ESD: definizione, abbreviazione e significato spiegati in modo semplice

ESD è un’abbreviazione che si incontra spesso negli ambienti industriali. Le tre lettere stanno per „electrostatic discharge“ (scarica elettrostatica).

Tutti, nella vita, abbiamo avuto esperienze tangibili con le ESD, ad esempio quando, afferrando una maniglia in metallo o stringendo la mano di un amico, ci è capitato di “prendere la scossa”. Ma iniziamo dal principio: qual è la definizione di ESD? Un ESD è una scarica elettrostatica che si genera quando tra due oggetti con cariche diverse ha luogo una compensazione incontrollata della carica elettrica. Le persone percepiscono tale scarica solo a partire da un valore di tensione di circa 3.500 Volt. Mentre per le persone una scarica di questa intensità può essere sì spiacevole, ma non pericolosa, nei componenti sensibili alle ESD (= ESDS: electrostatic discharge sensitive) la situazione è del tutto diversa: bastano infatti 5 Volt per causare danni che spesso vengono notati troppo tardi causando reclami e altre conseguenze sgradevoli. Per questo, le aziende che producono o lavorano tali componenti dovrebbero interessarsi delle ESD e delle relative misure di protezione sia elaborando un piano di sicurezza completo, sia utilizzando componenti a prova di ESD.

Come nasce concretamente una ESD (scarica elettrostatica)?

La formazione di cariche elettrostatiche è un fenomeno molto comune che si verifica quando due materiali con potenziale elettrostatico diverso vengono sfregati tra loro o separati. A volte è sufficiente che due materiali entrino semplicemente in contatto. In questo caso si parla anche di effetto triboelettrico, così chiamato dalla serie triboelettrica (vedere sotto). Dalla serie triboelettrica è possibile desumere l’intensità e la polarità di carica dei materiali. In altre parole: essa permette di capire immediatamente quali materiali hanno la tendenza a cedere elettroni e quindi a caricarsi positivamente. Durante una scarica elettrostatica, i materiali dell’area positiva della serie triboelettrica cedono elettroni ai materiali dell’area negativa. Nella parte inferiore della serie è l’inverso.

Spesso le persone si caricano semplicemente camminando normalmente. Le suole sfregano contro il terreno, soprattutto perché sono separate da terra ad ogni singolo passo.

Nei prodotti industriali si utilizzano numerosi di questi materiali “positivi”. Pertanto, dotarsi della necessaria protezione durante la fabbricazione e la manipolazione dei componenti sensibili alle ESD è di fondamentale importanza. Occorre tenere presente anche il fatto che la trasmissione della carica può avvenire anche attraverso materiale già carico nelle immediate vicinanze. Le persone, per esempio, si caricano camminando normalmente perché ad ogni singolo passo le suole non vengono solo sfregate contro il suolo, ma anche staccate da quest’ultimo. Nel corso dei processi triboelettrici si genera una tensione che attraverso gli indumenti raggiunge il corpo e viene accumulata nella pelle e nei capelli. Le calzature isolanti con suole di gomma e plastica rafforzano ulteriormente questo effetto. Le normali calzature da lavoro, quindi, non offrono una protezione sufficiente dalle ESD.

Importanza e conseguenze dei danni causati dalle ESD per le aziende

Il danneggiamento dei componenti elettronici dovuto alle ESD si verifica tipicamente se: la scarica si produce al contatto tra la persona e i componenti elettronici (ad esempio attraverso la mano e l’attrezzo) oppure al contatto tra componenti carichi. Il pericolo rappresentato dalle ESD interessa la quasi totalità dei componenti elettronici con circuiti integrati. Essi contengono infatti numerosi componenti elettronici semiconduttori collegati gli uni agli altri, ad esempio transistor, diodi e altri componenti attivi e passivi. A causa delle dimensioni microscopiche delle piste e delle strutture dei componenti elettronici, anche tensioni relativamente basse come quelle causate dalle ESD hanno conseguenze disastrose: la compensazione della tensione che ne deriva può quindi essere immaginata come un minuscolo fulmine. A peggiorare la situazione vi è la tendenza a una crescente miniaturizzazione dei componenti che inevitabilmente si accompagna alla riduzione della capacità di carico dei circuiti. In futuro, quindi, l’importanza della protezione dalle ESD è destinata ad aumentare:

Possibili conseguenze di un danno da ESD non rilevato

A causa dell’“invisibilità” delle ESD, i danni causati da tali scariche vengono spesso riconosciuti troppo tardi. Di seguito un esempio realistico: camminando nello stabilimento, in seguito allo sfregamento tra le scarpe e il suolo, un collaboratore ha accumulato nel proprio corpo una carica elettrostatica di circa 1.500 Volt. Non appena il collaboratore entra in contatto con un componente elettronico durante il processo di imballaggio, una scarica incontrollata colpisce i componenti elettronici danneggiando una pista microscopica di un chip. Tuttavia, la scarica non viene notata perché la tensione rimane al di sotto di 3.500 Volt, ma già una tensione di 50 Volt è sufficiente per causare danni. Dal momento che la pista ha subito solo danni lievi, per un certo periodo di tempo rimane intatta. Il difetto non viene riconosciuto neppure durante il controllo di qualità. Inizialmente, tutto funziona alla perfezione anche presso il cliente.

La perdita di immagine e di fiducia legata ai danni da ESD non deve essere sottovalutata.

Con il passare del tempo, tuttavia, gli impulsi di corrente prodotti durante il normale funzionamento peggiorano ulteriormente il danno causato dalle ESD. Alla fine, la pista risulta danneggiata a tal punto da causare un cortociurcuito. Il problema è che il danno si manifesta molto tempo dopo essersi verificato causando un guasto in un momento critico del processo di produzione. Quando si verificano danni di questo tipo, di norma servono circa 8 ore per individuare il componente difettoso e sostituirlo. Ai sensi della garanzia fornita, il produttore è tenuto a sostituire il componente, con conseguenti costi aggiuntivi. Ma questa non è l’unica conseguenza dei danni causati dalle ESD: anche la fiducia del cliente nell’azienda risulta compromessa. Per questo, è possibile che inizi a guardarsi intorno alla ricerca di un nuovo fornitore. Sono proprio il danno di immagine dell’azienda e la perdita di fiducia del cliente a non dover essere sottovalutati.

Uno sguardo all’EPA (Electrostatic Protected Area)/alla zona di protezione dalle ESD

Come fare, quindi, per evitare i danni causati dalle ESD e le relative conseguenze? Innanzitutto, è necessario redigere un piano dettagliato di protezione dalle ESD e nominare una persona responsabile del coordinamento centrale delle questioni legate alle ESD, della formazione dei collaboratori e della verifica regolare della funzione di protezione dalle ESD. Il whitepaper gratuito “10 regole d’oro per la protezione dalle ESD” illustra dettagliatamente cosa prevede un piano di protezione dalle ESD. In questo articolo ci limiteremo all’EPA (Electrostatic Protected Area), dal momento che questa mostra chiaramente i principi della protezione dalle ESD. Solo in quest’area, denominata anche “zona di protezione dalle ESD”, è consentito manipolare o montare i componenti elettronici. Al suo interno, infatti, tutti i materiali utilizzati devono essere a conduzione elettrica e messi a terra con lo stesso potenziale. Questo consente di evitare in modo mirato le cariche elettrostatiche e le differenze di potenziale. Esistono diverse varianti di EPA: può essere una superficie delimitata, una singola postazione di lavoro o anche un intero edificio.

Sebbene nell’UPA (unprotected area) vi sia accesso illimitato, solo il personale addestrato e i visitatori istruiti che indossano dispositivi di protezione possono entrare in un’EPA.

Particolarmente comodo: nel configuratore di postazioni di lavoro gratuito item è possibile definire e successivamente visualizzare l’EPA per un tavolo da lavoro ESD personalizzato senza alcuna difficoltà. In caso di posizionamento di componenti non sicuri in termini di ESD, il tool online avvisa espressamente l’utente. Anche l’area non protetta dalle ESD ha una denominazione ufficiale e la relativa abbreviazione: Unprotected Area o UPA. Mentre all’interno dell’area non protetta è possibile accedere senza limitazioni, all’EPA possono accedere solo il personale formato e i visitatori opportunamente istruiti dotati dei dispositivi di protezione. La manipolazione dei componenti sensibili è riservata ai collaboratori formati. All’interno dell’EPA è necessario rispettare speciali regole per l’imballaggio dei componenti sensibili alle ESD. Se per motivi legati alla tecnica di processo, all’interno di un’EPA è necessario utilizzare materiali caricabili, il campo elettrostatico prodotto da tali materiali non deve superare i 100 V/cm. In caso contrario, l’intensità del campo deve essere ridotta mediante misure aggiuntive come la ionizzazione o l’aumento dell’umidità dell’aria.

Pavimenti e calzature da lavoro contro le scariche elettrostatiche incontrollate

Il pavimento ESD è un componente fondamentale di qualsiasi EPA, ovvero di qualsiasi zona protetta contro le ESD. È messo a terra in modo conduttivo, così da garantire una dissipazione sicura delle cariche elettrostatiche. Ai sensi della norma DIN EN 61340-5-1 ff, un pavimento a norma ESD installato in maniera fissa si compone di diversi strati. La dissipazione verso terra è garantita da diverse bande di rame. Le aziende possono scegliere tra pavimenti ESD temporanei o installati in maniera fissa. Entrambi presentano vantaggi e svantaggi: un pavimento permanente garantisce lunga durata, proprietà costanti e, alle volte, anche estrema robustezza, ma i costi sono elevati. I pavimenti temporanei, al contrario, sono economicamente più accessibili e consentono di modificare rapidamente aree già arredate. Al tempo stesso, tuttavia, sono meno resistenti e presentano una durata limitata. Tutto dipende quindi dalla propria situazione specifica.

Le scarpe normali, comprese quelle da lavoro, spesso fungono da isolanti. Tuttavia, chiunque indossi scarpe conduttive o utilizzi cinghie di messa a terra delle scarpe collega il proprio corpo al pavimento ESD in modo conduttivo.

In considerazione della sua enorme importanza in termini di protezione contro le ESD, il pavimento ESD deve sempre essere mantenuto in prefetto stato. A tale proposito occorre tenere presente che i detergenti e i prodotti per la cura a base di cera non sono idonei. Anche le calzature da lavoro dotate di protezione contro le ESD hanno un’importanza decisiva. Se, infatti, le persone che camminano su un pavimento ESD conduttivo e messo a terra non hanno alcun contatto elettrico con il pavimento stesso, l’effetto voluto non si manifesta. Spesso le normali calzature, anche quelle da lavoro, fungono da isolanti. Chi, al contrario, indossa calzature conduttive a norma ESD oppure utilizza strisce di messa a terra per le scarpe, collega il proprio corpo al pavimento ESD in modo conduttivo dissipando in modo sicuro le cariche mentre cammina. Il collegamento elettrico del personale attraverso le calzature da lavoro deve essere verificato quotidianamente utilizzando speciali dispositivi PGT (Personnel Grounding Tester).

Prodotti speciali utilizzabili nell’EPA

Tutto ciò che in generale si applica all’EPA è d’obbligo anche per le postazioni di lavoro che si trovano in quest’area: per quanto possibile, i materiali caricabili non dovrebbero essere utilizzati nell’area adibita alla manipolazione. Nel caso in cui sia assolutamente necessario utilizzare telefoni o terminali IT, questi devono essere tenuti a distanza di sicurezza dall’area di manipolazione. In generale, l’intera area di lavoro dovrebbe essere conduttiva e messa a terra. Questo vale in particolare per:

• tavoli da lavoro
• sedie da lavoro
• armadiature inferiori
• cassetti
• scaffalature
• carrelli trasportatori

I tavoli da lavoro ESD, ad esempio, sono dotati di un piano conduttivo in volume. In un piano per tavolo ESD, la conduttività in volume è ottenuta utilizzando un pannello in truciolato con l’aggiunta di polvere di grafite. Grazie a particelle a base di carbonio, anche lo strato superiore del piano per tavolo è completamente conduttivo. Per la manipolazione in spazi di piccole dimensioni sono indicati anche i tappetini di rivestimento per tavoli ESD. Inoltre, durante il lavoro presso una postazione di lavoro ESD è necessario indossare un braccialetto ESD per la messa a terra delle persone. Che si tratti del piano del tavolo o degli accessori, l’intelaiatura per tavolo mette a terra tutti i componenti.

Attrezzi come cacciaviti, saldatori o dispositivi di misurazione entrano in contatto diretto con componenti sensibili alle scariche elettrostatiche.

Anche le vaschette a incastro, le cassette, le coperture e gli attrezzi devono essere realizzati in materiale conduttivo. Poiché attrezzi quali cacciaviti, saldatoi o strumenti di misura entrano in contatto diretto con i componenti sensibili alle ESD, se questi sono conduttivi, la carica può essere dissipata in maniera controllata. Per le sedie da ufficio è lo stesso che per le normali calzature da lavoro: dal punto di vista della protezione dalle ESD rappresentano un considerevole fattore di rischio. A causa dell’alto numero di materiali impiegati, spesso le sedie da ufficio non sono conduttive. Per questo, per lavorare nelle zone di protezione ESD sono necessarie sedie in grado di proteggere dalle scariche elettrostatiche ai sensi della norma DIN EN 61340-5-1:2009; parte 5-1 (allegato 1).

Carrelli a norma ESD per il trasporto e la predisposizione dei materiali

Sfregamento e movimento ovunque si guardi: la protezione dei componenti elettronici durante il trasporto e lo stoccaggio è fondamentale. Questa è garantita da speciali imballaggi schermanti, contenitori adeguati e soprattutto carrelli antistatici per la predisposizione e il trasporto dei materiali. La tecnica dei profilati e di collegamento item si presta in maniera ottimale a una progettazione antistatica perché è realizzata in alluminio. Inoltre, sono disponibili numerosi componenti sviluppati appositamente per proteggere dalle scariche elettrostatiche incontrollate. I carrelli di trasporto sono ulteriormente protetti da accessori quali catene ESD di strisciamento o ruote antistatiche. In linea di principio, tutte le postazioni di lavoro e le attrezzature di produzione a norma ESD sono sottoposte a una misurazione di controllo prima della consegna per verificarne la conduttività.

Le abbreviazioni più importanti nel campo della protezione dalle ESD

• ESD | electrostatic discharge: scarica elettrostatica
• ESDS | electrostatic discharge sensitive: sensibile alle ESD
• EPA | electrostatic protected area: zona di protezione dalle ESD
• UPA | unprotected area: area non protetta

Archivio di conoscenze gratuito sulle misure di protezione dalle ESD

Gli aspetti legati alla progettazione delle postazioni di lavoro di montaggio godono di un posto fisso nel blog item sin dal principio. Tutti gli articoli sono contenuti nella vasta categoria “Sistemi per postazioni di lavoro di montaggio”. Essa comprende anche articoli su ulteriori aspetti legati alle ESD, come la funzione EPA nel configuratore di postazioni di lavoro. Inoltre, una speciale pagina permette di scaricare fino a 4 contenuti gratuiti in formato PDF:

• Protezione dalle ESD: i principi spiegati con parole semplici
• Tavolo da lavoro ESD: sicuro, semplice e veloce da progettare
• Misure di protezione dalle ESD per l’industria
• ESD – Visible protection from invisible dangers
• Determinare i danni da ESD con il microscopio elettronico
• Configure ESD benches online with exceptional ease
• Quattro PDF nel mediacenter ESD: le 10 regole d’oro, i principi ESD, la configurazione di un’EPA, il piano di protezione dalle ESD nella pratica

Vorresti essere sempre aggiornato in materia di ergonomia e prevenzione ESD? Iscriviti al blog item utilizzando il box in alto a destra!