Odzież antystatyczna, czyli jakie ubranie ochronne dla elektroników
Odzież ochronna dla elektroników, ale też pracowników zatrudnionych na stanowisku monterskim, serwisowym, a nawet w laboratoriach czy magazynach pozwala ochronić wrażliwe elementy elektroniczne przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Jako że nasze ciała są dobrymi przewodnikami elektrycznymi i każdy codziennie wytwarza ładunki elektrostatyczne, ochrona przed tym zjawiskiem podczas pracy z delikatnymi układami scalonymi jest bardzo ważna. Ryzyko uszkodzenia takich elementów minimalizuje odzież antystatyczna. Sprawdzamy, czym jest odzież ESD, jak ją wybrać oraz jak serwisować ubrania antystatyczne.
Co to jest odzież antystatyczna?
Wyjaśniliśmy już, czym jest antystatyka i jak wprowadza się najpopularniejsze środki antystatyczne produktów. Czas wyjaśnić, co to jest odzież antystatyczna, która oczywiście musi spełniać szczególne i rygorystyczne wymagania (np. norma PN-EN 61340-5-1:2017-01 – Elektryczność statyczna – Część 5-1: Ochrona przyrządów elektronicznych przed elektrycznością statyczną – Wymagania ogólne). Najczęściej stosowanym standardem jest norma DIN EN 61310-5-1 (Ochrona przyrządów elektronicznych przed elektrycznością statyczną), przestrzegana dzięki stosowaniu włókien węglowych. Określa ona ogólne wymagania dotyczące ochrony elementów elektronicznych przed zjawiskiem elektrostatycznym.
Dla odzieży ESD kluczowa jest również norma PN-EN 1149-5 (Odzież ochronna chroniąca przed elektrycznością statyczną). Określa ona m.in.:
- sposób znakowania ubrań antystatycznych,
- materiały wymagane do produkowania odzieży antyelektrostatycznej,
- miejsca, w jakich konieczne jest stosowanie odzieży ochronnej ESD,
- właściwości antyelektrostatyczne odzieży ESD.
Tak więc ubrania ESD są typem specjalnej odzieży roboczej odpornej i zabezpieczonej przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Odzież antystatyczna ochronna jest identyfikowana przez naszycie odpowiedniego znaku. Ochronę przed wyładowaniami ESD najczęściej uzyskuje się przez wprowadzenie w tkaninę nici przewodzących. Zapobiegają one wyładowaniom lub przynajmniej minimalizują wysokość napięcia.
Jak działa odzież antystatyczna?
Na pytanie, jak działa odzież antystatyczna, w dużej mierze odpowiedzieliśmy już wyżej. Kluczową rolę odgrywają włókna przewodzące wplecione w tkaninę. Dzięki temu ładunek nie jest zatrzymywany, ale rozładowywany. Oprócz tego włókna mogą blokować pole elektrostatyczne człowieka.
Skoro nawet 7 na 10 szkód komponentów elektronicznych wynika z niewłaściwej ochrony, można z pełnym przekonaniem stwierdzić, że noszenie normalnych ubrań to proszenie się firmy o kłopoty i związane z tym duże straty finansowe. Takie ubranie, jako że zawiera w sobie przynajmniej niewielką ilość plastiku, często przenosi wysoki ładunek elektryczny, a stąd tylko niewielki krok do uszkodzenia elektronicznego elementu.
Idąc dalej, niewystarczające będzie nawet noszenie samego paska czy rękawic ESD. Mogą one, ale nie muszą zapewnić wystarczającej ochrony. Dlatego na stanowiskach pracy przy produkcji wrażliwych elementów elektronicznych obowiązkowo korzysta się z odzieży antystatycznej. Ubrania ESD powinny zakrywać odzież noszoną.
Odzież antyelektrostatyczna ESD – buty, rękawice, koszule, płaszcze
Jako że ubrania antyelektrostatyczne mają szerokie zastosowanie, o czym więcej napiszemy nieco później, nie ma nic dziwnego w tym, że na rynku znaleźć można bardzo wiele odzieży tego rodzaju. Odzież antyelektrostatyczna ESD to m.in. buty ochronne ESD, koszule, płaszcze robocze, fartuchy, a także rękawice. Poniżej pokrótce opisaliśmy każdy element takiej odzieży.
