότητα : Η ζημιά από ηλεκτροστατική εκκένωση μπορεί να συμβεί σε οποιοδήποτε στάδιο — κατά τη διάρκεια της παραγωγής, της κατασκευής ή της συντήρησης — καθώς και κατά την επαφή με οποιοδήποτε φορτισμένο αντικείμενο, γεγονός που την καθιστά εξαιρετικά μη προβλέψιμη.

• Πολυπλοκότητα : Οι ζημιές από ηλεκτροστατική εκκένωση συχνά παρερμηνεύονται ως άλλου τύπου βλάβες, με αποτέλεσμα λανθασμένες διαγνώσεις.

Για τη συναρμολόγηση ηλεκτρονικών προϊόντων, ο στατικός ηλεκτρισμός επηρεάζει σοβαρά την ποιότητα, την απόδοση και την αξιοπιστία του προϊόντος. Πρέπει να εφαρμοστούν συστηματικά μέτρα προστασίας από στατικό ηλεκτρισμό στις αίθουσες καθαρότητας, προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι κίνδυνοι ηλεκτροστατικής εκκένωσης κατά τη διάρκεια της παραγωγής.

2. Προστασία από Στατικό Ηλεκτρισμό

Η αποτελεσματική προστασία από στατικό ηλεκτρισμό ακολουθεί συνήθως τρεις βασικές αρχές:

1. Μείωση ή πρόληψη της συσσώρευσης ηλεκτροστατικών φορτίων.

2. Δημιουργία ασφαλών διαδρομών ηλεκτροστατικής εκκένωσης.

3. Εφαρμογή αναγκαίων και αποτελεσματικών συστημάτων παρακολούθησης ηλεκτροστατικών φορτίων.

2.1 Σύστημα Γείωσης

Ένα ανθεκτικό σύστημα γείωσης είναι απαραίτητο για την πρόληψη συσσώρευσης φορτίου και την παροχή ασφαλών διαδρομών εκκένωσης. Η ηλεκτροστατική γείωση περιλαμβάνει τη σύνδεση φορτισμένων αντικειμένων ή αντικειμένων που ενδέχεται να δημιουργήσουν στατικό ηλεκτρισμό (μη μονωτές) με τη γη μέσω αγωγών, διασφαλίζοντας ότι παραμένουν στο ίδιο δυναμικό με τη γη. Αυτό επιταχύνει την κίνηση και τη διαρροή φορτίου, αποτελεσματικά απελευθερώνοντας τα στατικά φορτία για να αποτραπεί η συσσώρευσή τους.

2.2 Έλεγχος Περιβάλλοντος

Η παραγωγή και το μέγεθος του στατικού ηλεκτρισμού σχετίζονται στενά με την υγρασία του περιβάλλοντος και τη συγκέντρωση ιόντων στον αέρα. Το ηλεκτροστατικό δυναμικό είναι αντιστρόφως ανάλογο της υγρασίας. Σε περιβάλλοντα εξαιρετικής καθαριότητας, όπως αίθουσες καθαρότητας, οι χαμηλές συγκεντρώσεις ιόντων καθιστούν τη δημιουργία στατικού ηλεκτρισμού πιο εύκολη.

Η ίδια δράση μπορεί να δημιουργήσει τάσεις ηλεκτροστατικού ρεύματος που διαφέρουν κατά μία τάξη μεγέθους υπό διαφορετικές συνθήκες υγρασίας. Ωστόσο, δεν συνιστάται η υπερβολικά υψηλή υγρασία, καθώς μπορεί να προκαλέσει συμπύκνωση στον εξοπλισμό. Η υγρασία θα πρέπει να διατηρείται σε λογικό εύρος, όπως 30%–75%.

