ESD-pakkematerialer

Nyttig å vite om ESD(ElectroStatic Discharge) -  pakkematerialer
ESD-pakkematerialer inngår i en kjede av beskyttelsestiltak for å sikre trygg håndtering av
ESDS (ESD Sensitive Device). Også her gjelder regelen «En kjede er ikke sterkere enn det
svakeste leddet».  Nytteverdien av andre beskyttelsestiltak i kjeden forringes kraftig når ett
av leddene svekkes. Elektronikkindustrien er inne i en rivende utvikling hvor  komponentenes
kompleksitet og ytelser øker i eksponensiell hastighet. Vel og bra, men også komponentenes
ESD-følsomhet øker i takt med utviklingen og derav også nødvendigheten av beskyttelses-
tiltak.

Feil bruk eller manglende bruk av materialene kan ødelegge  eller degradere ESDS og det
kan få store negative konsekvenser  for alle bedrifter som håndterer ubeskyttet elektronikk i større eller mindre skala, og for brukere av elektronikk som er påført skade. Vi har observert mye «rart» hos bedrifter i Norge; kretskort som stikker ut av skjermende poser som er flere nummer for små, kretskort som er surret inn i uttørket antistatisk bobleplast, bruk av emballasje som burde vært kastet for lengst, kort og komponenter som oppbevares i isolerende, oppladbar plastemballasje etc.  


Krav til ESD-emballasje og ESD-sikring generelt bestemmes gjennom internasjonale kvalitetsstandarder på bakgrunn av utviklingen innenfor elektronikkindustrien. Ledende internasjonal ESD-standard er IEC 61340-5-1.  Kjøp ESD-emballasje av kjente merker fra kjente leverandører og husk at riktig bruk av ESD-emballasje er nødvendig og lønnsom kvalitetssikring!

Begreper og faguttrykk som brukes i artikkelen, er forklart under «Viktige begreper og uttrykk».
 


Pakkematerialer

Definisjoner på pakkematerialer i hht. verdens ledende ESD-standard
IEC61340-5-1 Vi skiller mellom skjermende, konduktive, dissipative antistatiske og isolerende materialer


Antistatiske pakkematerialer
Materialer med egenskaper som minimerer triboelektrisk oppladning. Antistatiske materialer defineres ikke ut ifra elektrisk resistans


Skjermende pakkematerialer 
Materialer som er i stand til å dempe energien fra en 1000V (HBM) elektrostatisk utladning som påføres på utsiden av pakkematerialet til <=50nJ på innsiden.


Konduktive pakkematerialer
Pakkematerialer som har en overflateresistans mellom 10e2 ohm og 10e5 ohm

 

Dissipative pakkematerialer
Pakkematerialer som har en overflateresistans mellom 10e5 ohm og 10e11 ohm

Isolerende materialer (Insulating)

Pakkematerialer som har en overflateresistans p 10e11¨ohm eller høyere

 

 

Viktige begreper og uttrykk

ESD(ElectroStatic Discharge) – er en elektrostatisk utladning mellom to objekter med
ulikt elektrisk potensial, f.eks. mellom en person og en elektronikk-komponent(ESDS).
ESD er lynnedslag i miniatyr med høy energitetthet som lett kan trenge gjennom vanlig emballasje og skade ESDS

 

ESDS(ESD Sensitive Device) kan være elektronikk-komponent, kretskort, modul,
tykk/tynnfilmmotstand som er ESD-følsom. ESDS anses som relativt sikret mot ESD-
skader innenfor EPA, i skjermende ESD-emballasje eller innmontert i elektronisk utstyr
med beskyttelsesdeksler påmontert

EPA(ESD- Protected Area) kan være et rom, en del av et rom, et arbeidsbord, en reol,
et produksjonsområde etc. hvor det er tilrettelagt for trygg håndtering av ESDS ved å holde
elektrostatiske felt og spenninger på et «ufarlig» nivå, altså minimal risiko for ESD-skader innenfor EPA. Krav til EPA er definert i IEC61340-5-1