- Buty ochronne ESD – obuwie antystatyczne ESD doskonale chroni stopy przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Buty tego rodzaju pozwalają rozładować powstałe napięcie, co jest niemożliwe, jeżeli pracownik korzysta ze zwykłych butów z plastikową podeszwą. Buty ESD są obowiązkowe wszędzie tam, gdzie zachodzi ryzyko wybuchu. Niezbędne jest również pracownikom zajmującym stanowiska w obszarze elektrotechniki, którzy pracują z wrażliwymi elementami elektrotechnicznymi. Warunkiem niezbędnym jest również uziemiona podłoga.
- Koszule i bluzy ESD – koszule antystatyczne najczęściej są wykonywane z wysokiej jakości bawełny, poliestru i włókien węglowych. To ubrania tworzone zgodnie z normami ochrony antystatycznej, doskonałe do rozpraszania ładunków elektrostatycznych, a nawet pracy w laboratorium. W zależności od modelu koszula antystatyczna może być wyposażona w dodatkową kieszeń, zapinaną na przykład z wykorzystaniem zakrytych springów. Ważnymi elementami koszul ESD są także rękawy wykończone obrębem z gumą, dzięki czemu zapewniają one najwyższy poziom zabezpieczenia w okolicach dłoni.
- Płaszcze robocze, kurtki, kombinezony, fartuchy i tuniki ESD – elementy garderoby zalecane zwłaszcza w laboratoriach. Zawierają w sobie włókna wplecione w tkaninę, które usuwają powstałe ładunki. Mają zastosowanie na przykład podczas pakowania i ładowania wyrobów z wrażliwymi układami scalonymi.
- Rękawice robocze ESD – pozwalają na rozładowanie wyładowania elektrostatycznego za każdym razem, kiedy użytkownik dotknie uziemionej powierzchni. Rękawice antystatyczne są obowiązkowe szczególnie podczas pracy z drobnymi i wrażliwymi przewodzącymi elementami elektronicznymi, których trwałe uszkodzenie może mieć miejsce wskutek dotknięcia i przeskoku ładunku.
Jak serwisować odzież antystatyczną ESD?
Żeby ubrania robocze ESD zachowały swoje właściwości oraz zapewniały długotrwałą ochronę, muszą być czyszczone i serwisowane zgodnie z normami. Jeżeli nie wiemy, jak serwisować odzież antystatyczną ESD, najprościej czyścić ją w profesjonalnej pralni, która zajmuje się serwisem odzieży specjalnej i ochronnej.
Przede wszystkim brud i zabrudzenia osłabiają właściwości użytych materiałów, a nawet je likwidują. Dlatego należy stosować się do zaleceń producentów zajmujących się wyrobem odzieży ESD. Informacji o tym, jak czyścić taką odzież, trzeba szukać na etykiecie. Znajdują się tam zalecenia dotyczące prania oraz informacje o użytych materiałach.
Zwykle ubrania antystatyczne ESD należy prać w temperaturze 30-40 stopni Celsjusza i z dodatkiem płynu myjącego, najlepiej bez zmiękczaczy i wybielaczy. Skuteczność odzieży ESD obniża też pranie w temperaturze powyżej 60 stopni Celsjusza. Po praniu nie warto ich suszyć w suszarkach bębnowych. W zamian można je wysuszyć na świeżym powietrzu. Należy też pamiętać, że ubrania antystatyczne zwykle nie wymagają prasowania. Jeżeli już należy je poddać takiemu procesowi, żelazko powinno być ustawione na średnią temperaturę. Stosowanie się do tych zaleceń wydłuża okres żywotności i przydatności odzieży ESD.
Co znaczy antystatyczny?
Żeby móc dokładniej wyjaśnić, dlaczego ubrania ESD są tak istotne m.in. w pracy elektroników, w pierwszej kolejności musimy wyjaśnić, co znaczy antystatyczny. Tak więc w najprostszym tłumaczeniu materiał antystatyczny nie pozwala zbierać się ładunkowi elektrycznemu, który mógłby uszkodzić wrażliwe podzespoły w trakcie kontaktu z przewodnikiem, jakim może być na przykład ciało człowieka.
