Èç ïîñëóæíîãî ñïèñêà èîíèçàöèè Проблемы, связанные с esd-защитой изделий

Èç ïîñëóæíîãî ñïèñêà èîíèçàöèè

Проблемы, связанные с ESD-защитой изделий

электронной техники возникли только в последние

десятилетия, тогда как борьба со статическим элек-

тричеством ведется веками. Имеются упоминания

о том, что еще в начале XV столетия в европейских

крепостях соблюдались меры по защите от элект-

ростатики для предотвращения самовозгорания

пороховых складов. На бумажных фабриках США

к 60-м годам XIX века уже использовался метод ио-

низации пламенем для нейтрализации заряда бу-

мажной ленты во время сушки. В настоящее время

ионизация воздуха применяется в бумагообработке,

полиграфии, производстве пресс-форм и литье под

давлением, волоконной оптике, текстильной про-

мышленности и др. Электронная промышленность

занимает в этом списке одну из верхних строчек.

Избежать присутствия «незаземляемых» объектов

и диэлектриков на рабочем месте практически не-

возможно. Такие предметы, как корпуса приборов,

органы управления, шнуры питания, пластмассовые

детали, изоляционные материалы и т. д. могут пред-

ставлять реальную опасность для электронных ком-

понентов, чувствительных к электростатике. В та-

ком случае заземление бесполезно, и приходится ис-

кать иные пути защиты от накопления электроста-

тического заряда на поверхности диэлектриков.

Äèýëåêòðèêà âûçûâàëè?

Диэлектрики (изоляторы) — это материалы, ко-

торые не проводят электрический ток, так как

в них, в отличие от проводников, нет свободных за-

рядов, способных перемещаться под действием

электрического поля. Поверхностное сопротивле-

ние таких материалов — более 100 ГОм, поэтому их

контактное заземление через проводник не обеспечи-

вает стекания заряда к земле. Международные стан-

дарты по антистатике, в частности, общеевропейский

IEC61340-5 «Electrostatics. Part 5: Specification for the

Protection of Electronic Devices from Electrostatic

Phenomena» рекомендуют по возможности не ис-

пользовать диэлектрики в ESD-защищенной зоне,

а при вынужденном их присутствии нейтрализовы-

вать заряд ионизацией воздуха. Кроме того, в стан-

дартах подчеркивается, что ионизация воздуха порой

необходима даже для проводящих поверхностей

объектов, если по каким-то причинам их не удается

заземлить (например, в движении).

Êàê îáåçâðåäèòü êèëëåðà 

Для того чтобы эффективно нейтрализовать заряд

на диэлектрике, необходимо увеличить проводи-

мость окружающего воздуха. Всем нам случалось ви-

деть, как воздушный шарик, прилипший к стене под

действием статического электричества, через какое-

то время неизбежно падает. Это обусловлено тем, что

воздух является проводником, через который посте-

пенно стекает заряд статического электричества.

Чем меньшей проводимостью обладает воздух, тем

медленнее нейтрализуется заряд и дольше висит воз-

душный шарик. Однако при работе с чувствитель-

ными электронными компонентами достаточно

мгновения для повреждения их разрядом статическо-

го электричества. Как же обезвредить невидимого

киллера электронных компонентов? Есть два пути

(или две координаты) решения проблемы: это повы-

шение влажности воздуха и его ионизация. Первый

способ проще, но он нередко влечет вторичные про-

блемы, такие как дискомфорт персонала, коррозия

металлов и ухудшение паяемости. Оптимальная от-

носительная влажность воздуха в зоне ESD-защиты

обычно не превышает 55%, хотя это во многом зави-

сит от специфики производства. В любом случае

влажность воздуха на рабочем месте должна быть

строго контролируемым параметром, мониторинг

которого осуществляется непрерывно или дискретно

с высокой периодичностью при помощи специаль-

ных приборов (как, например, комбинированный

мегометр-гигрометр MULTIMEG). Тем не менее, под-

держание оптимального уровня влажности является

лишь благоприятным фоном, тогда как наиболее

действенным способом нейтрализации заряда на ди-

электриках является именно ионизация воздуха.

