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Protezione dalle ESD: i principi spiegati con parole semplici

I danni causati dalle ESD sono invisibili a occhio nudo, ma possono costare caro. Per molte aziende, quindi, è fondamentale rispettare i principi di protezione dalle ESD.

Chi non ha sperimentato almeno una volta nella vita quella breve e leggera scossa quando si stringe la mano a qualcuno o si afferrano maniglie e corrimano di metallo? In questi casi si genera una scarica elettrostatica (ESD) con tensione fino a 35.000 Volt, che può essere dolorosa per gli esseri umani, ma non certo pericolosa. Non è così per i componenti elettronici. Basta una tensione di 100 Volt per cancellare le informazioni su un supporto dati magnetico o per distruggere una EPROM (componente di memoria elettronico). Ma nonostante il pericolo che le ESD rappresentano per i componenti elettronici, i principi di protezione dalle ESD vengono trascurati da molte aziende che producono o lavorano tali componenti.

Cosa significa ESD?

ESD è l’abbreviazione dell’espressione inglese “electrostatic discharge” e descrive la compensazione incontrollata della carica elettrica tra due oggetti con cariche diverse. Per una scarica elettrostatica di questo tipo non è neppure necessario un contatto diretto.

Il problema per l’industria: le ESD possono danneggiare i componenti elettronici praticamente in qualsiasi punto della catena di produzione, soprattutto perché la carica elettrostatica si genera costantemente, ad esempio in seguito a sfregamento o movimento. Basta lavorare al banco per generare una carica anche di 6.000 Volt.

I sacchetti schermanti contro le ESD proteggono i componenti sensibili alle scariche elettrostatiche durante il trasporto.

Anche se le ESD devono essere di almeno 3.500 Volt per essere percepite, bastano 5 Volt per danneggiare i componenti.

Qui nasce un secondo problema legato alle ESD: sebbene molte scariche elettrostatiche siano riconoscibili perché causano dolore, come accade quando ci si stringe la mano, spesso le ESD passano del tutto inosservate perché per essere percepite devono presentare una tensione di circa 3.500 Volt. Tuttavia, i componenti sensibili possono subire danni già a tensioni nettamente inferiori. Per esempio, durante la produzione dei dischi rigidi magnetici è sufficiente una tensione di 5 Volt per danneggiare la sensibile testina di lettura. A questo si aggiunge che le scariche elettrostatiche non sono causate solo dalle persone: infatti, se non sono progettati in modo specifico per garantire la protezione dalle ESD, anche i mezzi di produzione, come i carrelli di trasporto, gli attrezzi e le superfici di lavoro, possono caricarsi di energia elettrostatica e causare danni.

Protezione dalle ESD: principi per l’industria

Ma non è solo la scarica a passare spesso inosservata: anche i danni che ne derivano, come il danneggiamento dei circuiti, non sono visibili a occhio nudo. Il più delle volte non basta neppure un microscopio ottico, ma ne occorre uno elettronico per rendere visibili i danni da ESD. I guasti risultanti si manifestano dopo settimane o mesi di funzionamento presso il cliente finale, ma le conseguenze per le aziende interessate si fanno sentire molto più velocemente: reclami, costose prestazioni in garanzia e perdita di fiducia da parte dei clienti. L’ESD è quindi una sorta di “worst case”, ossia di scenario peggiore, per qualsiasi azienda, perché i danni possono verificarsi già presso il fornitore e rimanere inosservati.

I danni da ESD, come questo percorso della corrente di scarica, sono visibili solo con l’ausilio di un microscopio elettronico.

I principi di protezione dalle ESD devono essere rispettati in modo coerente dall’intera azienda.

