Foto: Henrikas Selevicius

Du befinner dig på ett lyxhotell någonstans och ska ner till frukosten. Du trycker på hissknappen. Smällen du får i pekfingret gör att handen studsar tillbaka en halvmeter, men hissen kommer ändå till sist – hisstillverkaren har lyckats med sitt esd-skydd.

Datorer som stannar oförklarligt, kretskort som måste bytas utan att det verkar finnas något egentligt fel på dem, program som kraschar fast de aldrig kraschat förr, ett höglager som stannar ibland utan att något fel kan hittas när man startar om, kassaapparater som går sönder oförklarligt – allt sådant brukar resultera i att man svär över program- eller maskintillverkaren i valfri ordning.


”Raketen exploderade och ett par, tre personer strök med.”


Efter lång tid kanske du börjar kunna skönja ett mönster. Det är alltid servrarna i änden av rackraden som råkar illa ut, eller också smäller det oftare på vinten än på sommaren. Eller kanske anläggningen alltid stannar klockan fem på kvällen? Först när du har förstått sambandet kan du börja göra något åt saken.


Ett gott råd: Hissknappar är alltid jordade. Tryck på dem med knogen.

Vi har försökt reda ut varför det händer och vad man kan göra åt det. Och det var inte så lätt. Varje företag bör ha en esd-samordnare (electrostatic discharge), vilket en del har, men att få dem att uttala sig är svårare. Ämnet är fortfarande höljt i mystik och därför tabubelagt. Vi kämpar mot en osynlig
fiende.

Esd-koll den hårda vägen


Vi pratar med Lars Paalo på ESD-Center, som har sett många otrevligheter orsakade av statisk elektricitet.

– På 60-talet var det hög aktivitet inom rymdindustrin. På Cape Kennedy i USA hade Nasa täckt över en raket med en presenning i väntan på bättre väder. När vädret hade förbättrats drog man bort presenningen och en elektrostatisk gnista slog nära bränslet. Raketen exploderade och ett par, tre personer strök med, berättar Lars Paalo.


Inred rätt. Arbetsplatsen måste vara avledande när man hanterar kretskort och datorer.

Första esd-hjälpen. Se till att verktygen har rätt potential innan du börjar använda dem genom att ta hjälp av en esd-skyddad verktygsväska.

I början av 80-talet hade ett stort elektronikföretag problem med att testutrustningen i datorhallen stängdes av klockan nio varje morgon. Man satte in folk som fick stå och titta på vad som hände och kunde konstatera att det var just då som städarna kom och samlade in sina svarta sopsäckar, som de sedan släpade över golvet genom halva byggnaden. Det genererade massor av statisk elektricitet som slog ut testutrustningen.

Nordiskt samarbete


Ytterligare oförklarliga händelser inom elektronikbranschen gav 1984 upphov till en svensk arbetsgrupp. Det var telekom, biltillverkare, vapentillverkare med flera som bildade den svenska ESD-gruppen, som ägnade sig åt forskning och utveckling inom esd.

Efter att ha funnits i 16 år tog esd-gruppen nya tag. Man ville utöka arbetet med de övriga länderna i Norden och bildade därför Nordiska ESD-rådet år 2000. Företag från Sverige, Norge och Danmark finns i dag representerade och samarbetet växer hela tiden. Gruppen arbetar enligt en europeisk esd-standard kallad IEC 61340-5-1 och försöker ta fram enkla, väl fungerande mätmetoder, instruktioner med mera.

– Alla företag bör ha minst en esd-samordnare. Det spelar ingen roll hur mycket esd-skydd man köper in – utan kunskaper fungerar det inte. Samordnaren kan sedan utbilda andra. Större företag kan behöva en samordnare på Inköp, en i packningsavdelningen, en vid ankomstkontrollen, en bland konstruktörerna och så vidare. Tillsammans bör de bilda en arbetsgrupp som kan påverka alla och ställa krav på alla entreprenörer, städare, byggarbetare och vaktbolag, upp till högsta ledningen, säger Lars Paalo.

Ett elektronikföretag hade som inträdesprov att ovetande aspiranter fick ta emot ett kretskort från en tekniker. De som tog i kortet utan att ha tagit teknikern i hand först kuggades.

Så fungerar det


När man går över en matta eller gnider kläderna mot varandra eller mot kroppen överförs elektroner till, eller tas från, den stora kondensatorn människokroppen, som kan lagra en (för ic-kretsar) väldig laddning. Laddningarna kan inte smita ifrån kroppen så lätt eftersom skor, luft och mattor är isolerande, men när man sätter fingret på något av annan potential laddas kroppen ur med en gnista. Så långt är alla överens.


