Uno degli strumenti più comuni per testare l'immunità è un Generatore ESD, necessario per testare la robustezza ottenibile dai prodotti elettronici in relazione alle scariche elettrostatiche. Sebbene gli ingegneri siano solitamente preoccupati per l'accuratezza delle forme d'onda, la conformità e le procedure di test, la sicurezza e le procedure appropriate rimangono questioni vitali. I generatori ESD producono scariche ad altissima tensione, di molte decine di kilovolt (a seconda del modello), il che implica che un uso improprio può causare la rottura dell'apparecchiatura, l'alterazione dei risultati dei test o rappresentare un rischio di scossa elettrica per l'operatore.
La necessità di eseguire procedure di test ESD adeguate e sicure è in aumento, poiché i prodotti diventano più sensibili e incorporano molta elettronica. I laboratori di prova dispongono di protocolli di manipolazione sicura per garantire che tutte le forme di scarica siano eseguite in modo corretto e sicuro, nel pieno rispetto delle disposizioni del Ministero della Salute. IEC 61000-4-2.

Comprendere il rischio dietro i generatori ESD

Sebbene un generatore ESD non utilizzi corrente elettrica continua come quella utilizzata nelle apparecchiature elettriche, il suo impulso di scarica è ad altissima energia e molto rapido. L'alta tensione, abbinata a un tempo di salita rapido e a un picco di corrente improvviso, può causare danni immediati all'hardware se non gestita correttamente.
I rischi includono:
• Lesioni personali causate inconsapevolmente.
• Shock per gli utenti, potenziale corpo senza messa a terra.
• Rottura di elementi delicati nell'allestimento di prova.
• Distruzione di famiglie di semiconduttori o schede di controllo.
• Campioni di prova inquinati a causa di scariche doppie.
• Durante i test su sostanze infiammabili, sussistono rischi di incendio.
• I test incontrollati sui prodotti elettronici portano alla scoperta di difetti nascosti nei prodotti.
Questi pericoli aumentano ulteriormente quando si utilizzano generatori ad alta potenza, come 15 kV, 20 kV o 30 kV. Per questo motivo, le attività di laboratorio dei professionisti prevedono una serie rigorosa di precauzioni di sicurezza da seguire prima di eseguire un test con pistola ESD.

Preparazione dell'ambiente di pre-test

L'area di prova deve essere pronta prima di accendere un generatore ESD. L'ambiente deve essere non conduttivo, asciutto e pulito. Gli utensili manuali e gli accessori in metallo devono rimanere lontani dalla linea di scarica. È noto che anche l'umidità aumenta la conduttività superficiale e può causare scintille irregolari.
La tabella di prova deve essere configurata come da IEC 61000-4-2, ovvero isolati, salvo diversa indicazione. Non devono essere presenti apparecchiature con rivestimenti o superfici costituite da generatori statici.
Il livello di ventilazione deve essere adeguato, poiché le scariche ad alta frequenza possono generare una quantità minima di ozono. La concentrazione di ozono non è molto elevata, ma a causa della mancanza di un'adeguata ventilazione, i test continui potrebbero risultare poco confortevoli.

Messa a terra dell'operatore e sicurezza personale

L'operatore non deve sostare lungo il percorso di scarica. È rischioso utilizzare un generatore ESD senza adottare le seguenti misure di messa a terra:
• Posizionarsi su un tappetino isolante
• Accelerare, non entrare in contatto diretto con i piani di terra.
• Quando necessario, indossare scarpe antistatiche o cinghie di messa a terra in laboratorio.
• Anche le mani devono essere asciutte per evitare alterazioni della conduttività.
• Togliere tutti gli oggetti metallici come anelli o orologi.
L'operatore non deve in alcun modo toccare le parti conduttive esposte del DUT durante la scarica o subito dopo la scarica. Un DUT può contenere cariche residue dopo scariche precedenti, in particolare nelle sequenze di test con pistola ESD ad alta tensione.
Secondo i laboratori professionali, i generatori ESD dovrebbero essere utilizzati solo da personale qualificato. I nuovi operatori dovrebbero seguire una formazione mirata per apprendere la distanza dell'arco, la polarità di scarica e le aree di possibile pericolo.

Utilizzo sicuro del generatore ESD

Il generatore ESD è dotato di sistemi di carica ad alta tensione. La carica residua presente sul banco di condensatori interno può accumularsi se non viene maneggiato correttamente. L'operatore deve spegnere lo strumento e lasciarlo scaricare completamente prima di apportare qualsiasi modifica alla punta di scarica o agli accessori.
La manipolazione sicura include:
• Afferrare la pistola ESD utilizzando punti isolati.
• Contatto continuo della punta di scarica.
• Maneggiare entrambe le mani quando non è specificato nella progettazione del produttore.
• Tenere la pistola puntata verso un popolo.
• Non farlo oscillare o ruotare improvvisamente poiché potrebbe essere esposto a superfici conduttive involontarie.
In caso di caduta della pistola ESD, è necessario controllarla e riutilizzarla. Un comportamento di scarica non sicuro può essere causato da un disallineamento interno o da danni.

