UNIVERSITATEA LUCIAN BLAGA din SIBIUFACULTATEA DE INGINERIE Hermann Oberth

REFERAT

Tehnologia Echipamentelor Electrice

Tehnologia ESDCOORDONATOR:

CONF.DR.ING. POPESCU LIZETASTUDENT:

COMANAC VLAD - NICOLAE

2011

1

CUPRINS

1. Tehnologia EDS 2. Fenomenul electrostatic 3. Cum putem preveni ESD 4. Exemple de generari electrostatice 5. Materiale electrostatice 6. Metode si echipamente de protectie ESD 7. Echipamente de protectie ESD 8. Tehnologia de protectie ESD a unei hale de producere a PCB-urilor 9. Concluzie 10. Fisa tehnologica

2

Tehnologia ESDTehnologia ESD este practic folosita in transformarea unui mediu de lucru periculos din punct de vedere static, intr-un mediu sigur. Acest mediu de lucru se imparte in doua categorii: -mediul de lucru din punct de vedere organizatoric, in care doar anumite persoane au dreptul de a intra, sau folosind accesul limitat cu anumite zone de siguranta dupa cum vedem in figura de mai jos, banza galbena reprezinta un culoar prin care se poate circula in siguranta.

Fig.1 Culoar de circulare marcat -mediul de lucru structurat din punct de vedere tehnic, in acest mediu de lucru se pune baza pe normele de ITC. Aceste norme se refera la utilarea spatiului de munca cu diverse dispozitive de protectie.

3

Fig.2 Mediu de lucru protejat ESD

Figura 3. Simbolul principal pentru protectia ESD Acest simbol contine un standard IEC 61340-5-1 ; ANSI/ESD 20 :20 fiind standardul de protectie la tensiuni electrostatice. Standarul ANSI/ESD 20 :20 ne zice ca orice personal care lucreaza in conditii sensibile la tensiuni electrostatice trebuie instruit in a se feri de astfel de situatii si de a adopta un echipament de protectie adecvat. Din aceste doua idei principale putem deduce ca protectia ESD se face in asa fel incat orice stand de lucru sa fie echipat cu echipamente rezistente la EDS, dar se va face si pe plan organizatoric, ceea ce inseamna ca personalul trebuie sa poarte echipament de protectie adecvat dar sa respecte si anumite trasee prin fabrica. Tehnologia ESD consta in protejarea echipamentelor electronice impotriva tensiunilor electrostatice. Aceasta tehnologie ne ajuta in urmatoarele feluri: micsorarea pieselor defecte - marirea gradului de protectie4

- micsorarea riscului de a produce piese defecte - marirea sigurantei (in a avea un produs functional) - marirea productiei, datorita scaderii timpilor de verificare si chiar inlaturarea umor tipuri de verificari. Procesul protectiei ESD cuprinde urmatorii pasi : - utilarea mobilieruli de lucru cu echipament antistatic si protejat impotriva tensiunilor electrostatice - utilarea sectiei de lucru cu o podea protejata antistatic. (rasina) - utilarea personalului cu echipamente de lucru antistatice Controlul echipamentului de protectie antistatic ESD se va face dupa urmatoarea schema :

Fig. 4 Schema de controlu al echipamentului de protectie antistatic ESD Principali factori care influenteaza descarcarile de tensiuni antistatice sunt : umiditatea, de aceea trebuie sa existe un climat stabil la o anumita temperatura in incinta in care se va lucra cu echipamentele sensibile din punct de vedere antistatic., tipul de materiale folosite, gredul de protectie ESD oferit de catre echipamentul de protectie. ESD inseamna prescurtarea pentru electrostatic discharge, ceea ce inseamna descarcari electrostatice. Descarcarea electrostatica este unul dintre putinele lucruri pe care o persoana o poate face pentru a distruge sau a avaria un computer sau componente hardware. Asemanator ca si micul arc electric pe care il putem produce daca ne frecam picioarele de un covor sintetic si am atinge un metal. ESD poate aparea cand lucram la un computer si ne va influenta componentele pe care le atingem, le va face sa nu mai functioneze corect, chiar sa le si distruga. ESD poate aparea fara ca utilizatorul sa simta micul arc electric, si va aparea doar cand lucram in interiorul unui computer sau in timp ce manipulam un card de expansiune. Luand in calcul fenomenul producerii curentilor electrostatici in aproximativ orice conditii de lucru, trebuie sa avem o anumita protectie impotriva lor. Aceasta protectie se va realiza in mai multe metode, care vor limita tensiunile electrostatice5

produse de catre personalul uman la anumite valori nepericuloase pentru echipamentul folosit. Protectia prin podea izolata electrostatic cu rasini, se va realiza in modul urmator, podeaua(substratul) va fi acoperita de un strat de grund care va produce un strat de izolare impotriva agentilor corozivi. Dupa acest strat de grund va urma o banda de impamantare, care va traversa spatiul de lucru de la un capat la celalt, aceasta banda va avea rolul de a prelua sarcinile pozitive produse de catre personalul care va lucra pe aceasta podea. Peste aceasta banda de impamantare va veni un strat de material conductor, care ca prelua toate sarcinile pozitive si le va indruma spre banda de impamantare. Peste stratul de material conductor urmeaza stratul de material care va reduce producerea de tensiuni electrostatice la personal, acest strat va fi format dintr-o rasina rezistenta din punct de vedere electrostatic si mecanic. (trafic) O urmatoare metoda de protectie va fi utilizarea de catre personal, echipament de protectie ESD, din care putem enumera: manusi speciale, pantofi speciali, halate speciale, benzi de mana, plase pentru par (daca este cazul). Locul de munca protejat antistatic, va trebuie sa contina si mobilier special construit avand incorporat in el protectii antistatice, aceste protectii pot fi: masa de lucru acoperita de un strat epoxidic (rasina) antistatica, legata la impamantare, mufa speciala pentru conectarea bratarii de mana la impamantare, insasi masa de lucru trebuie sa fie din materiale non conductoare de electricitate, precum PVC-ul, legat la impamantare pentru a preveni o incarcare antistatica a materialului. Manusile speciale anti descarcari electrostatice, vor proteja echipamentele electrice la contactul direct cu personalul incarcat electrostatic, aceste manusi sunt creeate dintr-un material special care preia tensiunile electrostatice produse si le indreapta spre impamantare. Benzile de mana sunt niste benzi care se infasoara in jurul inchieieturilor, care au un contact care se va lega la contactul de impamantare. Acest lucru va duce la o incarcare electrostatica mai mica asupra mainilor. Plasele pentru par, sunt niste echipamente care reduc incarcarea electrostatica datorita parului. Aceste echipamente sunt des folosite de catre personalul cu par lung, deoarece intre firele de par lung exista multa frecare, ceea ce va produce tensiuni electrostatice, din acest lucru putem zice ca si o imobilizare a parului va produce o anumita protectie antistatica. Ca o concluzie un loc de munca protejat din punct de vedere electrostatic va trebui in asa fel organizat incat tot personalul sa aiba echipamente de protectie adecvate din punct de vedere electrostatic, dar si masiinariile si posturile de lucru sa contina aparate si bancuri de lucru protejate si legate la impamantare, in caz de o descarcare electrostatica, aceasta tensiune sa se descarce la pote tialul zero al pamantului. Fenomenul electrostatic Electricitatea static este definit ca o ncrcare electric cauzat de un dezechilibru al electronilor de pe suprafata unui material. Acest dezechilibru al6

electronilor produce un cmp electric care poate fi msurat si care poate influenta alte obiecte de la distant. Descrcarea electrostatic este definit ca un transfer ntre corpuri la potentiale electrice diferite. Cum putem preveni ESD ? Cea mai buna metoda de a preveni descarcarile electrostatice este de a folosi brar sau de a folosi un covora de mpmntare sau tabel. Cu toate acestea, pentru c majoritatea utilizatorilor nu au acces la astfel de articole, am inclus paii de mai jos pentru a ajuta la reduce ansele de a ESD ct mai mult posibil. Potential de Zero - Cel mai important, asigurai-v c i dumneavoastra si computerul sunteti legati la potenial zero prin atingerea n mod continuu o suprafa de metal nevopsit a asiului sau a sursei calculatorului. Statul in picioare statul in picioare, este foarte important atuncea cand lucrati la un computer. Asezandu-va pe un scaun se poate produce un camp electrostatic mai mare. Cablurile Asigurativa ca toate cablurile sunt inlaturate din spatele computerului, deoarece toate acestea pot induce curenti electrostatici. Hainele Asigurativa ca nu purtati haine din materiale sintetice, deoarece acestea sunt bune conducatoare de curenti electrostatici. (exemplu un pullover de lana). Conditiile meteo Furtunile electrice pot mari riscul producerii descarcarilor electrostatice, daca nu este absolut necesar, incercati sa nu folositi computerul in timpul acestora. Accesoriile Pentru a reduce riscul descarcarilor electrostatice si pentru a preveni alte probleme, este o idee buna in a inlatura toate bijuteriile.(deoarece ele sunt de obicei bune conducatoare de curent). Modul in care putem produce curenti electrostatici si materialul si tensiunile proximative , sunt dupa cum se vede in tabelul urmator : Tab.1 Exemple de generri statice : Moduri de Generare Traversarea pe un covor Traversarea pe podea de faianta Muncitor la locul de munc Punga de polistiren ridicat de la locul de munc Nivele tipice de tensiune 10-25% RH 65-90% RH 35,000 V 1,500 V 12,000 V 6,000 V 20,000 V 250 V 100 V 1,200 V

7

Scaun cu spum uretanica

18,000 V

1,500 V

Atunci cand materielele sunt puse in aontact apoi separate, se va produce un transfer de electronii incarcati negativ de pe suprafata unui material pe suprafata celuilalt. Transferul de electroni fiind diferit de la un material la altul. Acel material care va pierde electroni va fi incarcat pozitiv, iar celalalt care va primi electroni, va fi incarcat negativ. Acest transfer de electroni producand un potential electrostatic, care se va masura in volti.(de ordinea KV). Tab.2 Materiale electrostatice, in functie de incarcarea lor Blan de iepure Sticla Mica Par omenesc Nailon Lana Blana Grafit Matase Aluminiu Hartie Bumbac Hotel Lemn Chihlimbar Ceara de sigiliu Nichel, arama Alama, argint Aur, platina Sulf Matase artificiala Poliester Celuloid Silicon Teflon

+ Pozitiv

Negativ -

Incarcarea electrostatica a unui material mai poate fi produsa si prin alte modalitati, dupa cum urmeaza: prin contactul cu alt materialincarcat(pozitiv sau negativ), prin inductie sau prin bombardament ionic.8

Cu toate acestea, incarcarea triboelectrica este cea mai des intalnita, ea se produce atunci cand doua piese intra in caontact apoi se separa. Din tabelul de mai sus putem zice ca, atunci cand doua materiale din acest tabel, aflate la capetele opuse (pozitiv si negativ) vor produce un potential electric mai mare, o tensiune electrostatica mai mare. Un material poate fi: - conducator - izolator - static izolatoare Materialul conducator detine o rezistenta electrica scazuta, ceea ce inseamna ca permite destul de usor trecerea unui flux de electroni atat pe suprafata materialului cat si in interiorul lui. Atunci cand un material conducator va fi incarcat electrostatic, aceasta incarcare va fi uniform distribuita pe toata suprafata materialului. Materialul izolator este un material care limiteaza fluxul electronilor in interiorul lui cat si pe suprafata acestuia. In cazul materialului electroizolant incarcarea electrostatica va fi produsa doar pe suprafata lui, dar incarcarile electrostatice nu vor fi niform distribuite. Incarcarea electrostatica al acestui material poate rezista o perioada lunga de timp, deoarece electronii nu se pot plimba foarte usor pe suprafata materialului electroizolant. Materialele static izolatoare sunt niste maiteriale cu o rezistenta electrica cuprinsa intre valorile materialelor conductoare si cele izolatoare. Aceste materiale sunt caracterizate prin faptul ca, fluxul de electroni atat din interior cat si de pe suprafata acestora este controlat de rezistenta materialului.

1. Metode si echipamente de protectie ESDGenerarea de electricitate statica este provocata in general de carte oameni, prin simplul act de a merge sau de a repara diverse obiecte se poate genera tensiuni de mi de volti. Aceasta tensiune daca nu este controlata poate duce la distrugerea unui dispozitiz sensibil la aceste descarcari electrostatice. Cele mai importante metode de protectie impotriva descarcarii electrostatice sunt: - Imbracamintea: - Benzile de mana - Papucii ESD -Locul de munca: - Podele protectoare - Protectia prin impamantare Benzile de mana, sunt practic cele mai importante metode de a controla descarcarile electrostatice a personalului, deoarece majoritatea descarcarilor se produc prin intermediul mainilor. Aceasta banda protectoare realizeaza aducerea la acelasi potential a omului cu pamantul. Benzile de mn au dou componente, manseta care nconjoar ncheietura persoanei si cordonul care conecteaza manseta la punctul comun de pmntare. Majoritatea benzilor au ncorporate n captul cordonului, care face legtura dintre manseta si pmntare, un rezistor de limitare a curentului. Rezistorul cel mai des9

folosit este cel de 1 megaohm, cu 250 volti. Benzile de mn trebuiesc testate ct mai des. Testarea zilnic si monitorizarea continu este recomandat. Papucii ESD impreuna cu podeaua protectoare, aceste doua protectii impreuna asigura disiparea incarcarii electrostatice, in asa mod incat incarcarea electrostatica a personalului fiind minima. Protectia prin impamantare presupune ca orice obiect care vine in contact cu impamantarea sa nu aiba o rezistenta mai mare decat 35 megaohmi sau mai putem zice ca nu putem avea o incarcare electrostatica mai mare de 100V de catre o persoana.

2. Echipamente de protectie ESD

Fig. 5 Incaltaminte speciali cu protectie ESD

10

Fig. 6 Talpa incaltamintelos cu protectie ESD

Fig. 7 Manuse sepciala cu microfibre cu protectie ESD

11

Fig. 8 Podea cu protectie ESD

3.

Tehnologia de protectie ESD a unei hale de producere a PCB-urilor

Avand in vedere sensibilitatea la tensiuni electrostatice a conponentelor folosite in producerea PCB-urilor, trebuie sa avem o metoda de protectie foarte bine pusa la punct. Pentru a transforma un mediu de lucru intr-un mediu sigur avem nevoie de masuri luate din punct de vedere material (dotari) dar si din punct de vedere managerial (instruirea personalului). In cazul nostru la o hala care va produce PCBuri vom avea nevoie de urmatoarele tipuri de protectii care vor trebui adoptate pentru a putea avea un mediu de lucru sigur. Prima masura va fi, hala de productie va trebui sa aiba un microclimat stabil independent de conditiile de dinafara, pentru a reduce posibilitatea de a avea impuritati in aer sau particule incarcate electrostatic.

12

Fig.9 Aparat de filtrare a aerului Pe langa protectia mediului microclimatului stabil, este obligatoriu de a avea toate masinariile, masinilor-unelte legate la nulul de protectie (impamantare), pentru a evita o eventuala descarcare electrostatica asupra componentelor electronice. Pe langa masinarii trebuie sa mentionam ca si bancurile de lucru unde operatorii executa mici operatii trebuiesc legate la impamantare. Pe langa aceasta legare trebuie sa existe si o priza de impamantare separata unde personalul se va lega la aceasta prin intermediul diverselor echipamente de protectie. Protectia prin impamantare presupune ca orice obiect care vine in contact cu impamantarea sa nu aiba o rezistenta mai mare decat 35 megaohmi sau mai putem zice ca nu putem avea o incarcare electrostatica mai mare de 100V de catre o persoana.

Fig. 10 Contacte de impamantare pentru echipament ESD Echipamentele de protectie intr-o hala in care se vor produce PCB-uri vor fi urmatoarele, papuci speciali izolati din punct de vedere electrostatic Fig. 5-6. Papucii ESD impreuna cu podeaua protectoare Fig. 8, aceste doua protectii impreuna asigura disiparea incarcarii electrostatice, in asa mod incat incarcarea electrostatica a13

personalului fiind minima. Benzile de picior, care vor avea ca efect scaderea tensiuni electrostatice produse datorita miscarii si frecarii picioarelor. Benzile de mana Fig. 11 sunt niste benzi care se infasoara in jurul inchieieturilor, care au un contact care se va lega la contactul de impamantare. Acest lucru va duce la o incarcare electrostatica mai mica asupra mainilor. Aceasta banda protectoare realizeaza aducerea la acelasi potential a omului cu pamantul, benzile de mn au dou componente, manseta care nconjoar ncheietura persoanei si cordonul care conecteaza manseta la punctul comun de pmntare. Majoritatea benzilor au ncorporate n captul cordonului, care face legtura dintre manseta si pmntare, un rezistor de limitare a curentului. Rezistorul cel mai des folosit este cel de 1 megaohm, cu 250 volti. Benzile de mn trebuiesc testate ct mai des. Testarea zilnic si monitorizarea continu este recomandat.

