Wszystko o ESD: Etykiety ESD

Ładunki elektrostatyczne (lub bardziej poprawnie 'ładunki tryboelektryczne') powstają, gdy powierzchnie dwóch różnych obiektów są przesuwane względem siebie (np. szczotkowanie włosów, lub chodzenie po dywanie). Zjawisko ESD, lub przepływu elektrycznego, powstaje gdy nadmiarowe elektrony mogą przemieścić się tak, aby zneutralizować ładunek dodatni lub zostać uziemione. Elektryczność jest przepływem elektronów mierzonym w woltach. Ładunek nie jest ładunkiem elektrostatycznym dopóki nie zacznie się przemieszczać/płynąć. Etykiety ESD są zaprojektowane w taki sposób, aby rozproszyć ładunki elektrostatyczne tak szybko jak to tylko możliwe. Udało nam się zmienić oporność etykiet poliimidowych do tego stopnia, w którym nawet najmniejszy ładunek rozpraszany jest w ciągu kilku milisekund. Znacząco zmniejszyło to wielkość ładunków elektrostatycznych generowanych podczas zdejmowania etykiet z podklejek (< 25 V/cal2), co sprawia, że są one wystarczająco bezpieczne, aby nie uszkadzać elementów czułych na wyładowania elektrostatyczne. W tym artykule etykietami ESD są etykiety uznane za statycznie rozpraszające zgodnie z normami EIA-625, 'Requirements for Handling Electrostatic-Discharge Sensitive (ESDS) Devices' i EIA-541, 'Packaging Material Standards for ESD Sensitive Items'. Użyta metodologia testów to EOS/ESD S11.11, 'Surface Resistance Measurement of Static dissipative planes'. Zgodnie z EIA kryteria oporności powierzchniowej są następujące: • mniej niż 10^3 omów – materiał przewodzący, • 10^3 < x < 10^11 omów – materiał rozpraszający elektrostatycznie, • ponad 10^11 omów – materiał izolujący. Poliimidowe etykiety ESD zostały zaprojektowane tak, aby sprostać wyzwaniom procesu produkcji płytki drukowanej oraz zapewnić odporność na wysokie temperatury, tak aby spełnić wszystkie wymagania w ich stosowaniu. Cechy naklejek ESD: • Praktyczna eliminacja akumulacji ładunków elektrostatycznych; • Bezpieczne w użyciu na elektronice wrażliwej na ładunki elektrostatyczne; • Nieprzewodzący klej; • Wyjątkowa odporność na różne związki chemiczne; • Bez halogenowe, zgodne z REACH i RoHS; Zalety: • Eliminuje zjawisko ładunków elektrostatycznych; • Obniżają koszty związane z uszkodzeniami spowodowanymi ładunkami elektrostatycznymi; • Zapobiegają zwarciom elektrycznym; • Są odporne na silne chemikalia (np. Ensolv® & Vigon®); • Są one bezpieczne dla środowiska naturalnego; Kiedy etykieta jest ściągana z podklejki może zostać wytworzony ładunek elektrostatyczny o ładunku do 5000 woltów. Patrząc na to z perspektywy - w suchy zimowy dzień kiedy zostajesz 'kopnięty' przez klamkę od drzwi po przejściu się przez dywan odczuwasz ładunek około 15.000 woltów. Podzespoły elektroniczne ulegają uszkodzeniu często już przy ładunku zaledwie 200 woltów. Jak już wspomnieliśmy etykiety ESD są zaprojektowane tak, aby rozproszyć ładunki elektrostatyczne tak szybko, jak to tylko możliwe - czyli w chwili ich powstania. Oznacza to, że wytwarzane ładunki znikają szybko, a wytarzany przy zdejmowaniu etykiet z podklejek ładunek elektrostatyczny jest bezpieczny dla elementów wrażliwych na wyładowania elektrostatyczne. Czy można wykorzystać oporność powierzchniową etykiety, aby przewidzieć wielkość ładunku elektrostatycznego? Nie, choć niektóre badania twierdzą, że teza ta jest prawdziwa. Badania te oparte były na jednej specyficznej konstrukcji etykiety, używającej 'statycznie rozpraszającej' błony samoprzylepnej i 'statycznie rozpraszającej' podklejki, które porównano do ogólnych etykiet samoprzylepnych. Te błędne założenie spowodowało, że eksperyment wykazał prawdziwość tej tezy. W rzeczywistości oporność powierzchniowa jest tylko zmierzoną opornością powierzchni. Wytworzony ładunek elektrostatyczny, powstający kiedy etykieta jest zdejmowana z podklejki, jest funkcją zależną od wszystkich materiałów użytych w budowie etykiety. Ładunek powstanie na spodniej warstwie etykiety, a nie na jej powierzchni. Dzięki badaniom nad chemią fizyczną (fizykochemią) materiałów, została empirycznie określona kolejność materiałów, znana jako szereg tryboelektryczny. Te dane pokazują jak duża jest zdolność materiału do wytwarzania ładunków kiedy przemieszczany jest względem innego materiału na tej liście – np. nylon i szkło. Im dalej od siebie w szeregu znajdują się oba materiały tym większy może powstać ładunek tryboelektryczny, powodujący wyładowanie elektrostatyczne. Dwa materiały znajdujące się obok siebie w szeregu mogą nie wygenerować żadnych ładunków. Dwa materiały znajdujące się w szeregu tryboelektrycznym dalej od siebie (np. nylon i szkło, lub silikonowa podklejka i klej akrylowy) wykazują potencjał do wytworzenia znaczącego ładunku. Dzięki specyficznej budowie etykiety ESD możliwe jest wyeliminowanie przewodzącej błony klejącej i podklejki. Etykietę ESD można zaprojektować w taki sposób, że użycie przewodzącej błony klejącej i podklejki nie jest wymagane. Stosowanie przewodzących elementów powodowało nie tylko zwiększenie kosztów produkcji tych etykiet, ale mogło okazać się groźne dla elektroniki. Jeżeli pod etykietą znajdowały się jakiekolwiek niezabezpieczone obwody mogło to doprowadzić do zwarcia. W rezultacie straty wynikłe ze stosowania takiej etykiety mogły przerosnąć potencjalne zyski wynikłe z mniejszego ryzyka uszkodzeń elementów spowodowanych wyładowaniami elektrostatycznymi. Użycie nieprzewodzących błon klejących i podklejek eliminuje możliwość zwarcia, przez co stosowanie tych etykiet nie tylko pomaga zmniejszyć straty spowodowane wyładowaniami ESD, ale również nie niesie za sobą żadnych negatywnych skutków ubocznych. Autorem artykułu jest Jakub Sierpiński z firmy Pakom Kolejna cześć cyklu za tydzień, 12.02