Posizionamento corretto durante il test della pistola ESD

Nell'esecuzione di un test con pistola ESD, la precisione del posizionamento è una misura più sicura e conforme. L'operatore deve assumere una posizione stabile e comoda e impugnare il generatore. Distanza e angolazione devono essere conformi al piano di prova. Un posizionamento errato può causare mancate accensioni o un percorso dell'arco non conforme allo standard.
La scarica a contatto deve essere solida e perpendicolare al punto di prova. Quando l'operatore preme la pistola con una certa angolazione, la pistola potrebbe scaricare internamente o sulla superficie errata. La scarica in aria deve essere eseguita con attenzione per evitare la formazione di pre-arco che può portare a risultati irregolari.

Figura: Generatore ESD

Evitare percorsi di scarico indesiderati

Un percorso di scarica malfunzionante può causare danni gravi. Il generatore ESD può generare archi elettrici indesiderati che possono:
• Bordi del tavolo
• Viti metalliche
• Schermature dei cavi esposte
• Parti del corpo dell'operatore
• Angoli del piano di terra
• Strumenti di prova
Ogni arco indesiderato può potenzialmente causare danni, invalidare i risultati o annullare il test del DUT. Un operatore eseguirà un test a secco dell'apparecchiatura prima di applicare qualsiasi tensione. Deve riposizionare i dispositivi in ​​modo che l'unica possibile uscita di scarica sia rivolta verso la posizione desiderata per il test.

Gestione sicura della polarità ad alta tensione

Il generatore ESD solitamente offre la possibilità di scegliere tra polarità positiva e negativa. I dispositivi a semiconduttore sono soggetti a polarità negativa, che impone maggiore stress. Il cambio di polarità non deve essere effettuato a meno che la pistola non tocchi il DUT. Questo può essere pericoloso se eseguito a contatto, poiché potrebbe accumulare così tanta elettricità statica da causare archi elettrici, anche in qualsiasi momento.
Inoltre, gli operatori devono controllare gli indicatori di polarità sul display e assicurarsi che venga utilizzata la polarità corretta, come previsto dal piano di prova. Un'errata interpretazione della polarità può causare danni da sovraccarico.

Mantenere l'integrità delle apparecchiature

Anche lo stato fisico di un generatore implica la sicurezza. Un controllo periodico assicura che:
• La terrazza di scarico è pulita e intatta.
• Il cavo di terra è completamente intatto.
• L'isolamento dell'impugnatura non presenta crepe.
• Le parti interne non presentano umidità.
• Le patch di sicurezza vengono eseguite sul firmware.
• Le pistole wireless ESD hanno una condizione di batteria stabile.
LISUN e altri produttori hanno raccomandato intervalli di manutenzione programmati per garantire un funzionamento sicuro. Gli strumenti che non superano i test diagnostici interni non devono essere utilizzati prima della manutenzione.

Prevenzione dei danni ai DUT e ai laboratori

Durante l'esecuzione del test con pistola ESD, gli operatori devono adottare misure precauzionali molto serie per evitare danni al dispositivo in prova o alle apparecchiature circostanti.
Le pratiche chiave includono:

• Mancato utilizzo di una tensione superiore a quella richiesta.
• Potenza UT limitata da sovratensioni mediante circuiti di limitazione delle sovratensioni, ove necessario.
• Intervallo di recupero tra le scariche
• Non lasciare che le aree di ventilazione abbiano uno scarico diretto, a meno che non sia necessario.
• Protezione di sensori, porte e connettori
Alcuni DUT potrebbero mantenere la carica. Una volta superati i test, le superfici conduttive esposte devono essere messe a terra manualmente dall'operatore, utilizzando un bastoncino di messa a terra isolato.

Procedure di sicurezza e di scarico post-test

Una volta completato il test, il generatore ESD deve essere spento e conservato in un luogo sicuro. Gli operatori devono assicurarsi che il dispositivo sia completamente scarico internamente. Un generatore ESD carico non deve essere conservato, in particolare in una sala prove comune.
È necessario mettere a terra tutte le superfici del DUT che potrebbero presentare cariche residue. È necessario che la camera o l'area del laboratorio venga ripulita da oggetti conduttivi e sottoposta a nuova ispezione prima di eseguire il test successivo.

Conclusione

Generatore ESD È un dispositivo necessario per i test di immunità ESD, ma deve essere utilizzato con un elevato livello di sicurezza. Preparazione pre-test, messa a terra, posizionamento, gestione della polarità, ripristino post-test, ecc. Sono tutti elementi essenziali per la salvaguardia dell'operatore e del DUT. I professionisti sono consapevoli che un test ESD accurato può essere eseguito solo se le linee guida di sicurezza vengono attentamente seguite. Attraverso un comportamento di manipolazione regolarmente esercitato, un ambiente adeguatamente controllato e i buoni consigli di produttori affidabili come LISUN, i laboratori possono effettuare analisi ESD ad alta volatilità con affidabilità, precisione e senza danni.