Bort med fingrarna! Det du tror är jordat eller Faradays burar är det inte alls. Omgivningen i datorhallen ligger säkert på jordpotential, men när du är uppladdad och kommer emot ett rackskåp går strömmen hellre genom rackskåpet och ut i luften än ned i jorden de första mikrosekunderna. Oavsett vilket ställer den till skada på vägen.

Gnistan är ett högfrekvensförlopp, närmare bestämt en bruspuls i mikrovågsområdet. Skulle gnistan slå mot en datorlåda kommer den plats där gnistan tar att tillfälligt ligga 100 kilovolt över resten av datorlådan, trots att det i princip är (likströms-) kortslutning. Medan laddningen utjämnas i datorlådan flyter enorma strömpulser kors och tvärs i lådan.

Jamen skåpen är ju jordade respektive skåpen är ju plastade på utsidan får man höra.

Spelar det någon roll för den 100-kilovoltspuls som utvecklas av just dina strumpor? Nej. Ett tunt lager lack är ointressant för 100 kilovolt och skulle lacken faktiskt hålla uppe finns det alltid kapacitiv koppling. Rackskåpen längst ut får flest fel för de är lättast att stryka över med kläderna.

Men lådan är en Faradays bur! Faradays bur fungerar bara vid låga frekvenser. När en hf-ström flyter längs lådan stöter den på öppningar och slitsar som är tillräckligt stora för att strömmen ska betrakta dem som slitsantenner och stråla in sin energi i lådan. Därinne induceras den elektromagnetiska vågen i alla ledare och så fortsätter den sin destruktiva väg mot halvledarna.

Är inte alla springor mellan luckor och låda kortslutna? Inte alls. Är längden i stil med en våglängd, 2–3–4 decimeter fungerar springan som antenn. Att det sitter skruvar här och var spelar mindre roll – de är induktiva och medverkar inte i kretsen. Något fåtal företag, som IBM, har förstått att man måste använda bronsfingrar (spring fingers) för att mikrovågstäta lådan, men långt ifrån alla. Och skulle slitsarna vara hf-täta finns det alltid kablage att ta sig in genom.

Jordat nät hjälper inte


Ska också vi en gång för alla avliva myten om nätjorden som jordförbindelse. Det är den – för 50 Hertz. Men för pulser i mikrovågsområdet är den tämligen värdelös. En mikrovågspuls kan inte färdas mer än ett par decimeter på en vanlig rund ledning innan den strålat ut i omgivningen och kopplat sig kapacitivt till föremål som kan jämna ut potentialen – kanske jord, kanske luften, kanske ett moderkort inuti en låda.

Det är fel att tro att saker och ting ska vara jordade i nätjorden för att man ska vara på den säkra sidan. Det viktiga är att den som reparerar, liksom arbetsbordet, datorn och verktygen, har samma potential. Över huvud taget handlar det inte om att orsaka direkt kortslutning i den skyddade miljön. Skyddsmattor på bord och golv, klädespersedlar med mera bör inte ligga under en megaohm eftersom man skulle kunna orsaka en gnista om man lade ett uppladdat föremål på ett sådant bord. Bordet ska bara ladda ur (dissipate) långsamt.

Våld mot kisel – upprepad misshandel leder till blåskärmar




Esd-skador på integrerade kretsar ser närmast ut som luftangrepp på en stad. Gnistan slår upp stora hål i kislet och material sprutar omkring.

Det behöver inte vara direkt dödande. Kanske bara halva ledaren slits av, kanske en halvkortslutning görs mot en intilliggande ledare. Blåskärmarna kommer efter ett tag, när just den ledaren börjar användas eller den börjat brytas ned av strömmen som flyter igenom den. Du skjuter bara bort ena halvan av en av de 250 miljoner transistorer som finns i processorn, och just den transistorn används inte när Windows startar, men sedan, när du ska köra Excel, då används den. Kretsen åldras och det aluminium som sprutat migrerar långsamt över mot intilliggande ledare.

Välj rätt material


I huvudsak är det materialvalet i datorhallen man ska tänka över. Helt vanlig pvc (påsar, täckmaterial med mera) och styren laddas upp oerhört bra och kan vara mycket farliga.

Datorhallsgolv ska vara esd-golv med en övre resistans på en gigaohm.