Fig. 11 Banda de mana Un alt echipament de protejare din punct de vedere electrostatic a personalului unei hale de productie a PCB-urilor este imbracamintea speciala ESD din materiale neutre din punct de vedere electrostatice.

Fig.12 Halat ESD Echipamentul de protectie a membrelor care intra in contact direct cu o piese electronica si care este de o importanta majora sunt manusile ESD. Manusile14

speciale anti descarcari electrostatice, vor proteja echipamentele electrice la contactul direct cu personalul incarcat electrostatic, aceste manusi sunt creeate dintr-un material special care preia tensiunile electrostatice produse si le indreapta spre impamantare.

Fig.13 Manuse ESD Din punct de vedere organizatoric intr-o hala de productie a PCB-urilor vom avea o ordine inetrioara bine pusa la punct, in sensul ca, personalul va circula doar pe trasee prestabilite si marcate, pentru a reduce riscul incarcarii electrostatice si de a minimaliza contactul cu alte utilaje sau parti de mobilier cand nu este legat la contactul de impamantare cu ajutorul benzilor de mana.

ConcluzieDin punct de vedere al protectiei ESD o hala industriala care produce PCB-uri va trebui protejata atat la nivelul personalului, prin implementarea de anumite reguli de circulare atat cat si prin utilizarea de echipament de protectie special adecvat pentru a evita descarcari electrostatice. Masurile care vor trebui luate vor fi masuri tehnicoadministrative si vor fi implementate pe intreaga hala.

15

Planul de operatiiPlan de operatii ntreprinderea: Facultatea de Inginerie Hermann Oberth Nr. reper : 1 Verificat : Popescu Lizeta Aprobat: Popescu Lizeta Data: 28.11. 2011

Denumire produs : PCB ntocmit : Comanac Vlad - Nicolae Necesar pt. 1000 buc. reper: 400 grame Denumire material : cauciuc Nr. Operaia operaie 1 2 3 Pregatirea programului Implementarea programului Introducere de coordonate ale produsului de cositorit Introducere coordonate barcodului in functie de punctul zero al placii Se masoara punctul de referinta Se introduc caracteristicele barcodului (marimea) Se introduce placa in Matrita Se porneste programul Se verifica placa Se scaneaza placa de camera modul Se ambaleaza placa Atelierul A1 A2 A2 Maina unealt PC Asezare piese Baie de cositorire cu reflow

Valabil pt. seria de: 10000 buc/saptmn Dimensiuni : L=250mm l=45mm h=50mm Calificarea munci-torilor Inginer proiectant Inginer de proces Inginer de proces Nr. de buc. Pre-lucrate si-multan 1 1 1 Timpul normat (min) 25 1 2

4

A2

Matrita laser Inginer de test

1

4

5 6

A2 A2

Matrita laser operator Matrita laser operator

1 1

3 5

7 8 9 10 11

A2 A2 A3 A3 A4

Matrita laser operator Matrita laser operator Banc de probe Banc de probe Manual tehnician operator operator

1 1 1 1

1 1 3 1 6

16

Bibliografie1. Popescu L. Tehnologia echipamentelor electrice, Editura Alma Mater, Sibiu 2008 2.Popescu L. Materiale electrotehnice, Editura Alma Mater, Sibiu 2008 3.Popescu L. ndrumtor de laborator - Tehnologia echipamentelor electrice, Editura Alma Mater, Sibiu 2009 4. Electrostatic Discharge Control Owen McAteer, 1990 5.http://www.esda.org/documents/2010ElectrostaticDischargeRoadmap.pdf 6. Electrostatic Discharge and Electronic Equipment: A Practical Guide for Designing to Prevent ESD Problems Warren Boxleitner, 1988 7. ESD Program Management: A Realistic Approach to Continuous, Measurable Improvement in Static Control Ted Dangelmayer, 1999 5.. www.google.ro 6.. www.wikipedia.org 7. http://www.esd-rom.ro/ 8. http://www.esda.org/ 9. http://www.esd.eu/

17