Latente ESD-skader – komponenten er degradert og fungerer ikke i overensstemmelse med databladet, vil trolig feile fullstendig lenge før sin normale levetid. Vanskelig å detektere

Katastrofale ESD-skader – komponenten er fullstendig ødelagt


Triboelektrisitet (gnidningselektrisitet) – elektrostatisk oppladning som et resultat av to materialer som kommer i kontakt og deretter separeres. Minst ett av materialene må være isolerende for at oppladning skal skje

HBM (Human Body Model) – simuleringsmodell som brukes i elektronikkindustrien for å teste ESD-følsomheten hos komponenter. Simulerer utladning fra en person mot en komponent

CDM (Charged Device Model) - simuleringsmodell som simulerer utladning direkte fra en

komponent som har blitt oppladet  triboelektrisk eller ved elektrostatisk induksjon og
deretter kommer i berøring med f.eks. metall eller et konduktivt objekt. Utladningsstrøm

er høyere enn ved HBM-simulering fordi det ikke er strømbegrensende resistans tilstede

Elektrostatiske felt og elektrostatisk induksjon
Alle oppladede gjenstander og personer er omgitt av et elektrostatisk felt. Feltet kan beskrives
som usynlige kraftlinjer og kan være positivt eller negativt. Gjennom en prosess som kalles elektrostatisk induksjon skaper feltet en ladningsforskyvning (polarisering) i elektrisk ledende
materialer, f.eks. kretskort og komponenter (ESDS). Et positivt elektrostatisk felt trekker til
seg elektroner og et negativt felt frastøter elektroner. Kretskort som utsettes for elektrostatisk induksjon (polarisering) og som plutselig jordes (ESD) f.eks. ved berøring kan påføres skade. Kortet lades opp på nytt hvis det blir fjernet bort fra feltet etter å ha blitt jordet (oppladning ved induksjon). Blir kortet nå jordet igjen eller kommer i berøring med konduktive materialer, skjer en ny ESD med risiko for skade. Så lenge årsaken til feltet ikke fjernes, kan denne runddansen med opp- og utladning pågå i lang tid. Årsaken til feltet er isolerende, oppladbare materialer som plast, gummi, glass etc. Det er de «slemme guttene i klassen» og de må holdes unna ESDS hvis mulig, min. 50cm avstand. Isolerende materialer kan ikke lede strøm og kan derfor ikke jordes. Når de først har blitt triboelektrisk oppladet kan materialene  holde på ladningen (og feltet) i lang tid og derfor være en nær uutømmelig kilde til elektrostatisk induksjon. Vær oppmerksom på at høy elektrisk feltstyrke i seg selv kan skade enkelte komponenter, f.eks MOSFET-kretser . Elektrisk feltstyrke måles i V/m (Volt pr. meter). Elektrostatisk induksjon er en av de fremste årsakene til ESD-skader.

 

Faraday-bur
Et Faraday-bur er enkelt forklart et bur eller innkapsling laget av metall eller et godt elektrisk
ledende materiale, f.eks. metalliserte, skjermende poser. Elektrostatiske og elektromagnetiske felt på utsiden klarer ikke å trenge gjennom buret, derfor er innsiden upåvirket av de ytre elektriske felt.


Hvilke pakkematerialer hører inn under kategorien ESD-emballasje?


Antistatiske poser og pakkematerialer
Antistatiske pakkematerialer som f.eks. rosa bobleplast eller film, populært kalt Pink Poly,
er plastmaterialer som er tilført  kjemiske antistater som skal motvirke triboelektrisk opp-
ladning. Antistatiske poser har ingen skjermende effekt (Faraday-bur) og må derfor ikke
brukes til transport og lagring av ESDS utenfor EPA. Benyttes til emballering av ikke-
elektroniske  komponenter , som f.eks. skruer og smådeler som skal inn i EPA nær ESDS.
I de senere år har det kommet antistatiske  materialer med bedre egenskaper enn pink poly,
som ble lansert på 70-tallet, lengre  holdbarhet, god effekt ved lav luftfuktighet og antistat-
virkning på både  inn- og utside av pose, men skjermende er de ikke. Følg derfor regelen:
Antistatiske poser og bobleplast skal ikke brukes til transport og lagring av ESDS  utenfor
EP med mindre skjermende tilleggsemballasje benyttes.
                               

Metalliserte, skjermende poser
Metalliserte, skjermende poser blir det aldri feil å bruke, de gjør jobben uansett, gir utmerket
beskyttelse. Har alle de egenskaper som god ESD-beskyttelse skal ha; skjermende, antistatiske,  dissipative. At de er transparente er også et pluss og en sikkerhetsfordel. Ikke nødvendig å fjerne ESDS fra posen for identifikasjon. Det er to typer, metal-in og metal-out. Metal-in er vanligst og anbefales til emballering av følsomme komponenter (ESDS). Posene er konstruert i flere lag med et dissipativt lag på innsiden, et skjult metallsjikt (metal-in) på midten, vanligvis aluminium, og et antistatisk sjikt på utsiden. Fordelen med antistatiske og dissipative sjikt på inn- og utside er at man unngår potensielt skadelig ESD mot posen hvis/når oppladede ESDS kommer i berøring med posens inn- og utside. Pass på at posen omslutter innholdet og er lukket og at den ikke er tydelig slitt og perforert. Brukes både innen- og utenfor EPA
 

Metalliserte, skjermende poser med fuktsperre
Disse posene er en spesialutgave av vanlige metalliserte, skjermende poser .Posene har en
fuktsperre som gjør de ypperlig til emballering av fuktfølsom ESDS. Spesielt komponenter
for overflatemontering (SMD)  har god nytte av slike poser. De er også godt egnet til langtids-lagring av ESDS. Posene er ikke transparente som vanlige metalliserte, skjermende poser.

 

Metalliserte, skjermende bobleposer
Gir god ESD-beskyttelse som vanlige metalliserte poser og gir i tillegg mekanisk beskyttelse
for ESDS som har behov for det. Brukes både innen- og utenfor EPA. Bra transparens.
 

ESD-beskyttende pappemballasje
I de senere år har det dukket opp ESD-beskyttende pappemballasje på markedet som  er både  skjermende og dissipativ  i tillegg gir mekanisk beskyttelse.  Et godt valg for emballering av ESDS for transport og lagring uten- og innenfor EPA. Også med tanke på miljøvennlighet er denne emballasjetypen et godt valg. Et eksempel er Corstat, se bilde
 

Konduktive sorte karbonposer, kasser, plukkbokser
Plast tilsatt karbon er hovedingrediensene  i denne emballasjetypen. Karbon  gjør at plasten blir elektrisk konduktiv. En svakhet med karbontilsatt plastemballasje av denne typen er at utsiden blir svært konduktiv (sammenlign med skjermende metalliserte poser), derfor er det høy risiko for gnistutladninger fra oppladet ESDS mot utsiden med påfølgende ESD-skade. Materialene har begrensede skjermingsegenskaper. Kassene må ha påsatt lokk for å ha skjermende effekt. Best egnet til transport og lagring innenfor EPA.
 

For mere spesifikke opplysninger om de forskjellige emballasjetypene, ta kontakt med
leverandørene. Det kan være store individuelle forskjeller innenfor en produkttype  og
mellom produsentene


God forståelse for ESD-beskyttelse  og  ESD-problematikk krever kunnskap et stykke utover
omfanget av denne artikkelen. Ta gjerne kontakt for ESD-kurs som gjennomføres hos din bedrift


 

 
 
 

 ELM Kurs & Tjenester                                                           Email: post@elm-esd.no                                                       Tlf. +47 41 18 75 60
 Sørumsgata 8 - 2000 Lillestrøm                                           www.elm-esd.no                                                                    Kontakt