Mittausolosuhteet

ESD hallintatarvikkeille suoritetut mittaukset täyttävät vain harvoin niille asetetut olosuhdevaatimukset. Kansainvälisissä standardeissa ESD hallintatarvikkeiden vaatimukset esitetään kahdessa sarakkeessa: ”product qualification” ja ”compliance verification”[1, 2]. Valvontamittaukset tehdään vallitsevissa olosuhteissa ja kvalifiointi suoritetaan hallituissa olosuhteissa: ”for product qualification, the environmental conditions for testing should be 12 % RH and 23 °C” [1]. Yleisvaatimusten lisäksi mittausohjeissa on usein tarkennuksia olosuhdevaatimuksiin, esimerkiksi 23 °C ± 2 °C ja 12 % ± 3 % RH [3].

Standardin mukaisille olosuhteille on useita perusteluja. Pitkäkestoiset kuivat jaksot ovat todennäköisiä erityisesti mannerilmastossa. Suomessa pitkillä pakkasjaksoilla suurikokoisissa lämmitetyissä ja kostuttamattomissa tiloissa ilman suhteellinen kosteus saattaa hyvinkin laskea alle 10 %. Elektroniikkalaitteiden käytön aikaiset virhetoiminnot ja asennuksen aikaiset vikaantumiset ajoittuvatkin melko usein tammi-, helmi- ja maaliskuulle. Ongelmia esiintyy lähes kaikilla teollisuuden aloilla. Staattisen sähkön aiheuttamat räjähdysvaarallisten kaasuseosten syttymiset ovat myös  todennäköisempiä kevättalvella ja keväällä kuin muina vuodenaikoina.

Toinen tärkeä peruste kuiville olosuhdevaatimuksille liittyy mittauksen luotettavuuteen ja staattisen sähkön ilmiöiden toistettavuuteen. Kosteissa olosuhteissa mittausjärjestelyn vuotovirrat voivat aiheuttaa merkittäviä mittausvirheitä. Standardien mukaisissa olosuhteissa eristäväksi luokitellut materiaalit vaikuttavat kosteassa usein varausta poistavilta. Toisinaan kuivassa todennettavia tribosähköisiä ilmiötä on mahdoton saada esiin kosteissa olosuhteissa.

Kolmantena perusteluna kuiville mittausolosuhteille voidaan pitää sähkönjohtavuuden epälineaarisuutta kosteuden funktiona. Varausta poistavien ja/tai heikosti varautuvien kappaleiden kontaktipinnat saattavat muuttua hyvin jyrkästi eristeeksi kosteuden laskiessa. Kosteudella on myös merkittävä vaikutus jänniteriippuvuuteen. Ilmiö voi jäädä kokonaan tunnistamatta kosteissa olosuhteissa.

Mittausolosuhteiden vakiointi tarkoittaa käytännössä olosuhteiden seurantaa mittausta edeltävän riittävän pitkän jakson aikana. Mitattava kohde sijoitetaan mittausolosuhteisiin hyvissä ajoissa ennen mittausta. Stabilointijakson alussa mittaustulokset muuttuvat tyypillisesti lyhyellä aikavälillä. Standardeissa hyvin yleinen stabilointijakso on 48 h [3].

Mittausolosuhteiden laiminlyönnit vaikuttavat käytännössä siten, että ESD hallintatarvikkeiden todellisesta vaatimuksenmukaisuudesta ei ole käsitystä. Yli 50 % laboratorio-olosuhteissa kvalifioiduista tarvikkeista ei täytä kaikilta osin tuotteelle asetettuja vaatimuksia. Verrattain usein suojausfunktio puuttuu kokonaan, eli silloin maksetaan tyhjästä.

[1] Standard IEC 61340-5-1: 2007: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena.

[2] Standard ANSI/ESD S20.20 – 2007: For the Development of an Electrostatic Discharge Control Program for – Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment (Excluding Electrically Initiated Explosive Devices)

[3] Standard IEC 61340-2-1:2002: Measurement methods – Ability of materials and products to dissipate static electric charge