Det finns alla möjliga sorters påsar för kretskort. De ”rosa påsarna” består av vanlig plast som behandlats med ett medel som absorberar luftfuktighet och på så sätt blir svagt ledande. På samma sätt fungerar antistatspray. Båda har den egenheten att de nöts bort med tiden eller torkar ut efter ett till tre år och blir verkningslösa. Svarta påsar, täckta med kol, eller metalliserade påsar fungerar mera permanent. Svarta sopsäckar av pvc orsakar årligen skador för mångmiljonbelopp. Undvik dem.

– Det luriga är latenta skador. Normalt kontrollmäter man inte varje komponent i en produkt, så man ser inte de små mikroskadorna. Det gäller att jobba i förebyggande syfte, säger Lars Paalo på ESD-Center.


Esd-skor av ledande material är ett måste vid arbete med känslig utrustning.

För tillfälliga besökare räcker ett skoöverdrag.

Även om du inte känner något kan statelen göra skada. Även små gnistor på fel ställe, eller gnistor som utgår från verktyg kan vara farliga. Ultra-esd är ett nytt begrepp som kommit med de nya högtäta halvledarna. Kretsar kan faktiskt ta skada av så lite som 20 volt, vilket betyder att det är helt omöjligt att hantera kretskort över huvud taget utan esd-skydd.

Esd vanlig felkälla


– Ett elektronikföretag använde en robot som stod inne i en plasthuv och skruvade fast ett kretskort på en metallkylare. Kortet kom på en bana och skruvarna kom i en plastslang och roboten drog åt dem med en skruvdragare. Efter sluttesten visade sig vissa kort ha väldigt många elektriska fel. Man startade en utredning med många personer. En esd-tekniker mätte inuti robotens huv och fick väldigt höga laddningar vid slangen där skruvarna kom ut. De övriga smålog lite åt esd-argumentet, men hittade inga andra fel. Slangen byttes mot en ledande slang och de elektriska felen försvann, berättar Lars Paalo.


”Tänk alltid: All elektronik är esd-känslig!”


Det finns en anledning till att företag som bygger elektronik alltid förvarar kretskort i ledande plastbackar och skeppar dem i påsar med ledande yta. Påsarna är högohmiga och den som tar i påsen kommer långamt att ta upp påsens potential till sin egen. Lådorna behöver inte vara jordade för att ge skydd. Men industrin har fortfarande massor att lära.

Esd är i stort sett okänt bland vanliga tekniker och dess förmåga att skapa mikroskador gör den extra farlig. Det är lite grann som långa lösenord – alla vet att de behövs men ingen vill göra sig omaket. Skaffa en esd-policy innan dina kunder undrar vad du håller på med.


» Så går du vidare


» ESD-Center säljer esd-material och håller kurser: www.esdcenter.se
» Nordiska ESD-rådet: www.esdnordic.com
» Läs det här: www.ami.ac.uk/courses/topics/0181_ftes
» Och det här: eed.gsfc.nasa.gov/562/ESD_Failures.htm
» TK101-gruppens standardiseringsarbete: www.esdnordic.com/pdfartiklar/E3_2003_s20%20.pdf
» Ormar i kortrackarna och råttor i servrarna är inte heller bra: www.microwaves101.com/content/microwavemortuary.cfm

Fakta

 
» Det viktigaste är
att skaffa kunskap om statisk elektricitet och hur den undviks.

» Datorgolvet ska vara ledande med en övre gräns på en gigaohm. Esd-golvet är grunden som får alla andra skydd att fungera.

» Grundskydd för en person är handledsband, esd-kläder och esd-skor.

» För besökare kan det räcka med besöksband – ett band som sätts under hälen med ett ledande band som dras över strumpan.

--------------------------------------

 
Foppatofflorna har ställt till med mycket problem på sjukhusen.
De är sköna, men laddas upp förfärligt. Det har hänt att dialysutrustning har slutat fungera av toffel-el. Samma sak händer när man rullar bord och sjukhussängar över pvc-golv. Linn Axelsson och Emma Delin vid Högskolan i Blekinge har mätt laddningarna och skrivit rapporten ”Esd-problem med plastskor i vården”.

Ett annat exempel på farlig statisk elektricitet: När flygbränsle faller i en stråle på en meter genereras ungefär 60 kilovolt mellan vingen och jord (tankbilen), eftersom flygplanet står på gummihjul. Det är tråkigt om den gnistan kan slå någonstans i närheten av bränslet. Av den anledningen jordar man alltid ett flygplan med en jordledning innan man ens lyfter på tanklocket. Det är standardförfarande.