ESD Myyttejä

“Eristävää materiaalia ei saa tuoda staattisen sähkön purkaukselta suojatulle alueelle”

ESD hallintaohjelmaa suunniteltaessa on melko suuri riski keskittyä todellisen suojaustarpeen kannalta vähemmän tärkeisiin, joskus jopa epäoleellisiin seikkoihin. Standardien ANSI S20.20 (2007) ja IEC 61340-5-1 (2007) päivitys kohdistui juuri tähän epäkohtaan. Aikaisemmin vaatimukset olivat samat tuotteesta ja prosessista riippumatta. Nyt kun veräjät on avattu, niin siitä ei kuljeta, vaan vanhat virheet siirretään sellaisenaan näennäisesti standardien mukaan päivitettyyn hallintaohjelmaan. Eristävän materiaalin käyttöön liittyvät vaatimukset ovat melko usein esimerkkejä tällaisesta virheestä. Staattisen sähkön purkaukselta suojaaville tarvikkeille (ESD protective items) suunnitellut vaatimukset yhdistetään huomattavan usein kaikkiin suojatulla alueella käytettäviin tarvikkeisiin.

Olen vieraillut joissakin komponenttivalmistajien tuotantotiloissa ja FA laboratorioissa, joissa staattisen sähkön hallinta on ollut pääosin tehokasta. Näissä kohteissa toimistotyötä ei tehdä prosessin kriittisissä vaiheissa, siksipä konttoritarvikkeille ei ole myöskään asetettu erityisvaatimuksia.

Organisaatiossa on ehkä vuosikausia tehty töitä hallinnan edistämiseksi, mutta näyttävät suojaustoimenpiteet kääntyvät organisaatiota vastaan siinä vaiheessa, kun asiakkaan riveissä huomataan, että valmistusprosessin hallintaa ei ole huomioitu valmistettavan tuotteen näkökulmasta lainkaan. Tällaisessa tilanteessa varausta poistavaa nimikylttiä kantavan vierailijan saattaa olla vaikea uskoa, että tuotetta osataan edes valmistaa.

“ESD tarkoittaa staattista sähköä”

Ei tarkoita. ESD on pikemminkin seuraus staattisesta sähköstä.

Staattinen sähkö on nimensä mukaisesti sähkön lähes paikallaan pysyvä tila, jossa sähkövaraus ei merkittävästi liiku. Staattisen sähkön virtapiiriä voidaan luonnehtia avoimeksi, jossa virran voimakkuudet ovat erittäin pieniä ja sähköinen potentiaali saattaa olla hyvinkin suuri riippuen kappaleen kyvystä varautua tietyssä tilanteessa.

ESD (Electrostatic Discharge) tarkoittaa staattisen sähkön purkausta, jossa virranvoimakkuus ja -tiheys ovat hetkellisesti erittäin suuria ja tapahtumat ovat äärimmäisen nopeita, päinvastoin kuin staattisessa sähkössä.

Staattisen sähkön lainalaisuudet poikkeavat merkittävästi purkaustilanteesta, sekä teorian, että käytännön näkökulmasta. Komponenttien ESD suojaus perustuu nopean ilmiön torjumiseen, kun taas staattisen sähkön hallinta perustuu hitaiden staattisten tilanteiden ehkäisemiseen. Tästä johtunee myös se, että komponentti-insinöörit ymmärtävät ESD:n hyvinkin eri tavalla kuin tehtaan suojauksesta vastaavat, mutta komponentti-insinöörit eivät suinkaan ole vastuussa lyhenteen laajamittaisesta väärinkäytöstä.

ESD lyhenteen virheellinen käyttö on kaupallistunut. Suojaaville tarvikkeille annetaan usein myynnin edistämistä varten ESD etuliite, riippumatta siitä, minkälaisesta suojaavasta funktiosta on kyse. Tehtaalla on kuitenkin hyvä muistaa, että asiaa tuntevan asiakkaan tai vieraan korvassa etuliitteen käyttö väärässä tilanteessa viestittää negatiivista osaamisen tasoa. Joskus on hyvin vaikea ymmärtää miksi suojausfunktiota ei käytetä ESD lyhenteen sijaan tarkentamaan mistä on kyse.

“ESD jalkineen käyttö estää staattisen sähkön iskut”

Staattisen sähkön purkausjalkine on merkillinen tuote, ainakin nimensä perusteella. Ensi kertaa kuullessaan voisi olettaa jotain eriskummallista tapahtuvan, jos purkausjalkineita käyttää. ESD jalkineet eivät nimestään huolimatta aiheuta staattisen sähkön purkauksia ympäristöön, eivätkä ne myöskään kerää purkauksia ympäriltään.

Harhaanjohtavasta nimestä huolimatta ESD jalkineella on staattisen sähkön hallintaan soveltuva funktio. Jalkineet johtavat sähköä riittävän hyvin johtaakseen staattiset varaukset pois ihmisen kehosta.

ESD jalkineisiin liittyy myytti, jonka mukaan ESD jalkineita käyttävät eivät saa staattisen sähkön iskuja. Jalkineen toimivuus edellyttää myös lattialta vastaavia sähköä johtavia ominaisuuksia. Pääsääntöisesti kumi-, muovi- ja keinokuitulattioilla tällaista ominaisuutta ei ole, mikäli lattiaa ei ole erikseen sähköä johtavaan tarkoitukseen valmistettu. Eristävällä pinnalla ESD jalkine saattaa aiheuttaa jopa voimakkaamman kehon varautumisen kuin jokin aivan tavallinen jalkine. Varautuminen riippuu staattisesta sähköistymisestä (triboelectrification). Ilmiö tunnetaan antiikin Kreikan ajoilta, mutta siinä riittänee oppimista tulevillekin sukupolville. Henkilön sähköistyminen alkaa jalkineen lähestyessä lattiapintaa ja sen tehokkuus riippuu energiatilojen tiheydestä (density of surface states), pinta-alasta, ja työfunktioista. Käytännössä varautumiseen vaikuttaa myös kosteus ja monet sähkökemialliset ilmiöt.

Myytistä huolimatta ”ESD jalkineet” johtavat kehon varauksia usein ennalta suunnittelemattomissakin tilanteissa tavanomaisia jalkineita paremmin ja siten varausta poistavat jalkineet vähentävät merkittävästi staattisen sähkön purkauksia ja niistä aiheutuvia epämiellyttäviä tuntemuksia.