Ochrona antystatyczna i elektromagnetyczna – materiały i urządzenia
Asortyment środków ochronnych dostępnych na rynku jest bardzo szeroki, zatem można sobie wyobrazić, że użycie wielu różnych z nich da dobry wynik. Tak będzie, ale koszt takiego rozwiązania może stać się nieakceptowalny. Z tych przyczyn konieczne jest znalezienie kompromisu między liczbą zabezpieczeń a skutecznością ochrony. Do tego potrzebna jest wiedza inżynierska, doświadczenie wyniesione z wielu wcześniejszych lat pracy, wsparcie producenta materiałów i komponentów, aparatura itd. To dostarczają kompetentni dostawcy produktów, natomiast obowiązki nabywcy to stosowanie się do zaleceń, planów wymian i konserwacji, poddawanie audytom, ale przede wszystkim rzeczywista chęć, aby problem rozwiązać rzetelnie.
Główne problemy rynku
Listę największych problemów, z jakim zmaga się dzisiaj rynek elektroniki, zdominowała jedna pozycja – nie najlepsza sytuacja w gospodarce europejskiej. Polskie firmy EMS, producenci elektroniki OEM, firmy integratorskie, są w dużej części związane współpracą zagraniczną i realizują zlecenia produkcyjne, sprzedają produkty na wspólnym rynku, świadczą usługi itp. Sytuacja gospodarcza w krajach Europy Zachodniej i Północnej ma tym samym spory wpływ na ich biznes. Z wykresu wynika ponadto, że problemy z dostawami materiałów i komponentów wcale się nie skończyły. Z pewnością dostępność się poprawiła, ale nie na tyle, aby był jakościowy przełom. Wojna na Ukrainie też jest czynnikiem przeszkadzającym w rozwoju rynku, gdyż zablokowała rynki wschodnie, utrudniła logistykę i transport towarów i jest dodatkowym czynnikiem ryzyka.
Świadomość zagrożeń stale się polepsza
Coraz więcej firm świadczących usługi EMS i producentów OEM ma świadomość zagrożeń wynikających z braku ochrony przed ESD. Duży nacisk kładą na ochronę firmy zagraniczne mające produkcję w Polsce. Jednak nadal firmy polskie, a zwłaszcza producenci, którzy zajmują się produkcją we własnym zakresie, nie przywiązują wagi do ochrony przed ESD, czasami nawet ze względu na koszty z niej rezygnują. Mimo że wiele tych firm może się poszczycić latami działalności i wydawałoby się, że ze świadomością rynku nie powinniśmy mieć problemów, ale niekoniecznie się to potwierdza. Jak sygnalizowano nam w ankietach, firmy elektroniczne często traktują ochronę ESD jako zło konieczne, i podchodzą do audytów i kontroli ESD bardziej dla pozyskania dokumentu niż faktycznej potrzeby ochrony swoich produktów przed ESD, najlepiej jak najniższym kosztem. Co więcej, na rynku jest coraz więcej wyrobów słabej jakości, które dają pewne wrażenie ochrony przed ESD, ale nie zapewniają wymaganych parametrów czy zgodności z normami, a więc w praktyce są nieskuteczne.
Jerzy Kustra
prezes firmy Cleanproject
Jak ważne są audyty i szkolenia w procesie doboru wyposażenia ESD?
Od zawsze wiadomo, że audyty i szkolenia to kluczowy element decydujący o właściwym doborze, skutecznym użytkowaniu wyposażania ESD oraz ogólnie podstawa projektowania strefy EPA. Coraz więcej klientów przekonuje się do takiego rozwiązania i zwykle efekt cieszy obie strony. Gdy mamy klientowi zaoferować zabezpieczenia ESD, choćby meble, maty, odzież czy opakowania, to służymy najpierw audytem strefy EPA, analizując proces, ruch osobowy i towarowy, przeprowadzając pomiary i dopiero potem dobierając wyposażenie. Klienci otrzymują raport, zalecenia i listę wyposażania – w ten sposób wybór wyposażania czy korekty EPA są przemyślane i najczęściej mniej kosztowne niż zakupy ad hoc. Ponadto nawet jeśli strefa EPA jest dobrze zaprojektowana, a wyposażenie ESD poprawnie dobrane, to bez szkoleń użytkowników i tak klienci napotykają szereg problemów w codziennej pracy, dlatego właściwie zawsze sprzedaż wiążemy ze szkoleniami, by klienci wiedzieli, jak korzystać z dostarczonego wyposażania. Programy szkoleniowe z częściami wykładowymi i praktycznymi oferujemy zarówno dla koordynatorów ESD & Cleanroom, jak i dla operatorów.