3. Παρακολούθηση ηλεκτροστατικού ρεύματος

Η υψηλή υγρασία μπορεί να μειώσει τον στατικό ηλεκτρισμό σε επίπεδα αισθητά μόνο στους ανθρώπους, αλλά μπορεί παρόλα αυτά να προκαλέσει ζημιές σε ευαίσθητα εξαρτήματα. Η σωστή προσέγγιση είναι να αναγνωρίζεται ότι η υψηλή υγρασία εξουδετερώνει τη δημιουργία στατικού ηλεκτρισμού, ενώ η χαμηλή υγρασία την ενισχύει. Για προϊόντα που απαιτούν αυστηρό έλεγχο στατικού ηλεκτρισμού, πέρα από τα παραδοσιακά μέτρα προστασίας, είναι απαραίτητη η παρακολούθηση και η καταγραφή της δημιουργίας στατικού ηλεκτρισμού. Πρακτικές λύσεις περιλαμβάνουν συστήματα ελέγχου πρόσβασης αντιστατικής προστασίας και συστήματα παρακολούθησης ηλεκτροστατικού ρεύματος σε πραγματικό χρόνο.

3.1 Σύστημα ελέγχου πρόσβασης αντιστατικής προστασίας

Για τον έλεγχο της στατικής ηλεκτρικής εκφόρτισης στην πηγή της, εφαρμόζονται συστήματα ελέγχου πρόσβασης αντιστατικής προστασίας σε κρίσιμες περιοχές. Αυτά τα συστήματα επιβεβαιώνουν εάν το προσωπικό που εισέρχεται σε περιοχές ελέγχου στατικού ηλεκτρισμού διαθέτει τα κατάλληλα αντιστατικά μέτρα ή εξοπλισμό. Οι λειτουργικές μονάδες περιλαμβάνουν:

• Επιβεβαίωση ταυτότητας και δικαιωμάτων

• Δοκιμή αντιστατικών ρολοειδών και παπουτσιών

• Πίνακες ελέγχου στάθμης

Για την αύξηση της αποτελεσματικότητας, σε περιβάλλοντα που απαιτούν υψηλή καθαριότητα, το σύστημα ελέγχου πρόσβασης μπορεί να ενσωματωθεί με συστήματα αερόλουτρων. Ενσωματώνοντας τα σήματα πρόσβασης στο σύστημα ελέγχου της πόρτας του αερόλουτρου, εξασφαλίζεται η ισχύς του αντιστατικού εξοπλισμού από τη στιγμή που το προσωπικό εισέρχεται στην εργασιακή περιοχή.

3.2 Σύστημα Παρακολούθησης Στατικός Ηλεκτρισμός σε Πραγματικό Χρόνο

Στην κατασκευαστική ηλεκτρονικών γενικά, οι ελεγκτές στατικότητας χρησιμοποιούνται συχνά για να ελέγχουν τις αντιστατικές περικνημίδες των εργαζομένων. Για να καλυφθούν οι απαιτήσεις του ISO 9001, οι εγγραφές συχνά σημειώνονται χειροκίνητα σε φόρμες. Ωστόσο, εάν μια αντιστατική περικνημίδα αποτύχει κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, ή αν κάποιο τμήμα του συστήματος γείωσης αποσυνδεθεί, είναι δύσκολο να εντοπιστεί η βλάβη αμέσως.

Για να αντιμετωπιστεί αυτό, ορισμένα εργοστάσια ηλεκτρονικών ενσωματώνουν λειτουργίες παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο στα συστήματα γείωσης. Αξιοποιώντας την ακεραιότητα του κυκλώματος γείωσης, το σύστημα ενεργοποιεί σήμα έκτακτης ανάγκης με κόκκινο φως (και προαιρετικά έναν ηχητικό συναγερμό) εάν οποιοδήποτε τμήμα του κυκλώματος είναι ανοιχτό ή έχει υπερβολικά υψηλή αντίσταση (π.χ., >10 Ω). Αυτό το σύστημα επιτρέπει την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο, εξαλείφοντας την ανάγκη για κουραστικές και τυπικές εγγραφές σε χαρτί.