Protezione di dispositivi elettronici da fenomeni elettrostatici

In presenza di strumentazioni particolarmente sensibili ai fenomeni elettrostatici (ESD), occorre adottare misure specifiche di protezione degli stessi, sia in fase di progettazione degli ambienti in cui verranno utilizzati, sia dotando gli operatori di idonea strumentazione.  

Sia le aree EPA (ESD Protected Area) che i sistemi di protezione ESD ( devono essere necessariamente progettati in accordo alle normative di sistema  vigenti.  A tal proposito la Norma  CEI  EN 61340-5-1 “Protezione dei componenti elettronici da fenomeni elettrostatici – requisiti generali” indica prescrizioni per la protezione ESD in processi elettronici nei quali eventi ESD, meno rilevanti in altri casi, diventano estremamente critici; la massiva presenza di isolanti di processo richiede ulteriore attenzione e tutte le postazioni ESD di carico/scarico devono essere valutate  e spesso  prevedere l’impiego di sistemi attivi.

 

Nella versione del 2016, la Norma IEC 61340-5-1, oltre a porsi l’obbiettivo di fornire indicazioni e prescrizioni maggiormente restrittive per garantire il massimo potenziale di 100 Volt (HBV – Human Body Voltage – potenziale sul corpo umano) all’interno di aree protette, indica pure il livello massimo di CDM (Charged Device Model) di 200 Volt e stabilisce un potenziale massimo di 35 Volt per conduttori non connessi a terra che può essere interpretato come il precedente livello MM (Machine Model).

La EN 61340-5-1, infatti, va intesa come una norma di sistema, indicando con questo termine il fatto che essa è una norma che fornisce le direttive per impostare, usare, controllare e mantenere un sistema di protezione dalle scariche elettrostatiche. Quindi sulla base delle indicazioni in essa contenute è possibile progettare ed utilizzare correttamente un sistema di protezione ESD ed un’area protetta (EPA), ai fini di assicurare che i dispositivi sensibili ai fenomeni elettrostatici possano essere trattati con i minimi rischi possibili di danni derivanti da tali fenomeni. Dato che la EN 61340-5-1 fornisce un quadro completo degli aspetti basilari connessi con l’elettrostatica essa è uno dei documenti più diffusi e conosciuti tra gli operatori del settore. Tra l’altro nella norma è presente un allegato dedicato ai metodi di prova ed agli elementi da tenere sotto controllo in un programma ESD e comunque più in generale dalla sua lettura si può avere un quadro completo ed esauriente dei pericoli dovuti ai fenomeni ESD, degli elementi da controllare e delle misure da adottare.

Nella versione attuale norma 61340-5-1 vengono affrontati i seguenti argomenti:

  • Definizioni;
  • Segnaletica;
  • Marcature e documentazione
  • EPA :
    • configurazione;
    • requisiti degli elementi di protezione;
  • Imballi protettivi
  • Operazioni ESD sensibili sui componenti:
    • acquisizione;
    • accettazione;
    • stoccaggio;
    • disimballaggio;
    • trasporto;
    • altri eventi;
  • Addestramento;
  • Responsabile della qualità;
  • Verifiche periodiche (Audit);
  • Metodi di prova;
  • Misura del decadimento della carica.

Per quanto riguarda i metodi di prova usati per determinare le caratteristiche elettrostatiche dei componenti usati in un sistema di protezione, la norma ne dà un quadro completo e dettagliato, incrociando e ponendo in relazione tra loro gli elementi di un sistema ESD con le caratteristiche che li possono contraddistinguere da un punto di vista elettrostatico. Per ogni correlazione vengono indicati i metodi più appropriati per misurare tali caratteristiche. Nel dettaglio, gli elementi di sistema considerati sono:

  • Superfici di lavoro;
  • Scaffalature ed attrezzature di stoccaggio;
  • Pavimenti;
  • Sedili;
  • Indumenti;
  • Guanti e ditali;
  • Braccialetti di terra;
  • Ionizzatori;
  • Strumentazione in genere;
  • Calzature
  • Imballi in genere.

Per ognuno di tali elementi vengono descritti (se applicabili nel caso specifico) i metodi di prova più appropriati per verificare:

  • Resistenza superficiale;
  • Resistenza punto-punto;
  • Resistenza end to end;
  • Resistenza verso terra;
  • Decadimento di carica;
  • Efficienza della schermatura;
  • Generazione della carica;

La progettazione di aree EPA e di adeguati sistemi per la movimentazione rappresentano una delle fasi più importanti per poter assicurare la protezione da eventi ESD anche in funzione del trend della tecnologia. Pertanto l’utilizzo di materiali idonei deve necessariamente garantire l’efficienza dei sistemi di protezione utilizzati.

L'abbigliamento deve essere conforme sia alla norma in esame, sia  alla EN 1149-5. Per soddisfare i requisiti di tali norme:

  • i tessuti devono contenere fibre conduttive;
  • i risvolti alle estremità degli indumenti protettivi (maniche, gambe dei pantaloni o colletto) vanno realizzati in modo da migliorare il contatto tra il materiale conduttivo con proprietà elettrostatiche e la pelle. In tal modo l'abbigliamento assicura la dissipazione della carica tramite il contatto delle parti conduttive del tessuto di cui è costituito con la pelle.;
  • le parti di metallo devono essere coperte;
  • gli indumenti devono tenere interamente coperto lo strato interno quando ci si china, in modo da impedire una pericolosa scarica dello strato interno.

Oltre a proteggere la strumentazione, però, gli indumenti devono essere confortevoli per chi li indossa.

I guanti devono essere progettati per dissipare l'elettricità statica, in modo da limitare i rischi connessi ai fenomeni elettrostatici.

Oltre alla IEC 61340-5-1:2016, le normative di riferimento sono:

EN 16350:2014 Guanti protettivi: proprietà elettrostatiche
Questa norma specifica un metodo di prova per le proprietà elettrostatiche dei guanti. Il test migliora la EN 1149 in quanto richiede una resistenza verticale inferiore a meno di 10⁸ ohm. I guanti testati secondo la norma EN 16350:2014 possono essere utilizzati in aree in cui potrebbe esserci un maggiore rischio di esplosione, come in una raffineria.
EN 1149

Indumenti di protezione - Proprietà elettrostatiche

 Per le calzature, la norma descrive un metodo di prova per determinarne la resistenza elettrica, in base al quale vengono identificate.

Calzature conduttive elettrostatiche:  Con resistenza elettrica < 1Ω x 105
Calzature ESD Con resistenza elettrica > 1Ω x 105 e < 100 MΩ
Calzature dissipative elettrostatiche:  Con resistenza elettrica > 1Ω x 105 e < 1Ω x 108
Calzature dielettriche Con resistenza elettrica > 1Ω x 108

Classificazioni che vanno considerate nella definizione del sistema piano/calzatura utilizzato per la messa a terra primaria.  

In merito agli imballaggi la nuova edizione della IEC 61340-5-1 delega completamente le prescrizioni alla Norma IEC 61340-5-3 “Protezione dei dispositivi elettronici dai fenomeni elettrostatici – Classificazione delle proprietà e dei requisiti per gli imballi dei dispositivi sensibili alle scariche elettrostatiche”.