Jakie spektrum produktów kryje się pod hasłem antystatyka?
Oferta wyposażania ESD jest niezwykle szeroka i nie wiązałbym jej tylko z powszechnie znanymi opaskami, matami czy odzieżą. W ramach tej grupy mamy bowiem do czynienia z projektowaniem, ponieważ strefę EPA trzeba oczywiście zaprojektować, zgodnie z procesem, normami, a także obowiązującym prawem, potem pojawiają się elementy infrastruktury budynkowej np. podłoga ESD, ściany panelowe i dalej meble, jonizatory, pojemniki, woreczki, odzież, obuwie, maty, opaski, narzędzia ręczne, systemy pomiarowe, itd. Jak już wspominałem, nie można również pominąć oferty szkoleń. Szczególnym zagadnieniem jest ESD w cleanroomie i funkcjonowanie strefy EPA w strefach czystych. To bardzo szeroka grupa asortymentowa i wiele się w niej dzieje. Pojawiają się nowe technologie, dotychczasowe rozwiązania są weryfikowane, a przede wszystkim projektowanie EPA ma już pełniejszy i znacznie bardziej sprofesjonalizowany wymiar niż np. 10 lat temu.
Niestety jakość materiałów antystatycznych jest niełatwa do zweryfikowania, zwłaszcza w długim okresie, czyli po pewnym czasie eksploatacji. Pomiar ich właściwości wymaga posiadania specjalistycznych mierników, co przy niewielkiej skali działalności wielu firm nie jest opłacalne. Stąd w typowym przypadku dokonuje się jedynie prostych kontroli skuteczności ochrony za pomocą testerów.
Najważniejsze cechy ofert brane pod uwagę przy kupowaniu komponentów EMI/ESD
W zestawieniu najważniejszych czynników składających się na ofertę za najbardziej istotny parametr uznano jakość produktów antystatycznych, która w zestawieniu przebiła niską cenę. Na trzeciej pozycji znalazł się termin dostawy – od czasów pandemii i późniejszych kłopotów z dostawami ten parametr obecnie pozycjonowany jest bardzo wysoko w większości produktów dla elektroniki. Poza ceną i terminem bardzo istotne są też kompetencje techniczne dostawcy, możliwość kupna wszystkich potrzebnych produktów w jednym miejscu. Wysoką pozycję mają też certyfikaty potwierdzające spełnianie norm. Za mało istotne kryteria uznano natomiast markę i renomę producenta oraz długotrwałą współpracę klienta z dostawcą.
Nie jest to złe podejście, gdy używa się pewnych jakościowo materiałów, produktów renomowanych firm, które mają zaplecze badawcze i kontrolują na bieżąco to, co sprzedają, oraz gdy przestrzega się zaleceń w zakresie czasu używania, harmonogramu wymian, a w przypadku odzieży planu konserwacji. Jest słuszny balans między zachowaniem skuteczności ochrony a wydatkami. Niemniej nie wszystkie produkty są jakościowe, pochodzą od dobrych marek i wiodących dostawców. Jest wiele materiałów azjatyckiej produkcji o miernych parametrach lub trwałości. Na dodatek łańcuch dostaw jest skomplikowany, bo jak wiadomo, rzeczywisty producent w Azji jest nierzadko ukryty w sieci powiązań kooperantów i agencji handlowych. To samo dotyczy marek produktów, które często firmują różne towary, a powiązanie między marką i producentem bywa całkiem nieokreślone. Na dodatek materiały ochronne nierzadko nie są znakowane, przez co całe powiązanie konkretnego towaru z marką i producentem staje się wręcz niemożliwe do ustalenia.
Skutkiem takich zależności jest to, że jakość dostaw może się znacznie wahać i doskonale wiadomo, że pierwsze zamówienia często są jakościowo dobre i sugerują, że dostawca jest pewny a produkty bez zarzutu, potem jakość potrafi się pogorszyć, a odbiorca może nie zauważyć tego pogorszenia, bo w pamięci ma to, że sprawdzał wiele razy wcześniej i nic złego nie wykrył.
Ważne i poszukiwane produkty
Za ważne i poszukiwane produkty antystatyczne uznano materiały antystatyczne do ochrony stanowisk pracy, ochrony pracowników oraz zabezpieczania wyrobów (torebki, koszulki, pudełka). Są one tak samo potrzebne, jak płytki drukowane i podzespoły. W dużym stopniu determinują one jakość produkcji i mają szerokie zastosowanie: w produkcji, magazynowaniu, transporcie, a dodatkowo są to elementy zużywające się, a więc wymagające wymiany. Oczywiście produkty do ochrony ESD mają największy potencjał rynkowy i przewyższają te związane z kompatybilnością elektromagnetyczną, w tym również filtry sieciowe, m.in. dlatego, że się zużywają.
Elektroniczny handel, internetowe platformy sprzedaży obejmujące cały świat są niesamowitym wynalazkiem dającym dostęp każdemu do ogromnej liczby źródeł zaopatrzenia i towarów. Problem, jaki się z tym wiąże, to taki, że dostęp mają wszyscy, przez co potem materiały ochronne często są sprzedawane przez firmy bez kompetencji z tego obszaru techniki, a dodatkowo nie wiadomo w praktyce, kto kryje się za ofertą i jak będzie reagować na ewentualne problemy. Być może nie będzie reagować w ogóle, bo kiedy się one pojawią, dostawca zniknie lub zmieni nazwę na inną.
Koordynator ESD, czyli osoba odpowiedzialna za ochronę
Panowanie nad ochroną antystatyczną wymaga nie tylko produktów (materiałów) oraz aparatury (urządzeń), ale także odpowiedniej świadomości pracowników, którzy muszą widzieć sens i potrzebę stosowania się do zaleceń i reguł. W idealnym przypadku pracownicy powinni rozumieć też zjawiska fizyczne związane z elektrycznością statyczną, aby zdawać sobie sprawę z tego, jak ich działania i praca powiązane są z zagrożeniami.
Bez takiej świadomości inwestowanie nawet w najbardziej wyrafinowane środki ochronne nie ma większego sensu, gdyż jak w wielu innych dziedzinach najsłabszym elementem całego połączonego ze sobą łańcucha zależności okazuje się zazwyczaj pracownik i jego podejście do obowiązków zawodowych.
Dariusz Basiński
LAFOT Elektronik
Skoro dzisiaj ochrona antystatyczna stała się oczywistością w produkcji elektroniki, to na czym teraz trzeba pracować w kontekście budowania świadomości rynku?
Dziś klienci wiedzą, że ochrona przed ESD jest konieczna i nie trzeba ich do niej przekonywać. W trakcie szkoleń uświadamiamy więc, w jaki sposób stworzyć system, który będzie skuteczny w odniesieniu do specyfiki danego zakładu. Wybór optymalnego wyposażenia to nie wszystko. Równie istotne kwestie to procedury oraz analiza zagrożeń. Przykładowo, gdy inżynier procesu dokonuje pewnych zmian na linii, to powinien je najpierw skonsultować z koordynatorem ESD. Ważna jest zatem odpowiednia komunikacja wewnątrz zespołu. Często zwracam też uwagę na fakt, że wyroby antystatyczne certyfikowane do stref zagrożonych wybuchem niekoniecznie będą skuteczne w branży elektronicznej. Zdarza się też niestety, że produkt ze znaczkiem ESD nie ma wymaganych parametrów i nie jest zgodny z normą.
Jakie są największe problemy i zaniedbania krajowych firm w zakresie ochrony antystatycznej w produkcji elektroniki?