Fortunatamente, se le aziende sono consapevoli del problema e rispettano costantemente i principi di protezione, i danni da ESD possono essere evitati efficacemente. È di fondamentale importanza che la protezione contro le scariche elettrostatiche venga compresa e integrata nella pianificazione aziendale. Ma non è tutto: la protezione dalle ESD inizia già con la scelta dei fornitori e termina solo con la consegna sicura al cliente. La norma CEI EN 61340-5-1 rappresenta lo standard di riferimento per elaborare un piano di protezione che coinvolga l’intera azienda. Tale norma prevede un programma di controllo in cui le componenti chiave del piano di protezione dalle ESD sono documentate in modo vincolante per tutti i collaboratori. Esso deve contemplare le norme e gli ambiti seguenti:

  • Rispetto delle norme applicabili
  • Processi di protezione documentati lungo l’intera catena di processo (anche presso la ditta fornitrice e il cliente)
  • Abbigliamento di protezione a norma di legge
  • Coordinatori ESD e collaboratori formati adeguatamente
  • Zone di protezione ESD a norma di legge
  • Controlli giornalieri dei punti rilevanti
  • Rispetto della protezione delle persone
  • Audit interni regolari

 Le basi della protezione da ESD

 Per un’efficace protezione dalle ESD è quindi fondamentale disporre di personale adeguatamente equipaggiato. Tuttavia, per prima cosa è necessario sensibilizzare i collaboratori sulla necessità di dotarsi di attrezzature anti-ESD e di utilizzarle correttamente. I corsi di formazione sulle ESD aiutano a illustrare ai collaboratori il problema, a trasmettere loro i principi di protezione dalle ESD e a insegnare loro come rispettarli. Tuttavia, non è assolutamente sufficiente addestrare solo chi lavora sui componenti elettronici: per essere integrale, la protezione ESD deve essere supportata attivamente da tutti i collaboratori: non importa che si tratti di personale di pulizia, tecnici o personale di magazzino.

Per non compromettere la conducibilità delle superfici anti-ESD appositamente rivestite, queste devono essere pulite con uno speciale detergente per superfici anti-ESD.

Oltre ai fattori quali indumenti protettivi adeguati, attrezzi speciali per la prevenzione delle scariche elettrostatiche e rispetto delle norme pertinenti, anche l’umidità ambientale gioca un ruolo decisivo per una protezione completa delle scariche elettrostatiche. Una bassa umidità dell’aria, infatti, favorisce la creazione di cariche elettrostatiche. Ecco perché le scariche percepibili nella vita quotidiana sono spesso concentrate durante la stagione invernale. Per una corretta gestione dei componenti elettronici vale quindi quanto segue: se possibile, l’umidità relativa nelle zone da proteggere dovrebbe essere mantenuta su valori pari almeno al 30%. Un ulteriore rischio di ESD si nasconde nei materiali che vengono consegnati dai fornitori con cariche elettrostatiche diverse. Queste possono essere compensate all’arrivo della merce, quindi prima che il materiale giunga nel reparto di intralogistica, ad esempio con l’ausilio di ionizzatori.

Mezzi di produzione ed EPA: i principi di protezione dalle ESD nella pratica

Tra i principi di protezione dalle ESD, la norma CEI prevede anche l’allestimento di zone opportunamente protette dalle ESD. Tali zone vengono denominate anche EPA (Electrostatic Protected Area). I componenti elettronici possono essere manipolati o montati solo in queste aree. L’EPA si basa sul principio fondamentale che tutti i materiali utilizzati devono essere a conduzione elettrica e messi a terra con lo stesso potenziale. In questo modo, le cariche elettrostatiche e le differenze di potenziale possono essere evitate in modo sicuro. Un’EPA può essere una superficie definita, una singola postazione di lavoro o anche a un intero edificio.

L’allestimento di un’EPA (Electrostatic Protected Area) rientra tra i principi fondamentali per un’efficace protezione contro le ESD.

La protezione dalle ESD all’interno di un’EPA è garantita da diversi componenti. Per esempio, se collegato a un box di messa a terra ESD o a una spina di messa a terra ESD tramite un cavo di collegamento ESD, un bracciale ESD impedisce che le persone si carichino elettrostaticamente. Inoltre, un tappetino di rivestimento per tavoli ESD, anch’esso collegato al box o alla spina di messa a terra, protegge i componenti lavorati. I SystemMobil item, che grazie alla catena ESD di strisciamento hanno un contatto costante con il pavimento ESD, sono ideali per trasportare le merci perché in grado di dissipare le cariche elettrostatiche. Benché non diventi meno complessa, con le giuste soluzioni la protezione dalle ESD diventa relativamente semplice da implementare, ed estremamente redditizia, in particolare grazie alla netta riduzione del tasso di guasto dei prodotti.