Antystatyki są nanoszone na powierzchnię materiału zewnętrznie (np. napylanie, zanurzanie) lub wprowadzane do jego wnętrza (od 0,1 do 10% mieszanki) i dodane do tworzyw sztucznych. Taka odzież ESD wykazuje trwałe działanie antystatyczne. Środki te są bowiem dobrymi przewodnikami elektryczności i zmniejszą opór powierzchniowy. Popularnymi i często stosowanymi antystatykami są m.in. sadza, włókna węglowe, grafit, proszek metalowy czy środki kationowe. Zawsze muszą one wykazywać specjalne właściwości, tj.:
- hydrofilowe,
- higroskopijne,
- zdolność jonizacji w wodzie,
- zdolność migracji w kierunku powierzchni.
Czym są wyładowania elektrostatyczne (ESD)?
Jeżeli zastanawiasz się, czym są wyładowania elektrostatyczne, wiedz, że z ich powodu dochodzi do wielu uszkodzeń komponentów elektronicznych (np. diody laserowe, układy scalone CMOS, TTL itp.). Co więcej, podstawowym generatorem ładunków jest człowiek.
Samo wyładowanie elektrostatyczne jest zjawiskiem, do którego dochodzi podczas wymiany ładunków elektrycznych przez dwa obiekty o różnym potencjale napięcia. O ile dla człowieka napięcie elektryczne jest odczuwalne od wyładowania ok. 2000 V, delikatne części elektryczne są na nie znacznie podatniejsze.
Dla uszkodzenia mikrochip wystarczy wyładowanie 10 V, z kolei dla uszkodzenia elektronicznego komponentu – 30 V. Wyładowanie elektryczne 50 V może doprowadzić do wybuchu gazu, a 100 V usuwa informacje znajdujące się na dysku magnetycznym.
Wyładowania elektrostatyczne trwają bardzo krótko, ponieważ od kilkudziesięciu do kilkuset nanosekund. Mimo wszystko mogą trwale uszkodzić elektroniczny element. Zdarza się, że awaria jest bezpośrednia i widoczna gołym okiem. Innym razem uszkodzenie jest ukryte, kiedy wrażliwe elementy elektroniczne zostały tylko osłabione i nie będą pracować przez normalny okres żywotności, co jeszcze bardziej szkodzi renomie marki. Zdarza się również, że uszkodzenia dotykają nie tylko serwisowane urządzenia lub montowane podzespoły, ale nawet inną aparaturę. Skala awarii jest więc różna, zależna m.in. od wysokości napięcia, ale też wielu innych czynników (np. poziom wilgotności, temperatura, stopień zabrudzenia, rodzaj oraz odporność powierzchni, właściwości materiału).
Żeby zapobiec wyładowaniom elektrostatycznym, firmy funkcjonujące w obszarze wrażliwych komponentów elektronicznych tworzą elektrostatyczne obszary chronione EPA. Do środków ochronnych stosowanych przez ich pracowników należy przede wszystkim odzież antystatyczna.
W jakich branżach wykorzystuje się ubrania ESD?
Wspominaliśmy już, że odzież antyelektrostatyczna ma bardzo szerokie zastosowanie. Warto odnieść się także do tego, w jakich branżach wykorzystuje się ubrania ESD. Tak więc przede wszystkim powinni z niej korzystać pracownicy zatrudnieni na stanowiskach przy produkcji wrażliwych elementów elektronicznych. Zauważyliśmy też, że ubrania ESD zakładają pracownicy laboratoriów.
Jeżeli wziąć pod uwagę inne obszary, gdzie odzież ESD również ma zastosowanie, wymienić należy m.in. magazyny, pracowników inżynierii komputerowej, telekomunikacyjnej, elektroniki samochodowej, maszyn automatycznych i systemów. Podobnie jest z personelem pracującym w obszarze instalacji różnych podzespołów, a nawet personelem medycznym. On również coraz częściej pracuje przy wykorzystaniu urządzeń zawierających wrażliwe elementy elektroniczne, które mogą zostać uszkodzone przez wyładowania elektrostatyczne. Należy ją stosować także wszędzie tam, gdzie istnieje ryzyko zagrożenia wybuchem (np. na stacjach paliw).
