Tutto sui fenomeni elettrostatici

ATTUALITA' –

La XIV edizione del Convegno Nazionale ESD, organizzato dal Team Nazionale ESD e coordinato dal CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano), si è svolto lo scorso 16 maggio presso la sede Philips di Monza.

Velocità e impostazione dei moderni processi produttivi, i livelli tecnologici raggiunti e la natura isolante di molti materiali oggi utilizzati, portano a un cospicuo aumento delle situazioni in cui possono verificarsi accumuli di cariche elettrostatiche. Il problema delle cariche elettrostatiche si ripercuote in molti casi sulla bontà del prodotto finale, sulla resa produttiva e talvolta anche sulla sicurezza degli operatori.Il processo di accumulo di cariche elettrostatiche avviene in ogni occasione in cui materiali isolati vengono in contatto tra loro o si separato, provocando uno scambio di elettroni attraverso le loro superfici. Fenomeni classici osservabili nel quotidiano sono sotto lo sguardo di tutti noi, come ad esempio i lampi generati dalla scarica che avviene in seguito all'enorme accumulo di potenziale nelle nubi, o le fastidiose scosse che prendiamo toccando le maniglie delle portiere dell'auto. L'accumulo di cariche elettrostatiche avviene di preferenza negli ambienti a basso tenore di umidità e dove non è assicurata una adeguata messo a terra delle attrezzature e degli operatori. L'invisibilità delle cariche elettrostatiche induce spesso gli operatori a sottovalutarne la portata, trascurando quindi l'adozione delle necessarie contromisure per prevenirle. La valutazione relativa alle misure preventive da adottare si effettua con un attento esame dell'ambiente di lavoro, delle fasi di processo che vi si svolgono e dei materiali e attrezzature coinvolte. Superfluo sottolineare come il rischio elettrostatico sarebbe meglio indagarlo con l'aiuto di un esperto piuttosto che affidarsi al più casalingo metodo del “fai da te”.

L'opera del Team Nazionale ESD e del CEI
Con oltre un decennio di programmazione e in particolare dopo il successo dell'edizione 2011 tenutasi a Marostica, l'annuale appuntamento con i temi legati ai fenomeni elettrostatici si è ripresentato agli operatori e agli esperti del settore come un evento fondamentale per l'aggiornamento sulle ultime novità tecnologiche e normative.
Per il team ESD il Convegno ha rappresentato di contro l'occasione per recepire spunti e richieste utili tanto a migliorare il proprio lavoro quanto per individuare e focalizzare sempre più efficacemente le problematiche ESD.
Obiettivo del Convegno è da sempre la divulgazione della cultura ESD e la sensibilizzazione per una efficace gestione ESD in seno alle varie attività produttive.
Attraverso i vari interventi sono stati analizzati i criteri relativi alla protezione ESD (EPA-movimentazione) e gli elementi tecnici e amministrativi che caratterizzano la gestione di un programma ESD in linea con la normativa CEI EN 61340-5-1. Grazie alla partecipazione di Rainer Pfeifle, responsabile della delegazione tedesca in ambito IEC (International Electrotechnical Commission) sono stati illustrati i punti salienti riguardo la protezione attiva nell'ottica della normativa tecnica internazionale.
Alcuni aspetti nella gestione dei componenti Moisture-Sensitive Device (MSD), un argomento di notevole interesse a causa dell'aumento dei processi conformi alle direttive RoHS, sono inoltre stati trattati in affiancamento ai requisiti ESD delle apparecchiature automatiche e all'evoluzione dei sistemi di protezione in ambiente elettronico e ATEX.
Sono inoltre state esaminate le problematiche ESD sui sistemi di processo della linea di assemblaggio SMD. Dato che tutta la linea è esposta al fenomeno elettrostatico, anche le macchine più semplici, nella presentazione si è voluto dare le indicazioni per una soluzioni ottimale tesa ad evitare ogni tipo di ripercussione.

L'evoluzione della conoscenza nella protezione ESD
Storie parallele di insignificanze distruttive costellano l'evoluzione umana e il mondo della tecnologia non fa eccezione. Elementi apparentemente insignificanti sono spesso causa di devastanti fenomeni distruttivi. È stato così per importanti bolle finanziarie della storia, lo è ancora, quasi quotidianamente, per numerosi processi produttivi industriali a cui quello elettronico non fa eccezione. I fenomeni ESD, sebbene quasi impalpabili e assai meno evidenti di molte altre manifestazioni distruttive, possono creare perdite anche pesanti nei bilanci delle aziende di produzione elettronica.
Le dimensioni economiche di questi disturbi e le strategie di come minimizzare le perdite e massimizzare i ricavi utilizzando le giuste misure preventive e le cure adatte a limitare i danni dei fenomeni ESD in una moderna azienda di produzione elettronica, sono stati gli argomenti trattati da Riccardo Busetto di PCB Magazine (da anni media partner del convegno ESD) in una delle prime relazioni della giornata.
Il tema della ionizzazione, trattato da Rainer Pfeifle ha descritto invece come utilizzare i vari sistemi in un'area EPA per minimizzare il fenomeno ESD. La presentazione ha passato in rassegna la qualifica e la verifica delle tecnologie disponibili in riferimento alla normativa IEC 61340-5-1 e i metodi di test in base alla IEC 61340-4-7.
I sistemi che fanno parte della linea di assemblaggio e saldatura SMT possono avere un impatto ESD più o meno significativo; occorre pertanto prestare attenzione a come installare tutte le macchine di processo, anche le più semplici come gli elementi di trasporto dei pcb. L'intervento incentrato sulle macchine di assemblaggio ha esaminato le problematiche specifiche ESD sulle macchine di processo della linea produttiva, presentando le possibili soluzioni per ridurne l'impatto. Protezione ESD, ma anche protezione meccanica; argomenti trattati in merito al packaging. Attenzione a spessori, peso e prestazioni per poi scegliere correttamente il tipo di cartone. Non solo scatole, ma anche interni dedicati per progettare l'imballo ottimale in relazione al prodotto da proteggere. L'impiego del cartone ondulato rappresenta inoltre e da sempre una scelta ecosostenibile.

L'impatto dell'umidità nei processi conduttivi
L'influenza dell'umidità sull'affidabilità dei componenti elettronici è generalmente sottovalutata, o spesso semplicemente sconosciuta. I dispositivi sensibili all'umidità (MSD) sono componenti elettronici incapsulati con resine di molding igroscopiche. L'umidità presente nell'ambiente penetra in questo rivestimento plastico per diffusione.
Il processo Lead-Free, per via delle più alte temperature di lavoro, incrementa il problema MSD in modo sostanziale. I guasti associati all'umidità possono essere molto dannosi e pertanto si richiede che i produttori investano tempo ed energie nel trovare una soluzione efficace al problema.
La normativa di riferimento per la protezione dei componenti sensibili all'umidità è la IPC/JEDEC J STD 033 B.1, che ha come obiettivo la salvaguardia della produttività e la protezione dei componenti MSD, gestita anche attraverso l'impiego di buste barriera.

Un'esperienza concreta
Lo stabilimento Magna di Campiglione Fenile ha avuto una trasformazione radicale, passando da realtà di assemblaggio prettamente meccanico a quella di assemblaggio elettromeccanico. Questa migrazione ha comportato non solo un completo rifacimento del layout di stabilimento, ma la strutturazione di reparti con criteri adatti a recepire la movimentazione e l'utilizzo di assemblati e componenti elettronici. Il progetto ha visto la creazione di specifiche aree EPA e l'attivazione di un programma ESD completo dei relativi piani di controllo e mantenimento. L'operazione più onerosa è stata la diffusione della cultura ESD a tutto il personale mediante una serie di sessioni di training.
Tra le motivazioni che hanno portato l'azienda piemontese all'attivazione del programma rientrano sicuramente la richiesta del cliente e la necessità di garantire un elevato livello di qualità del prodotto, motivazioni sicuramente condivise dalla maggior parte di aziende che operano nel campo dell'elettronica professionale.

La normativa ESD, da come e perché si origina all'evoluzione degli standard
L'intervento del CEI si propone di far luce brevemente sul processo di creazione della normativa tecnica e sulle motivazioni che stanno alla base della sua origine.
Nell'intervento sono presentate le modalità organizzative, le risorse, le regole e i meccanismi che stanno alla base dello studio, della preparazione, della diffusione e manutenzione della normativa, sottolineando quali sono le aree di intervento e gli obblighi dei Comitati Nazionali.
Particolare attenzione viene dedicata alle ragioni e alle motivazioni che innescano i progetti normativi. Si evidenzia come le norme siano originate da motivazioni sia tecniche che di prestazioni, da motivazioni sociali e politiche, con queste ultime che vanno assumendo sempre più importanza, con notevoli ripercussioni tanto sul mercato quanto sugli operatori coinvolti. La normativa CEI EN 61340-5-1 è in continua evoluzione e ad essa si fa riferimento per garantire la protezione ESD, attraverso sistemi attivi e passivi, all'interno delle aree EPA. Il meeting IEC 101 (Wg5) tenutosi a New York nel giugno 2011, , attraverso l'analisi e la discussione del documento IEC 101/333/CD, ha posto le basi per una nuova emissione della normativa ESD in linea con l'evoluzione tecnologica.