Êîìïîíåíòû è òåõíîëîãèè, ¹ 2’2004

Èîíèçàöèÿ âîçäóõà 

â êîìïëåêñå àíòèñòàòè÷åñêîé çàùèòû

Îëüãà Ñìèðíîâà

www.eurostar.ru

Êàê èçâåñòíî, îñíîâíûì ìåòîäîì áîðüáû ñî ñòàòè÷åñêèì ýëåêòðè÷åñòâîì ÿâëÿåòñÿ

çàçåìëåíèå îáúåêòîâ è ïåðñîíàëà. Îäíàêî ýòîò ìåòîä «íå ðàáîòàåò» äëÿ äèýëåêòðèêîâ

— ìàòåðèàëîâ, èìåþùèõ ñîïðîòèâëåíèå áîëåå 100 ÃÎì, çàçåìëåíèå êîòîðûõ

÷åðåç ïðîâîäíèê íå ïðèâîäèò ê ñòåêàíèþ ñòàòè÷åñêîãî çàðÿäà íà çåìëþ.

Ïðè âûíóæäåííîì ïðèñóòñòâèè òàêèõ îáúåêòîâ â ðàáî÷åé çîíå åäèíñòâåííûì

ñïîñîáîì íåéòðàëèçàöèè çàðÿäà ÿâëÿåòñÿ èîíèçàöèÿ âîçäóõà. Â ñòàòüå èçëàãàþòñÿ

îñíîâû óñòðîéñòâà è ïðèìåíåíèÿ èîíèçàòîðîâ â ñèñòåìå êîìïëåêñíîé ESD−çàùèòû.

24

www.finestreet.ru

Òåõíîëîãèè

KiT#37(2).qxd  2/3/04  3:52 PM  Page 24

Êëàññèôèêàöèÿ èîíèçàòîðîâ

Ионизатор генерирует мощный поток поло-

жительно и отрицательно заряженных ионов,

которые, притягиваясь к молекулам противо-

положной полярности, нейтрализуют статиче-

ский заряд на объектах рабочей зоны. Для до-

ставки ионов на рабочие поверхности объек-

тов ионизаторы обычно оснащаются встроен-

ным вентилятором. В промышленности наи-

более широко используются коронные (иголь-

чатые) ионизаторы трех разновидностей.

Ионизаторы переменного тока (AC ionizers)

наиболее типичны для электроники в качест-

ве компонента ESD-защиты. Они имеют один

или несколько игольчатых электродов —

эмиттеров, которые поочередно генерируют

положительные и отрицательные ионы с час-

тотой питающей сети 50 Гц, так что вокруг

них создается концентрированное «ионное

облако». Объект, несущий статический заряд,

находясь или продвигаясь вблизи ионного об-

лака, привлекает ионы противоположной по-

лярности, следствием чего является нейтрали-

зация заряда на объекте. При отсутствии ста-

тически заряженного объекта разнополярные

ионы рекомбинируются между собой или сте-

кают на землю. Как правило, ионизаторы пе-

ременного тока оснащены встроенным вен-

тилятором, позволяющим направлять ион-

ное облако на объекты рабочей зоны и регу-

лировать интенсивность обдува. Преимуще-

ство таких ионизаторов состоит в сбалансиро-

ванной генерации ионов и возможности раз-

мещения ионизатора в непосредственной

близости от объектов, требующих нейтрали-

зации заряда. Кроме того, ионизаторы пере-

менного тока являются самыми недорогими.

Ионизаторы постоянного тока непре-

рывного действия (Steady-state DC ionizers)

используют раздельные эмиттеры для выра-

ботки разнополярных ионов. Они обеспечи-

вают более высокую концентрацию ионов

в воздухе, поскольку каждый эмиттер непре-

рывно испускает положительные (отрица-

тельные) ионы, и интенсивность их рекомби-

нации невелика. В отличие от ионизаторов

переменного тока эти ионизаторы эффектив-

но нейтрализуют заряд даже на быстродви-

жущихся объектах. Не рекомендуется уста-

навливать их слишком близко к объекту, по-

скольку в этом случае может нарушаться сба-

лансированность ионного потока. Ионизато-

ры данного типа являются наиболее дорого-

стоящими и требуют точной балансировки.

Ионизаторы постоянного тока импульс-

ного действия (Pulsed DC ionizers) представ-

ляют собой линейку игольчатых эмиттеров

разной полярности, подсоединенных к раз-

дельным генераторам положительных и от-

рицательных импульсов высокого напряже-

ния, работающим поочередно. Преимущест-

вом таких ионизаторов является возможность

регулирования количественного соотноше-

ния вырабатываемых положительных и отри-

цательных ионов. Например, если известно,

что объекты рабочей зоны несут положи-

тельный заряд, то для его более эффективной

нейтрализации следует увеличить цикл гене-

рации отрицательных ионов, и наоборот.

Импульсные ионизаторы генерируют разно-

полярные ионы с достаточно низкой частотой

(2–20 Гц), что позволяет нейтрализовать за-

ряд на значительном расстоянии без исполь-

зования принудительного потока воздуха.

Степень рекомбинации ионов незначительна

благодаря чередованию циклов полярности

и большому расстоянию между эмиттерами.

Недостатком таких ионизаторов является ве-

роятность перепадов напряжения, опасных

для наиболее чувствительных компонентов.

Èîíèçàòîð íà ðàáî÷åì ìåñòå

Все три выше описанные технологии ши-

роко используются в производстве совре-

менных ионизаторов, начиная от комплекс-

ных установок для ионизации воздуха в по-

мещении и заканчивая компактными уст-

ройствами размером с ладонь для местной

ионизации. Ионизаторы локального дейст-

вия являются наиболее эффективными, по-

скольку поток ионизированного воздуха на-

правляется именно на те диэлектрические

поверхности, где присутствует электростати-

ческий заряд. В результате заряд нейтрализу-

ется на порядок быстрее, чем при использо-

вании комплексной ионизации воздуха

во всем помещении. Рассмотрим наиболее

популярные варианты конструктивной реа-

лизации ионизаторов локального действия,

положительно зарекомендовавших себя при-

менением в электронной промышленности.

Настольный ионизатор (bench ionizer,

рис. 1) сочетает в себе эффективность и мо-

бильность: его удобно перемещать как в преде-

лах рабочего места, так и с одного стола на дру-

гой. Важными факторами при выборе настоль-

ного ионизатора являются его размеры и произ-

водительность.  Крупногабаритный прибор за-

нял бы слишком много места на рабочем столе

радиомонтажника, поэтому особенно популяр-

ны компактные ионизаторы. Разумеется, иони-

затор можно закрепить также на полке или да-

же на стене: важно лишь, чтобы поток ионизи-

рованного воздуха свободно достигал рабочих

поверхностей заряженных объектов. Самая ма-

логабаритная модель ионизатора A212 имеет

размеры 160 160 95 мм, вес 650 г. Ионный ба-

ланс поддерживается ею в рамках ±10 В. Кон-

трольное время стекания заряда от 1000 до 100 В

не превышает 2,5 с для объекта на расстоянии

305 мм от ионизатора при максимальной

(из двух возможных) скорости вентилятора.

Уровень шума на расстоянии 1 м составляет

всего 46 дБ при пиковой производительности

вентилятора 20 л/с. Потребляемая мощ-

ность — 12 Вт от импульсного источника по-

стоянного тока напряжением 24 В. Световой

и звуковой сигналы в модели A212 оповещают

о загрязнении эмиттеров и нарушении ионно-

го баланса. К настольным ионизаторам отно-

сится и модель VSE3000, которую мы подроб-

нее рассмотрим в конце статьи.

Подвесной ионизатор (undershelf/overhead

ionizer, рис. 2) решает проблему препятст-

вий, нередко возникающую при использова-

нии настольного ионизатора. Подвесной ио-

низатор размещают на высоте 45–60 см над

плоскостью рабочего стола. Например, мо-

дель ионизатора A214, имеющая габариты

600 200 100 мм и вес 4,6 кг легко закрепляет-

ся под полкой рабочего места РМ-1500-ESD,

ионизируя объекты на столе в зоне охвата до

800 400 мм. Ионный баланс поддерживается

в рамках ±5 В. Контрольное время стекания

заряда от 1000 до 100 В не превышает 4 с для

объектов на расстоянии 457 мм от ионизатора

при максимальной (из трех возможных) ско-

рости вентиляторов. Уровень шума на рассто-

янии 1 м составляет всего 45 дБ при макси-

мальной производительности вентиляторов

3,6 м

3

/с. Более длинная модель A216 имеет га-

бариты 1200 200 100 мм, вес 8,8 кг, уровень

шума 59 дБ, зону охвата до 1400 400 мм

в плоскости рабочего стола и параметры ион-

ного баланса, аналогичные модели A214. При-

боры оснащены индикаторами загрязнения

эмиттеров, функциями автобалансировки

и автоотключения. Обе модели относятся

к ионизаторам постоянного тока непрерыв-

ного действия и работают с потребляемой

мощностью 20/30 Вт от внешнего импульс-

ного источника постоянного тока напряже-

нием 24 В (на фото не показан). Итак, «под-

весное решение» исключает препятствия

в горизонтальной плоскости на пути ионизо-

ванного воздуха к рабочей зоне. Кроме того,

вертикальное направление воздушного пото-

ка обеспечивает более равномерную и интен-

сивную ионизацию заряженных поверхнос-

тей диэлектриков во всей рабочей зоне.

Прицельный ионизатор-распылитель

(focused air ionizer) используется, когда воз-

действие необходимо на очень небольшом

участке. Такой ионизатор представляет собой

компактное ручное устройство (иногда с пе-

далью), работающее с подачей сжатого возду-

ха от внешнего компрессора. Заодно с нейтра-

лизацией заряда на объекте, воздушным по-

током можно удалять и мелкие частицы, при-

Êîìïîíåíòû è òåõíîëîãèè, ¹ 2’2004

25

www.finestreet.ru

Òåõíîëîãèè

Рис. 1. Настольный ионизатор

постоянного тока A212

Рис. 2. Подвесные ионизаторы

(A214 под полку, A216 к стене)

KiT#37(2).qxd  2/3/04  3:52 PM  Page 25

влеченные к объекту статическим потенциа-

лом. Разновидностью локального ионизатора

является «ионный пистолет» (ion gun, рис. 3).

Извне к рукоятке из антистатического (рассеи-

вающего) пластика подводится шланг от ком-

прессора с давлением воздуха 1,5–7,0 бар и ка-

бель от контроллера импульсной ионизации

A232 (на фото не показан). Ионный баланс

поддерживается в рамках ±10 В. Уровень шу-

ма на расстоянии 1 м при работе ионизирую-

щего пистолета-распылителя составляет

72 дБ при входном давлении 1,5 бар и очевид-

но нарастает при повышении давления.

Êàêîé èîíèçàòîð ïðåäïî÷åñòü? 

Выбор ионизатора — ответственное дело.

Прежде всего, следует убедиться в том, что

технические характеристики ионизатора соот-

ветствуют требованиям действующих стан-

дартов по антистатике. Европейский стандарт

IEC61340-5 определяет максимальное время

стекания заряда под действием ионизатора

(от 1000 до 100 В), равное 20 с. Другим критери-

ем является остаточное напряжение, которое

измеряют в течение одной минуты по оконча-

нии действия ионизатора: оно должно быть не

более 0±5 В в соответствии с американским

стандартом EOS/ESD 3.1, определяющим па-

раметры и методы тестирования ионизаторов.

Американский стандарт имеет вес в области

ионизации потому, что большинство воздуш-

ных ионизаторов для применений в электро-

нике производятся именно в США, хотя они

фигурируют и в каталогах европейских по-

ставщиков ESD, адаптированные к европей-

ской сети электропитания 230 В. Приобретая

ионизатор, осведомитесь у продавца о напря-

жении питания прибора, а еще лучше — за-

просите полную инструкцию по эксплуатации

в переводе на русский язык, поскольку в ней

описана немаловажная процедура профилак-

тической чистки эмиттеров ионизатора.

Выбирая настольной ионизатор, следует

позаботиться и о комфорте оператора: наи-

более совершенные модели имеют интегри-

рованный нагреватель с регулировкой тем-

пературы, а также обеспечивают возмож-

ность изменения интенсивности и направле-

ния воздушного потока. Полезным качест-

вом является наличие индикатора ионного

баланса и сигнализация загрязнения эмитте-

ров. В итоге, соотношение технических и це-

новых характеристик определят выбор для

конкрентных условий эксплуатации.

Одним из «оптимальных» приборов счи-

тается настольный промышленный иони-

затор VSE3000 (рис. 4). Он соответствует

требованиям стандартов EOS/ESD 3.1, UL

(Underwriters Laboratories) и имеет ряд осо-

бенностей, выгодно отличающих его от дру-

гих моделей. К ним относятся:

••

запатентованная система автобалансировки,

обеспечивающая баланс в рамках ±5 В даже

при скачках напряжения питающей сети;

••

регулировка интенсивности обдува и на-

правления воздушного потока от вентиля-

тора;

••

низкий уровень шума при генерации мощ-

ного потока ионизированного воздуха

(обеспечивается использованием шумопо-

глощающих материалов);

••

регулируемый подогрев воздуха (до +8 °С

выше температуры окружающей среды);

••

симметричная диаграмма направленности

ионизации с макс. размахом в плоскости 60°;

••

прямой доступ к эмиттерам для профи-

лактической чистки.

Ионизатор VSE3000 работает в системе пе-

ременного тока; каждый эмиттер генерирует

поочередно положительные и отрицатель-

ные ионы с частотой 50 Гц. Эмиттеры

VSE3000 обеспечивают максимальную кон-

центрацию ионов благодаря тому, что рабо-

тают выше порога ионизации воздуха. Габа-

риты прибора 254 305 159 мм, вес 3,6 кг.