Dużym problemem jest utrzymanie systemu ochrony przed ESD. Wyposażenie nie jest wieczne i podlega zużyciu, oczywiście dużo tu zależy od jakości danego produktu i zastosowanych technologii. Klienci zapominają, że odzież ESD traci swoje właściwości na skutek wielokrotnego prania. Kółka wózków i krzeseł ścierają się, a system podłogowy przestaje być skuteczny w wyniku zabrudzenia. Aby nad tym wszystkim zapanować, należy regularnie wykonywać pomiary weryfikacyjne, a te niestety robione są zbyt rzadko. Kolejny problem to kwestia opakowań ESD, które różnią się parametrami i przeznaczeniem. Dobór opakowania, to sprawa kontekstowa i tutaj tej świadomości niestety jeszcze brakuje.
Ponieważ trudno jest zbudować świadomość całej kadry, a na dodatek zawsze są jakieś odejścia z firmy oraz nowo zatrudnione osoby, ten ciągły problem usiłuje się rozwiązywać, powołując koordynatora ESD w firmie. Jest to taka osoba, która ma obowiązek pilnowania, aby ochrona antystatyczna działała. Czyli, aby stosowane były właściwe środki zabezpieczające, aby były one dobrej jakości i używane zgodnie w zaleceniami producenta oraz aby pracownicy stosowali się do reguł.
Koordynator ESD z pewnością poprawia warunki w omawianym zakresie, niemniej liczy się też umocowanie tej osoby w strukturze przedsiębiorstwa. Koordynator będzie skuteczny, gdy to, co robi i sygnalizuje wyżej, nie trafi w próżnię i stanie się przyczyną do korekt działań. Bagatelizowanie zabezpieczeń, brak adekwatnych działań na zgłaszane problemy wywołuje pozorny spokój, który trwa do momentu, kiedy firmy nie odniosą strat z tym związanych. Wówczas dopiero okazuje się, że zalecenia i procedury związane z ochroną produkcji mają sens i nie są tylko niepotrzebną uciążliwością.
Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rozwoju rynku EMI/ESD
Za najważniejszy czynnik pozytywnie kształtujący rozwój rynku ankietowani specjaliści uznali wzrost świadomości firm w zakresie zagrożeń, czyli zdolność do identyfikacji zagrożeń i chęć przeciwdziałania. Na kolejnym miejscu znalazły się wymagania prawne i normy, które wymuszają stosowanie ochrony. Istotne jest ponadto zainteresowanie utrzymaniem wysokiej jakości procesów w produkcji elektroniki, a następnie rosnące wymagania klientów. Kolejne czynniki wiążą się z ogólnym rozwojem rynku elektroniki, a więc z tym, że sprzętu jest coraz więcej, jest on bardziej złożony, mniejszy, czyli delikatniejszy i wymagający lepszej ochrony i produkcji w bardziej zaawansowanych procesach niż jeszcze kilka lat temu. W warunkach polskich sprzyjającym czynnikiem jest ponadto duży potencjał usług EMS, bo producenci tego typu determinują relatywnie dużą wielkość rynku, taką, o udziały w której warto się starać.
Małe i złożone równa się bardziej wrażliwe
Ochrona realizowanej produkcji i wytwarzanych urządzeń przed narażeniami ze strony wyładowań elektrostatycznych oraz zaburzeniami elektromagnetycznymi staje się coraz bardziej istotna, gdyż urządzenia są coraz bardziej wrażliwe: bardziej skomplikowane i złożone wewnętrznie, oparte na zaawansowanych technologiach procesowych, pracujące przy niższych poziomach napięć itd. Podatność nowoczesnych układów elektronicznych na uszkodzenia jest tym samym większa niż wtedy, gdy standardem było zasilanie 12/5 V. Układy półprzewodnikowe pracują obecnie przy niskich napięciach znamionowych, pobierają znacznie mniejszą moc niż kiedyś i są wielokrotnie bardziej złożone. Skutkiem tych procesów jest ich znacznie większa podatność na wyładowania, wymuszająca skuteczniejszą ochronę. Ponadto warto zauważyć, że mówiąc o ochronie elementów, najczęściej myśli się o półprzewodnikach, bo są one najdelikatniejsze, ale wraz z malejącymi rozmiarami obudów, ochrona antystatyczna dotyczy teraz również podzespołów pasywnych. One nie mają już tak dużej objętości, aby ich zdolność do pochłaniania energii wyładowania była taka, jak dawniej w dużych komponentach THT.
Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku EMI/ESD
Czynniki negatywnie oddziałujące na rynek to przede wszystkim oszczędności i dążenie do maksymalnego obniżania cen zakupu, gdyż torują one drogę na rynek produktom słabym, niespełniającym parametrów jakościowych i specyfikacji deklarowanych w kartach katalogowych, ale przebijających inne cenowo. Oszczędności to kupowanie od tańszych dostawców, ograniczanie ochrony jedynie do niezbędnych miejsc, przedłużanie czasu eksploatacji i użytkowania materiałów lub złe podejście i bagatelizowanie zagadnień ochronnych wynikające z braku wiedzy. Wszystkie takie działania wiążą się z brakiem dostatecznej wiedzy u firm elektronicznych, która wydaje się kluczem do wszelkich zmian mających na celu większą dojrzałość rynku. Firmy elektroniczne nie postrzegają produktów ochronnych jako wyrobów o zaawansowanej technologii, kosztownych w produkcji i takich, gdzie warto zapłacić więcej za coś porządnego. Raczej dominuje odwrotne podejście, że jest to właśnie ten obszar rynku, gdzie chętnie robi się oszczędności.
Szeroka i kompleksowa oferta produktowa
Materiały do ochrony antystatycznej możemy podzielić na trzy grupy. Pierwsza to środki ochronne dla pracowników, czyli odzież, obuwie, rękawiczki, opaski, maski. Druga grupa to materiały chroniące proces produkcyjny, czyli maty, podłogi, pojemniki, meble ESD i inne elementy wyposażenia stanowisk pracy. Trzecia grupa to z kolei produkty do ochrony urządzeń, a więc opakowania, takie jak folie, torebki strunowe, pianki, pudełka itd. Drugi nurt produktów związanych z ochroną antystatyczną stanowią podzespoły, głównie diody, warystory i iskierniki gazowe. Ich rynkowe znaczenie jest znacznie mniejsze, gdyż większość wrażliwych elementów elektronicznych, w tym praktycznie wszystkie układy scalone, ma obecnie zabezpieczenia antystatyczne wbudowane wewnątrz.
Podobny podział na dwie grupy produktowe widoczny jest w przypadku wyrobów przeznaczonych do zapewnienia kompatybilności elektromagnetycznej, gdzie oferta materiałów (pianek, uszczelek, ekranów) towarzyszy podzespołom dyskretnym takim jak filtry i ferryty. Na rynku jest coraz więcej uszczelek, taśm, koszulek, osłon, siatek. Rośnie liczba kształtów, typów, różniących się stopniem tłumienia i przeznaczeniem. Niemniej proces ograniczenia emisji elektromagnetycznej jest dzisiaj nieodłączną częścią każdego etapu pracy inżynierskiej nad układem elektronicznym. Zasada jest taka, aby stosować takie rozwiązania układowe, aby większość niezbędnego tłumienia zapewniał już sam projekt, tj. wielowarstwowa płytka, odpowiednio rozmieszczone elementy i jak najrzadziej sięgać po dodatkowe podzespoły zewnętrzne. Konieczność wbudowania zabezpieczeń na późniejszych etapach życia produktu to kosztowne próby rozwiązania kłopotów związanych z brakiem kompatybilności elektromagnetycznej. Takie działania ostatecznie wpływają często bardzo negatywnie na budżet projektu, gdzie ostateczny koszt produktu jest dużo wyższy, niż początkowo zakładano. Stąd część produktowa związana z ochroną elektromagnetyczną wartościowo i znaczeniowo jest znacznie mniejsza od antystatyki. Najbardziej dotyczy to sprzętu profesjonalnego (lotnictwo, wojsko, medycyna).