Flooring
Il sistema di pavimentazione negli ambienti controllati riveste un'importanza particolare, non solo per via del suo peso economico, ma anche per la necessaria gestione integrata degli aspetti tecnici, manutentivi e di sicurezza ambientale.
 Il primo degli interventi su questo tema ha illustrato come gestire il processo di scelta di una pavimentazione ESD resiliente, per ottenere i massimi risultati in termini di prestazioni elettriche, abbattimento dei costi e sicurezza degli operatori.Nella trattazione si fa riferimento ad esperienze concrete che consentono di esplorare gli aspetti critici relativi alla sicurezza degli operatori, citando le collegate norme vigenti in materia di qualità ambientale; tra queste le possibilità offerte dalle certificazioni internazionali in tema di sostanze volatili organiche, pericolose per l'uomo e l'ambiente. Di particolare interesse i metodi per condurre una manutenzione adatta a mantenere inalterato il valore e le prestazioni delle pavimentazioni installate, minimizzando il più possibili i costi di gestione lungo l'intero ciclo di vita del prodotto. Per quanto riguarda le emissioni di sostanze organiche volatili, sono ormai diversi anni che chi produce pavimenti deve assicurare dei limiti sulle emissioni.
Oggi le norme della serie ISO 16000, le linee guida di DIBt e AgBB rappresentano lo stato dell'arte per la garanzia della salubrità dell'aria negli ambienti dove il pavimento è stato posato. A confermare di come questo sia un argomento ancora in evoluzione, a,breve la normativa francese obbligherà a identificare, mediante etichettatura sull'imballaggio, la classe di emissione di ogni pavimento commercializzato nella nazione. Vi sono tuttavia applicazioni in ambienti EPA particolari come per esempio nell'industria aerospaziale, nella produzione di microchip o di hard disk, che già dagli anni '90 richiedono lo stesso tipo di assicurazioni, ma con limiti molto più stretti e con test più severi. E' noto infatti che i prodotti manipolati in questi ambienti sono per loro natura estremamente più sensibili del corpo umano al contatto con le emissioni di VOC.
Una pavimentazione funzionale deve avere proprietà ben precise e durevoli per tutta la sua vita utile, o che possano essere facilmente ristabilite mediante una manutenzione non eccessivamente onerosa. Queste caratteristiche devono valere anche per le proprietà antistatiche richieste alle pavimentazioni installate in EPA. Un pavimento, conduttivo o statico dissipativo, con il quale le persone e gli oggetti mobili sono in contatto, costituisce una efficace protezione passiva utilizzata per garantire l'equipotenzialità delle postazioni all'interno dell'area protetta. A questo riguardo sono illustrate le regole fondamentali per una buona progettazione e posa, con diretto riferimento ai temi dell'eco-sostenibilità e della sicurezza negli ambienti di lavoro. In ambienti ESD esistono anche soluzioni resinose specifiche che permettono di scaricare attraverso punti di messa a terra le correnti elettrostatiche. Ambienti tipici che richiedono queste caratteristiche sono per esempio le sale operatorie, i centri di elaborazione dati, le linee di montaggio e i magazzini di prodotti elettronici o infiammabili, i laboratori chimici e così via. L'applicazione della resina consente di ottenere superfici e ambienti puliti e meglio pulibili, colorati e accoglienti, sicuri, con bassi costi di manutenzione e un ottimo impatto estetico, con facile definizione del layout aziendale (camminamenti, zone di produzione, attraversamenti pedonali), con la possibilità di realizzarli senza smantellamento del pavimento esistente. Uno degli interventi illustra appunto la possibilità di applicazione delle pavimentazioni resinose su supporti difficili e in ambienti sottoposti a carichi pesanti. Nello specifico è opportuno sottolineare che, mediante un'accurata analisi del supporto e delle sue caratteristiche, è possibile adottare soluzioni in grado di dissipare le cariche elettrostatiche, ottenendo nel contempo elevate prestazioni di tipo meccanico e chimico, anche in presenza di risalita capillare di umidità dal terreno.

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