Staattinen sähkö on riski elektroniikalle

Staattisen sähkön aiheuttamat sähköiskut esimerkiksi vaatteista ovat pikkujuttuja, mutta saattavat elektroniikkatuotannossa aiheuttaa suuriakin taloudellisia menetyksiä. Nyt staattiselta sähköltä suojautumiseen on kehitetty Tampereella uusia ratkaisuja ja menetelmiä.

Staattisen sähkön purkaukset (Electrostatic Discharge, ESD) ja sähkömagneettiset pulssit saattavat pahimmillaan aiheuttaa elektroniikkateollisuudelle kymmenien prosenttien tuotantotappiot. Staattisen sähkön ilmiöt ovat arkipäivää erityisesti Suomen kaltaisissa maissa, joissa varsinkin talvella materiaalit kuivuvat, varautuvat hangatessa ja ”sähköiset” vaatteet rätisevät puettaessa.

’’Nämä ihmisille harmittomat pienet sähkökipinät voivat olla voimakkuudeltaan tuhansia kertoja voimakkaampia kuin ne, jotka riittävät rikkomaan elektroniikkalaitteissa käytettäviä puolijohde-elektroniikkakomponentteja’’, aiheesta viime vuoden lopulla Tampereen teknillisessä yliopistossa väitellyt Pasi Tamminen (kuvassa) havainnollistaa.

Tamminen on tutkinut staattisen sähkön purkausten riskejä elektroniikan valmistuksessa. Hänen väitöskirjansa tarkastettiin Tampereen teknillisessä yliopistossa. Kyseessä on ensimmäinen ESD-riskejä elektroniikan kokoonpanon alueella tarkasteleva väitöstutkimus.

’’Elektroniikan kokoonpanossa esiintyy edelleen ESD:n aiheuttamaa elektroniikan vikaantumista ja kertaluontoisten sähkömagneettisten pulssien aiheuttamia tietojärjestelmien häiriintymisiä, vaikka näitä vastaan on rakennettu suojamenetelmiä’’, kertoo Pasi Tamminen.

Valmiissa tuotteissa elektroniikka on melko hyvin turvassa ulkoisilta sähkömagneettisilta häiriöiltä tuotteen suojakuorten ja sisäänrakennettujen suojakomponenttien vuoksi. Kokoonpanossa tuotteet kuitenkin kasataan irrallisista osista, joissa sähköiset liitynnät ovat vielä paljaana.

Tuotantoalueille onkin kehitetty standardimenetelmiä, joilla ESD-riskejä voidaan vähentää. Näillä saadaan jo suurin osa ESD:n aiheuttamista harmeista estettyä. Jäljelle jäävät kuitenkin tuote- ja prosessikohtaiset ESD-riskit, joihin Tamminen työssään keskittyi.

’’ESD-vikatapaukset näyttäisi keskittyvät elektroniikan loppukokoonpanoon, jossa puolivalmiita tuoteosia, kuten piirilevyjä ja näyttöjä, liitetään toisiinsa. Näissä tuotantovaiheissa käytetään myös testaus- ja ohjelmointivaiheita, joissa sähköiset signaalit saattavat katketa sähkömagneettisten häiriöiden vuoksi’’, Tamminen kertoo.

Tammisen mukaan yksi merkittävä syy nykyisiin ongelmiin on se, että nykyiset alan standardit eivät vaadi seuraamaan tuoteosien staattisen sähkön varauksia. Näin esimerkiksi muovinen tuotteen kotelo saattaa varautua koontaprosessien aikana ja aiheuttaa vikaantumista, kun koteloon asennetaan elektroniikkaa ja muita metallia sisältäviä osia.

Loputkin ESD-riskit saadaan hallintaan käyttämällä riskienhallintatyökaluja ja mittaamalla tuotantoprosessissa liikkuvien tuoteosien varautumista. Tämä vaatii kuitenkin ei-standardoitujen mittausmenetelmien käyttöä. Väitöstyössä Tamminen loi puuttuneita menetelmiä, joiden avulla nykyiset IEC- sekä ANSI/ESD -standardit voidaan päivittää kattamaan laajemmin tuotantoprosessien saantoon vaikuttavia ESD-riskejä.

LISÄÄ: Diplomi-insinööri Pasi Tammisen elektroniikan alaan kuuluva väitöskirja Optimization of ESD Protection Methods in Electronics Assembly Based on Process and Product Specific Risks (LINKKI, väitöskirja, pdf)

Kuvituskuva: Shutterstock

Uusimmat teknologiauutiset kätevästi uutiskirjeessä – kerran viikossa. (LINKKI)

LUE – UUTTA  – LUE – UUTTA – LUE – UUTTA

Uusi ammattilehti huipputekniikan kehittäjille – Lue ilmaiseksi!