Pavimentazione ESD per camera bianca

In primo luogo, il problema delle ESD si sta intensificando con l'aumento delle dimensioni e della potenza dei dispositivi elettronici. La miniaturizzazione, nota anche come scaling dei dispositivi, riduce lo spazio per la protezione on-chip, aumentando la vulnerabilità alle ESD e accentuando la necessità di una pavimentazione a controllo statico e tollerante ai guasti.
Inoltre, le modifiche recenti e proposte agli standard ESD, compresi quelli dell'ANSI (American National Standards Institute), aumentano le sfide per gli impianti di produzione che desiderano ottenere la certificazione ISO. Queste modifiche riguardano la necessità di conformarsi ai parametri di prestazione per la prevenzione statica rivisti, e il mancato rispetto di tali parametri espone le aziende a una potenziale perdita di attività dovuta alla non conformità.
I pavimenti installati nelle camere bianche hanno enormi implicazioni economiche se si considerano i potenziali costi di installazione di un nuovo pavimento, correttamente specificato, dopo che la struttura è operativa.
In altre parole, è fondamentale che la pavimentazione ESD sia quella giusta al primo tentativo e che non ci sia spazio per i compromessi all'interno del prezioso patrimonio immobiliare delle camere bianche. Eppure, i problemi persistono. Perché?

CONSIDERAZIONI INIZIALI
È comprensibile che molti ingegneri e responsabili di strutture siano frustrati e confusi quando si tratta di scegliere i pavimenti a controllo statico per le loro fabbriche. In genere non hanno il tempo né l'esperienza necessaria per occuparsi delle specifiche e degli standard elettrici. La scelta di un pavimento include considerazioni come la manutenzione, la durata, l'ergonomia, la sicurezza, le procedure di installazione e, soprattutto, il modo in cui il pavimento controlla le cariche statiche sulle persone in base alle loro calzature.

Negli ambienti di camera bianca, il processo richiede spesso l'assistenza di esperti esterni specializzati in ESD, controllo della contaminazione, cromatografia ionica, test di degassamento dei materiali e analisi delle particelle.

In generale, a seconda dell'applicazione e delle considerazioni sul sito, i pavimenti ESD possono essere installati su vecchi pavimenti, su cemento nudo o su pannelli di accesso rialzati. Tuttavia, a causa di considerazioni relative alla contaminazione e al controllo delle particelle, solo tre forme di pavimentazione ESD sono generalmente considerate adatte agli ambienti delle camere bianche: gomma, vinile ed epossidico.

In questo contesto, i paragrafi che seguono si concentrano sui fattori chiave da considerare nel processo di valutazione e selezione, tra cui la resistenza elettrica, le calzature, la pulizia, le proprietà meccaniche e l'ergonomia.

RESISTENZA ELETTRICA
I pavimenti in gomma, vinile ed epossidici possono essere prodotti sia nella gamma degli ohm conduttivi che in quella degli ohm statici dissipativi. Secondo l'Associazione ESD, un pavimento conduttivo misura meno di un milione di ohm (1,0 X 10 E6) quando si utilizza il metodo di prova ANSI/ESD S7.1-2005. Utilizzando lo stesso test, un pavimento che misura tra un milione di ohm e un miliardo di ohm (1,0 X 10 E9) è definito come dissipativo statico. Come regola generale, la maggior parte degli esperti ritiene che i pavimenti di dimensioni inferiori a 10 milioni di ohm (1,0 X 10 E7) offrano le migliori prestazioni di controllo statico per la produzione e la manipolazione di prodotti elettronici. I pavimenti che misurano più di 10 milioni di ohm drenano l'elettricità statica più lentamente di quelli che misurano l'estremità conduttiva o inferiore della gamma statico-dissipativa (< 1,0 X 10 E7).

Inoltre, i pavimenti ESD troppo conduttivi potrebbero non essere considerati sicuri. La maggior parte dei tecnici della sicurezza fa riferimento alla NFPA 99 per definire la resistenza minima dei pavimenti conduttivi. Secondo la versione 2005 della NFPA 99, un pavimento non dovrebbe misurare meno di 25.000 ohm (2,5 X 10 E4). C'è però un'avvertenza quando si fa riferimento alla NFPA 99: Questo test richiede la misurazione della resistenza del pavimento con un ohmmetro con un'uscita di 500 volt, mentre la maggior parte dei misuratori utilizzati per testare i pavimenti conduttivi funziona a 10 volt. Purtroppo, questo crea un potenziale dilemma di sicurezza per i progettisti, perché un pavimento che misura 25.000 ohm a 10 volt misurerà molto meno del minimo NFPA di 25.000 ohm quando viene testato a 500 volt. Per questo motivo, si consiglia di impostare la resistenza minima su 50.000 ohm per risolvere la discrepanza causata dai due diversi metodi di prova.

Il risultato: Intervallo consigliato: superiore a 50.000 ohm e inferiore a 10.000.000 ohm (5,0 X 10 E4 - 1,0 x 10 E7).

CALZATURE
I pavimenti ESD non dovrebbero mai essere valutati solo in base ai parametri di resistenza elettrica, poiché questa è solo una parte della storia. Gli standard ESD come l'ANSI/ESD S20.20-2014 richiedono di testare sia le proprietà resistive (ohm) sia le proprietà di generazione di carica (volt) del pavimento. L'Associazione ESD richiede che le prestazioni del pavimento siano valutate in combinazione con calzature antistatiche. Il primo requisito della norma S20.20 valuta una proprietà denominata "resistenza del sistema", che viene determinata utilizzando il metodo di prova ANSI/ESD S97.1. In questo test, la resistenza in ohm viene misurata in base al numero di volt che il pavimento genera. In questo test, la resistenza in ohm viene misurata dalla mano di una persona al suolo, attraverso il corpo, la calzatura, il pavimento stesso e il suolo. A partire da novembre 2011, una lettura accettabile richiede una resistenza del sistema inferiore a 35 milioni di ohm (3,5 X 10 E7). (Si noti che prima di scrivere questo articolo, abbiamo intervistato diversi membri del comitato ANSI/ESD S20.20 in merito a possibili modifiche del requisito di resistenza del sistema. Siamo stati informati che il requisito potrebbe essere aumentato fino a un massimo di 1 miliardo di ohm (1,0 X 10 E9). Tuttavia, se la resistenza del sistema viene aumentata, l'obbligo di eseguire contemporaneamente il test della tensione corporea probabilmente la compenserà).

La generazione di tensione corporea viene determinata misurando le cariche statiche con il metodo di prova ANSI/ESD S97.2. Con questo metodo, i soggetti che indossano speciali calzature di controllo statico camminano su un pavimento ESD mentre sono collegati a uno strumento che misura la quantità di carica statica che il soggetto genera dall'interazione tra la calzatura e il pavimento messo a terra. Per soddisfare la norma ANSI/ESD S20.20, una persona che indossa calzature approvate e collegate a terra non può generare più di 100 volt. Tuttavia, il raggiungimento di questo parametro può essere difficile nelle camere bianche, a seconda dei requisiti delle calzature per il controllo della contaminazione. I copriscarpe standard per camere bianche generano tensioni statiche superiori a 1.000 volt. Diversi fornitori offrono copriscarpe antistatici monouso e permanenti con materiale conduttivo o statico-dissipativo sul lato inferiore.

Indipendentemente dalle specifiche dei copriscarpe, questi devono sempre essere testati con il pavimento messo a terra. I test hanno dimostrato che molti pavimenti vinilici ed epossidici conduttivi e statico-dissipativi generano ben oltre i 100 volt massimi su soggetti che indossano questi tipi di scarpette e copriscarpe. Gli stessi test hanno dimostrato che i pavimenti in gomma conduttiva generano ben meno di 100 volt in combinazione con la maggior parte delle calzature per camere bianche a controllo statico. Questo perché i pavimenti in gomma conduttiva generano una quantità di elettricità statica significativamente inferiore rispetto ai pavimenti in vinile o epossidici, indipendentemente dalle calzature.

In breve: requisito di resistenza del sistema attuale: < 35 milioni di ohm (3,5 X 10 E7). Requisiti proposti: resistenza del sistema < 25 milioni di ohm e tensione del corpo < 100 volt.

PULIZIA
Quando si determina la compatibilità tra i materiali da costruzione, come i pavimenti, e i processi delle camere bianche, le considerazioni da fare sono numerose. In questa sede ci soffermeremo sui fattori principali: il degassamento e il trasferimento di particelle. Secondo Carl Newburg, consulente in materia di ESD e controllo della contaminazione, presidente di Microstat Laboratories e River's Edge Technical Services di Rochester, Minnesota, "L'out-gassing è una misura della quantità di sostanze chimiche volatili rilasciate da un materiale durante il riscaldamento. Il residuo volatile condensabile (CVR), lo spazio di testa statico e lo spazio di testa dinamico sono test tipici utilizzati per misurare i materiali degassati. I risultati dei test offrono un'indicazione della tendenza del materiale a contaminare le superfici in un ambiente controllato con composti molecolari trasportati dall'aria".

La maggior parte dei materiali per pavimenti in vinile non supera i severi test di degassamento a temperature elevate a causa dell'inclusione di plastificanti nel materiale. I plastificanti sono problematici perché possono migrare dal materiale del pavimento e creare problemi di contaminazione significativi nelle applicazioni in camera bianca, come la produzione di ottiche e testine MR. Tutti noi abbiamo sperimentato la migrazione dei plastificanti attraverso il cosiddetto "odore di auto nuova". Questo odore è il risultato del rilascio di plastificanti nell'aria da parte di tutte le varie plastiche utilizzate negli interni di un'automobile. Senza test approfonditi, questa migrazione di plastificanti sarebbe difficile da identificare e quantificare. Molti produttori di pavimenti dichiarano che i loro pavimenti soddisfano tutti i requisiti di degassificazione a temperatura ambiente, ma la maggior parte degli esperti di controllo della contaminazione non ritiene che i test ambientali siano sufficienti.