Odzież antyelektrostatyczna i co jeszcze? Opaski ESD i maty antystatyczne
Clou tego artykułu jest odzież antystatyczna. Jednak należy pamiętać, że oprócz odzieży antyelektrostatycznej ESD wyładowaniom zapobiegają także meble (np. blaty przewodzące, półki, krzesła) oraz specjalne akcesoria. Pośród tych ostatnich wspomnieć trzeba m.in. o dwóch produktach, jakimi są opaski ESD oraz maty antystatyczne, które gwarantują odprowadzanie powstałych ładunków.
Do czego służy opaska antystatyczna?
Zastanawiając się, do czego służy opaska antystatyczna, bezapelacyjnie jest to kluczowy element wyposażenia pracownika, który pracuje w obszarze wrażliwych i delikatnych elementów elektronicznych. Opaska ESD może być zakładana na nadgarstek, ale równie dobrze być akcesorium uziemiającym na obuwie. Podobnie jak odzież ESD, opaska antystatyczna chroni przed wyładowaniami elektrostatycznymi i zapewnia bezpieczne uziemienie operatora, który nie przenosi ładunków elektrostatycznych.
Głównie opaska ESD z wbudowanym opornikiem, której nie należy podłączać bezpośrednio do uziemienia, służy dwóm funkcjom:
- rozprasza moc i zapewnia ścieżkę upływu dla nagromadzonego ładunku elektrostatycznego, który zostaje rozładowany i nie powoduje uszkodzeń wywołanych nagłym wyładowaniem;
- zapewnia bezpieczeństwo użytkownikowi i zapobiega poważnemu porażeniu prądem, zwłaszcza przy błędnym połączeniu bezpośrednio z wysokim napięciem.
Opaski ESD dostępne na rynku powinny być stosowane z innymi środkami ostrożności.
Czy antystatyczna mata ESD jest potrzebna?
W środowisku, gdzie pracuje się z wrażliwymi elementami elektronicznymi, bezcenne są również maty ESD. Zastanówmy się, czy antystatyczna mata jest potrzebna i do czego służy. Tak więc w najprostszym tłumaczeniu mata ESD działa na zasadzie zbliżonej do piorunochronu czy izolatora. Zbiera ładunki elektrostatyczne nagromadzone na człowieku, a następnie kieruje je do jednego poziomu do podłoża. W ten sposób nie dochodzi do wyładowania i uszkodzenia sprzętu elektronicznego, dla którego szkodliwe mogą być nawet niewielkie wyładowania.
Użytkownik może w ten sposób również uniknąć nieprzyjemnego uczucia, chociaż z tym mamy do czynienia dopiero przy większych wyładowaniach rzędu przynajmniej 3000 V. Należy mimo wszystko nadmienić, że przy większym napięciu maty antystatyczne zapobiegają bólowi, a nawet procesom mogącym stanowić zagrożenie dla zdrowia.
Podsumowując, nie ulega wątpliwości, że odzież antystatyczna ESD ma zastosowanie wszędzie tam, gdzie wrażliwe części elektroniczne mogą zostać uszkodzone wskutek przeskoczenia ładunku elektrostatycznego. Należy pamiętać, że wyładowania elektrostatyczne odbywają się przez cały czas. Strzelanie i iskrzenie może pojawić się podczas dotykania klamki, ściągania odzieży, a nawet chodzenia i przede wszystkim dotykania urządzenia elektrycznego. O ile w życiu codziennym takie wyładowania nie stanowią zagrożenia dla zdrowia lub życia, a do mocy 3000 V są nawet trudno wyczuwalne, uwolnienie nawet niewielkiego ładunku może stanowić poważne zagrożenie dla sprzętu elektronicznego.
W związku z tym odzież ESD jest niezbędna we wszystkich punktach procesu produkcji takich elementów. Ubrania antystatyczne to specjalna odzież ochronna, która zawiera w sobie włókna przewodzące rozładowujące napięcie. Dzięki temu przed wyładowaniami elektrycznymi chronione są elementy, z którymi pracuje użytkownik, on sam i jego miejsce pracy. Dlatego tak ważne jest, żeby sięgać po wysokiej jakości specjalistyczną odzież ochronną ESD, w tym koszule, płaszcze, fartuchy, buty, polary, spodnie robocze, kombinezony, koszulki polo, komplety, kurtki ocieplane, kamizelki czy rękawice. Dodatkowo należy korzystać z opasek ESD oraz mat antystatycznych. To wszystko stanowi dobrą ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi.