Antistatik Elektronik Laboratuar Ortamı

 AT & T Bell Laboratuarları bilim adamlarına göre, günümüzdeki tüm elektronik malzeme arızalarının %25’i ESD (Elektrostatik Hassas Malzeme) hasarlarından oluşmaktadır. Çalışır durumdaki malzemelerin %50’sinin hasar görmesinin sebebi de ESD olayıdır. Dünyadaki ESD malzeme arızalarının günümüze kadar yaklaşık olarak toplam değerinin 25 trilyon dolar olduğu tespit edilmiştir .

İnsan vücudu bir direnç olduğu kadar aynı zamanda bir kondansatördür. Vücudumuzda en yüksek oranda statik yük oluşturan olaylardan biri, halı üzerinde yürümektir.

  Şekil 1.1 Ayak ile zemin arası statik yüklenme

Şekil 1.1’ de ayak ve zemin arasında oluşan kapasite etkisi gösteriliyor.

                                          DV = DQ / C       …………………………………[1.1]                                           

                                         DV =  [(DQ/C).(RC/Dt)].[1-e ^(-Dt/RC) ]……………  [1.2]

 Burada A ayağın alanı, E ayak ve zemin arasında (hava dielektrik ortamında) oluşan kapasitenin elektrik alanı, ΔV potansiyel farkı, Δq bir adımda oluşan yaklaşık statik yüklenmedir. Elektriksel alan ve sığa denklemleriyle, vücudun yaklaşık direnci R 100 M Ώ alınarak, bir adımdaki yüklenme miktarı yaklaşık 4 KV. olarak bulunur. Zamana göre yalıtkan halı üzerinde yürüme ile elde edilen yüklenme grafiği çizelge 1.1. de verilmektedir.

 Çizelge1.1. Vinylex halı üzerinde insan vücudunda oluşan statik yüklenme

İki farklı materyalin birbirine sürtünmesi sonucu ikisi arasında diferansiyel şarj (elektriklenme) olayı meydana gelir. Buna triboelektrik olayı denir. İnsan vücudunun kapasitesi erkeklerde 100 ila 300 pF, kadınlarda da 150 ile 500 pF arasındadır ve bu özelliğinden dolayı insan vücudu, özellikle nem oranı düşük ortamlarda yüksek gerilimli bir enerji ile yüklenir. Yüklü bir kimsenin yüksüz bir kimseye teması esnasındaki boşalma akımı bir kıvılcım (ark) oluşturacak kadar kuvvetli ve nükleer elektromagnetik darbeler kadar uzun bir süre (0.5 ila 20 nanosaniye) devam edebilmektedir. Çizelge1.2.’de insan vücudundaki elektriki büyüklükler verilmektedir. Saniyeler mertebesinde sürtünme ile oluşan bu statik yük, günlük hayatımızda her an yaşadığımız olaydır.

Çizelge 1.2. İnsan vücudundaki elektriki büyüklükler

İnsan vücudunun elektrik yükü kapasitesi 0.1 ila 5 mikro-Culon ve boşalma akımları da 10^-12 ila 10^-3  Amper mertebesindedir. En iyi şartlarda insan vücudunda 20,000 voltluk bir durugun gerilim bulunduğu varsayılırsa, böyle bir potansiyelin bir entegre devre bacağına temas etmesi halinde, girişine yaklaşık 20 milijoule’lük enerji verilir ki, bu giriş katının bozulması için yeterli bir güçtür. Üzerimizde binlerce volt statik yük mevcut iken, 250 Volt ile bozulabilecek CMOS yapılı elektronik malzemeye dokunulursa ömrü azalır veya kullanılamayacak hale gelir. Bazı elektronik devre elemanlarının bozulma eşik voltajları çizelge 1.3. gösterilmektedir.

Çizelge 1.3. Elektronik devre elemanlarının bozulma eşik voltajları 

1980'lerin sonuna doğru elektronik malzeme üreticilerinin ürettikleri cihaz ve malzemelerde arızaların oluştuğu görülüp, tehlikenin üzerinde duyarlılık eşiğine sahip elektronik malzemeleri, muhtemel ESD hasarlarından korumak maksadı bazı uluslar arası standartlar oluşturuldu. Uluslar arası belirlenen ESD şekli şekilde gösterilmektedir. Vücudumuzda indüklenen statik elektrik hem sağlığımıza hem de kullanmış oldukları elektronik cihazlara zarar vermektedir. Elektronik cihazları kullanma ve taşıma esnasında teknik personeller bilerek yada bilmeyerek üzerindeki statik yükten dolayı ona zarar vermektedir.

Elektronik sistem-kart üzerinde EEPROM hafıza malzemeleri var ise kesinlikle dokunulmamalıdır. 12 Volttan yüksek bir voltaj hafızalı malzemenin programına zarar verebilir. Bir çok programlı malzemenin ‘Write’ (yazma) bacağı, 10 Volt ile ‘Enable’(Aktif) olduğunda aktiflenen satırdaki bilgilerde 0 veya 1 bilgisi değerleri değişebilir, veri kaybı olabilir.

Yapılan araştırmalarda statik yükün aniden değil, 1 Mohm'luk direnç üzerinden, yavaş ve eğrisel olarak boşalması gerektiği görülmüştür. Standart boşalma süresi 3 saniye olarak tespit edilmiştir. Elektronik laboratuarda kullanmamız gereken malzemeler, elektrostatik yük oluşturmamalı, üzerimizdeki statik yükü uygun standartlarda toprağa aktarabilmelidir. Bu tecrübelerden yola çıkılarak elektronik malzemelerle çalışma yapılan tüm ortamlarda antistatik malzemeler kullanılarak, statik yüke karşı kesinlikle tedbir alınmalıdır. 

 Şekil1.2. Uluslararası ESD Sembolü

İletkenlerin alan direnci 10⁴-10⁵ ohm arasındadır ve hızlı yük boşalması sağlarlar, yalıtkanların alan direnci 10¹²  ohm'dan büyüktür ve tam bir statik yük kaynağıdır. Bu malzemelerin tam arasında  kalan empedans bölgesi, alan direnci 10⁶-10¹² ohm olan malzeme ise antistatik malzemedir. Elektronik malzeme ortamında sıklıkla kullanılan bazı antistatik malzemeler şunlardır; 

Poşetler: Metalik Poşetler; sürtünmeden dolayı elektronik malzemenin üzerindeki statik elektriği önler. 3 katmanlıdır; antistatik yüzey, iletken yüzey, antistatik yüzey. Antistatik poşetler şekil 1.3.’de gösterilmektedir.   

Şekil 1.3. Antistatik Poşetler

Pembe poşetler; statik elektriğin dağıtımını sağlar, tek katmanlıdır. Siyah poşetler; tek katmanlıdır, iletken ortam sağlar. Elektromanyetik dalgalar iletken ortamlardan geçemezler (Faraday Kafesi Özelliği) böylelikle manyetik hafıza barındıran sistemler korunmuş olur. İletken poşetler manyetik alandan bozulabilecek disket vb. malzemelerin taşınması için idealdir 

Ambalaj köpükleri: Pembe olan antistatik, siyah ise iletkendir. 

Masa örtüleri/kaplamaları: 10⁵  ve 10¹² arasında alan dirençleri vardır. GND (Toprak)’ye bağlandıkları iletken direnci 1 Megaohm’dur. Üç katmanlıdır bunlar; antistatik, iletken, antistatik katmanlardır. 

Antistatik bileklik kordonu ve kablosu: Sarı renkli kablo, mavi renkli karbon yedirilmiş bileklik ve kordondan oluşmuştur. Kullanıcı personeli topraklamak sureti ile elektronik kartların zarar görmesini önler. 1-2 Mohm'luk direnç teşkil eder, test cihazlarıyla kullanmadan önce test edilmeleri gerekir. 

Antistatik önlük ve ayakkabılar: Önlükler değişik boylarda, %89 naylon, %11 karbon alaşımlıdır. Karbon yedirilmiş kumaş, elektriğin iletkenliğini sağlar. Dışarıdan  yada kıyafetlerin oluşturacağı statik yüklenmeyi önler. Tek katmanlı ve iletken olmaları gerekmektedir. Bileklikle de bağlanabilecek şekilde dizayn edilmişlerdir.

Antistastik yer kaplamaları: Karbon yedirilmiş plastik alaşımlıdırlar. Taban bakır baralarla örülmüş ve topraklanmıştır. Yapışkanı karbonludur, iletim sağlanmış aynı zamanda yürüme esnasında statik elektrik oluşturması önlenmiştir. Özel iletken özelliği olan kimyasallar ile silinmedir. Özellikle deterjan vb. malzemelerle silindiğinde üzerinde çok ince yalıtkan tabaka oluşacağı düşünülerek,  kimyasal temizleyiciler yoksa yalnızca temiz nemli bez ile silinmelidir.

Antistatik kimyasallar: Elektronik Kart (PCB) temizleme kimyasalları olup çok çeşitleri mevcuttur. Ülkemizde de üretilmeye başlanmıştır. Halı, vinylex gibi malzemelere tatbik edildiğinde çok ince antistatik katman oluştururlar. Antistatik örtü, yer kaplaması gibi zeminlere sürüldüğünde antistatik özelliklerini artırır ve uzun ömürlü olmalarını sağlar. 

Bir odadaki cisim üzerindeki statik yük, hava yoluyla + ve - yüklü iyonlar gönderilerek de nötr hale getirilebilir. Bu sistemler pahalı olduğundan çok ekonomik çözümler olarak görülmezler. + ve – yüklü iyon üreteci bir sistem sayesinde, yüklü cisimlerin üzerine o cisimleri nötr edecek şekilde zıt yüklü iyonlar püskürtülür.

Yazar :

Önder ŞİŞER (M.Sc.E.E.E.)

R&E Elektronik Teknik Müdür

@Not: Bu yazıların tüm hakkı sayın Önder Şişer ’e aittir. İzinsiz yayımlanamaz, herhangi bir nedenle kullanılamaz.

 - Merkez -

R&E Elektronik Ltd.Şti. Basın Caddesi Seçil Sitesi No: 59/C Basınevleri / Ankara / Turkiye

        Tel: +90 312 326 04 14 (PBX)

Fax: +90 312 326 04 15

          info@reelektronik.com      

designed by R&E Elektronik Bilgi İşlem