Prima di scegliere una pavimentazione da installare, si consiglia di discutere l'applicazione con un esperto di controllo della contaminazione e di ESD. Come regola generale, i pavimenti in gomma conduttiva e i pavimenti epossidici conduttivi danno i migliori risultati nei test di degassamento a temperature elevate. A differenza del vinile, la gomma e l'epossidico sono prodotti senza plastificanti.

PROPRIETÀ MECCANICHE
La maggior parte dei pavimenti per camere bianche viene installata con metodi che creano un pavimento senza giunture, che può essere ottenuto con rivestimenti epossidici perché il materiale viene spalmato sul pavimento in forma liquida e lasciato scorrere sulla superficie. L'aspetto negativo dei rivestimenti epossidici senza giunture è la difficoltà e il tempo necessario per effettuare riparazioni in caso di danni dovuti a graffi o crepe. Il tempo tipico di polimerizzazione di un pavimento epossidico ESD è compreso tra 24 e 72 ore, a seconda del numero di strati. Se la riparazione viene eseguita in una camera bianca operativa, l'epossidico potrebbe creare problemi di contaminazione o di odore durante il tempo di indurimento dallo stato liquido. Inoltre, le riparazioni epossidiche di solito richiedono una qualche forma di preparazione abrasiva del pavimento per rendere la superficie idonea alla riverniciatura. La preparazione abrasiva del pavimento potrebbe generare particelle che contaminano i dispositivi e i filtri HEPA.

La gomma e il vinile possono anche essere installati senza cuciture grazie a una tecnica chiamata saldatura delle cuciture, che riempie e fonde gli spazi risultanti dall'interazione tra il pavimento in lastre o le piastrelle adiacenti. Sia le piastrelle che i pavimenti in lastre possono essere saldati (simile al calafataggio), ma la maggior parte dei progettisti preferisce i pavimenti in lastre perché ci sono meno cuciture da saldare. Le saldature dei pavimenti in gomma sono meno visibili rispetto a quelle del vinile perché, a differenza di quest'ultimo, la gomma non si ritira. I pavimenti in gomma e vinile possono essere riparati più facilmente di quelli epossidici, utilizzando tecniche semplici che non richiedono una preparazione abrasiva del pavimento. I pavimenti in lastre di gomma conduttiva possono essere installati con adesivi sensibili alla pressione ad asciugatura rapida, che di solito possono essere applicati in una camera bianca operativa. Gli adesivi sensibili alla pressione consentono il traffico pedonale entro un'ora dalla riparazione.

ERGONOMIA
Tra le tre opzioni più comuni di pavimentazione per camere bianche, la gomma è quella che offre la superficie di calpestio più resistente allo scivolamento, sia da asciutta che da bagnata. La gomma è anche più morbida sotto i piedi e assorbe il rumore ambientale meglio delle superfici dure in epossidico e vinile. Anche se è molto più dura della gomma generica utilizzata in forme come i tappeti anti-fatica, la gomma può danneggiarsi se vi si fanno rotolare sopra carichi pesanti. Rispetto all'epossidico, è anche più difficile far rotolare sulla gomma scaffalature pesanti migliaia di chili. In alcuni casi, l'epossidico può essere l'unica opzione pratica per la pavimentazione, grazie alla sua resistenza e alla capacità di gestire carichi rotolanti e fuoriuscite di sostanze chimiche.

La gomma offre la soluzione più ergonomica.

SEMPLIFICARE IL PROCESSO DI SELEZIONE
In effetti, le informazioni tecniche da prendere in considerazione per la scelta di una pavimentazione antistatica in ambienti controllati sono numerose, e sarebbe miope cercare scorciatoie nel processo. In ultima analisi, i concetti chiave sono prevenzione e protezione.

Per prevenire i problemi di ESD, è necessario scegliere l'opzione di pavimentazione che meglio soddisfa le specifiche industriali attuali e previste. Sebbene esistano diverse variabili, ecco cosa consigliano le fonti del settore per le camere bianche e le strutture di produzione elettronica:

• La gomma conduttiva, l'unica pavimentazione ESD certificata come qualificata di Classe 0, è classificata come "ideale" e genera una bassa tensione corporea.
• Anche le piastrelle in vinile conduttivo e la resina epossidica conduttiva possono essere adatte.
• Altre opzioni di pavimentazione non sono consigliate.

Per quanto riguarda la protezione, se si pianifica con saggezza fin dall'inizio, si possono evitare costosi problemi di responsabilità in seguito. Incoraggiamo le verifiche dei piani di installazione per determinare se il terreno è sicuro.

In breve, quando si tratta di pavimenti ESD in ambienti controllati, è opportuno esercitare il massimo controllo.