Уровень шума на расстоянии 60 см не превы-

шает 63 дБ при максимальной производитель-

ности вентилятора (76 л/с) и скорости воз-

душного потока 2,8 м/c. Модель VSE3000 пол-

ностью автономна, не требует внешних источ-

ников питания по сравнению с серией A200

и работает от электросети 230 В/50 Гц, потреб-

ляя мощность не более 35 Вт при выключен-

ном подогреве или до 435 Вт при подогреве,

включенном на максимум. Типовой ресурс

эксплуатации эмиттеров, заявленный произ-

водителем, составляет не менее 50 тысяч часов.

Концептуальный вопрос «какой иониза-

тор предпочесть?» имеет немаловажное

практическое дополнение: «а где его взять?»

Рекомендация здесь нехитрая: быстрее, де-

шевле и надежнее (по гарантии) брать товар

со склада в России через местного дистрибь-

ютора, чем штучно на заказ по любому из за-

рубежных каталогов с прямой доставкой

из Европы. К тому же, при этом значительно

сужается широта выбора.

Äîâåðÿé, íî ïðîâåðÿé

Метод тестирования эффективности иони-

заторов согласно стандарту EOS/ESD 3.1 состо-

ит в нейтрализации электростатического заря-

да на изолированной металлической пластине.

Напряжение измеряется бесконтактным тесте-

ром. От установленного начального значения

1000 В заряд нейтрализуют при помощи иони-

затора до уровня 100 В, фиксируя необходимое

для этого время. Тест выполняют для 12 раз-

личных точек, а остаточное напряжение изме-

ряют в течение одной минуты после оконча-

ния действия ионизатора. В качестве примера

в таблицах 1–2 представлены результаты тести-

рования ионизатора VSE3000 по диаграмме на-

правленности обдува (рис. 5). При отсутствии

специального контрольно-измерительного ус-

тройства с пластиной (charged plate monitor)

для целей тестирования можно использовать

пластмассовую поверхность и портативный

измеритель электростатического поля (типа

EOS2001). Функциональное тестирование ио-

низаторов рекомендуется проводить ежеме-

сячно, чтобы иметь уверенность в их надлежа-

щей работе. Конечно, нельзя забывать и о про-

филактической чистке эмиттеров, ибо от чис-

тоты эмиттеров в решающей степени зависит

плотность генерируемого ионного потока.

Таблица 1. Время стекания заряда

Таблица 2. Остаточное напряжение 

Íå èîíîì åäèíûì

Итак, ионизация воздуха — единственный

способ нейтрализации заряда на диэлектри-

ках и, как следствие, одно из важнейших сла-

гаемых комплексной ESD-защиты. Вместе

с тем, использование ионизатора отнюдь

не заменяет традиционных средств превен-

тивной защиты от накопления статического

электричества: ремешков заземления, анти-

статической мебели, напольных и настоль-

ных покрытий, спецодежды и обуви, систем

хранения и транспортировки, всего рабочего

инструментария в антистатическом исполне-

нии. Все эти аспекты следует рассматривать

с позиций единого комплекса антистатичес-

кой защиты.

Êîìïîíåíòû è òåõíîëîãèè, ¹ 2’2004

26

www.finestreet.ru

Òåõíîëîãèè

Рис. 3. Импульсный ионный 

пистолет распылитель A251

Рис. 4. Настольный ионизатор

переменного тока VSE3000

Рис. 5. Диаграмма направленности

ионизатора VSE3000

6,0 с

5,3 с

5,8 с

3,8 с

2,8 с

1,6 с

7,3 с

5,5 с

5,5 с

48"

36" 

24"

24,5 с

0,8 с

23,5 с

12"

12" 

вправо

по

центру

12" 

влево

Расстояние от ионизатора

(в дюймах)

–1 В

24"

0 В

0 В

0 В

48"

0 В

0 В 

0 В 

36"

12"

вправо

+1 В

–2 В 

12"

+1 В

12"

влево

Расстояние от ионизатора

(в дюймах)

В центре

–1 В 

0 В 

KiT#37(2).qxd  2/3/04  3:52 PM  Page 26

Каталог: files
files -> 1 дәріс : Кіріспе. Негізгі түсініктер мен анықтамалар. Тиеу-түсіру жұмыстары жөніндегі жалпы түсініктер
files -> Қыс ең зақымданатын жыл мезгілі. Бірақ жаралану, сынық, тоңазу, үсіп қалу біздің қысқы тұрмыстың міндетті салдары емес
files -> Қазақ халқының ұлттық ойындары
files -> Тема: Детский травматизм. Травма мягких тканей лица и органов рта у детей. Особенности первичной хирургической обработки ран лица. Показания к госпитализации ребенка
files -> Тематичний план практичних занять