Промышленные системы ионизации - как инновационное средство нейтрализации электростатических разрядов

Современный уровень развития промышленности, особенно радиоэлектронной, позволяет разрабатывать чрезвычайно высокотехнологичные изделия и оборудование. Исходя из особенностей производственных процессов при изготовлении электронных модулей, а также учитывая большую стоимость используемых компонентов и высокую степень их чувствительности к электростатическому разряду (ЭСР), исключительно важно уделять особое внимание вопросам оснащения производства передовыми средствами защиты от воздействия электростатических разрядов.

Для решения этой задачи более 60 лет назад, в 1952 году, был основан концерн Desco Industries Inc. (DII), основным направлением деятельности которого до сих пор является проектирование, разработка, производство и тестирование передовых средств защиты от воздействия электростатического разряда на компоненты, модули и конечные изделия, применяемые в различных отраслях мировой промышленности (рис. 1). Сегодня DII — многопрофильный концерн, в состав которого входят как хорошо известная в России компания Desco Europe (Великобритания), выпускающая высококачественную антистатическую продукцию, так и компания EMIT Technologies (США), мировой лидер в области разработки и производства инновационных средств и систем промышленной ионизации воздуха рабочих зон и поверхностей.

Сейчас ионизаторы компании EMIT выпускаются под торговыми марками DescoEurope и EMIT в США и Великобритании. Каждый ионизатор проходит тщательную проверку и калибровку в соответствии со стандартами пригодности Национального института стандартов и технологий США (NIST).

В реальных производственных условиях часто невозможно избежать использования изоляционных материалов (диэлектриков), имеющих высокое сопротивление, которое препятствует стеканию статического заряда на «землю», что может привести к возникновению электростатического разряда, и, как следствие, возникает высокая вероятность повреждения электронных компонентов и модулей (рис. 2).

Традиционно одним из наиболее эффективных способов нейтрализации электростатического заряда является ионизация рабочего пространства (ионизация воздуха). В то же время ионизатор нельзя рассматривать как единственное средство защиты от ЭСР.

В электронной промышленности ионизация необходима там, где есть поверхности и объекты, обладающие некоторой проводимостью, для которых, по ряду причин или конструктивных особенностей, нет возможности обеспечить стекание заряда на шину заземления, например, в случаях с быстро движущимися объектами или отсутствием шины заземления в рабочей зоне.

Применение ионизации в чистых помещениях — абсолютная необходимость в тех областях, где нельзя использовать специальные средства, позволяющие снизить влияние статического электричества на чувствительные к электростатическим разрядам изделия.

Нельзя не отметить и тот факт, что ионизаторы являются отличным средством борьбы с загрязнениями, которые, как известно, способствуют притяжению пыли. Более того, все ионизаторы компании EMIT полностью удовлетворяют требования, предъявляемые к современным производствам, в том числе к помещениям высокого класса чистоты (по ГОСТ ISO 14644-1).

Промышленные системы EMIT — это биполярные ионизаторы воздуха, пространства рабочих зон и поверхностей. Принцип работы биполярного ионизатора — генерация потока как положительно, так и отрицательно заряженных ионов (частиц). Заряженные частицы перемещаются с потоком воздуха, создаваемым встроенным в ионизатор вентилятором, притягиваясь к частицам противоположной полярности, в результате нейтрализуя статический заряд на объектах рабочей зоны.

В модельный ряд промышленных биполярных ионизаторов воздуха производства EMIT (DESCO) входят ионизаторы постоянного тока непрерывного действия (Steady-state DC ionizers). Применение этой технологии позволяет обеспечить более высокую концентрацию ионов в воздухе по сравнению с ионизаторами переменного тока, за счет раздельного размещения эмиттеров для выработки разнополярных ионов, а также достичь более низкой скорости вентилятора (значительного уменьшения шума) и, как следствие, снизить энергопотребление.

Во все промышленные ионизаторы EMIT (DESCO) интегрирована запатентованная технология замкнутой системы автобалансировки. Тем самым увеличена эффективность и работоспособность ионизаторов за счет повышения надежности и увеличения интервала между техническим обслуживанием. В случае обнаружения встроенным датчиком смещения напряжения (баланса) замкнутая цепь будет его компенсировать.

При выборе ионизатора воздуха следует убедиться в том, что его технические характеристики соответствуют действующим российским и зарубежным стандартам, например ГОСТ Р 53734.5 (МЭК 61340.5), в которых определены требования к основным характеристикам ионизаторов, а также установлены методы и средства проверки соответствия требуемым значениям.

Промышленные ионизаторы воздуха компании EMIT (DESCO) можно разделить на несколько групп: настольные ионизаторы, подвесные ионизаторы, прицельные пистолеты-ионизаторы и ионизаторы-распылители, а также системы ионизации помещений и поточные системы ионизации.

Настольные ионизаторы

Настольные ионизаторы (рис. 3, 4) наиболее эффективны, поскольку локальное действие потока ионизированного воздуха направляется именно на диэлектрические поверхности, где присутствует электростатический заряд, на чувствительные компоненты, модули, изделия и т. п. При этом образуется пятно в форме эллипса и создается нейтральный (нулевой) заряд на рабочей поверхности.

Настольный ионизатор с замкнутой системой автобалансировки предназначен для снижения уровня статического электричества в локальной зоне действия, и предотвращает формирование электростатического разряда.

Усовершенствованные модели Zero Volt — это настольные биполярные ионизаторы локального действия с замкнутой системой автобалансировки и функцией обратной связи. Они оснащены интегрированной системой для подключения к комплексной программе регистрации и учета данных и допущены к применению в чистых помещениях.

Модификация Mini Zero Volt — это система компактных размеров для функционирования в условиях ограниченного рабочего пространства. Ионизаторы Zero Volt предназначены для полной нейтрализации статического заряда на рабочей поверхности.

Подвесные ионизаторы

Промышленный подвесной биполярный ионизатор воздуха (рис. 5, 6) представляет собой ионизатор постоянного тока непрерывного действия со встроенной замкнутой системой автобалансировки и обратной связью. Эта модель сохраняет всю эффективность настольного ионизатора, но отличается от него удобством регулировки параметров при помощи инфракрасного пульта дистанционного управления, а также гибкой системой информационного обмена данными на базе микроконтроллеров, универсальным дизайном и стабильной системой ионизации. Расширенный охват ионизируемой зоны подходит для областей, где рабочее пространство ограничено. Уникальность подвесного ионизатора воздуха EMIT (DESCO) определяется его высококлассными рабочими характеристиками.

Подвесной ионизатор Chargebuster с замкнутой системой автобалансировки предназначен для понижения уровня статического электричества в локальной зоне действия, он предотвращает формирование электростатического разряда.

Усовершенствованные модели Overhead ZVI — подвесные биполярные ионизаторы локального действия с замкнутой системой автобалансировки и функцией обратной связи. Они оснащены интегрированной системой для подключения к комплексной программе регистрации и учета данных, и допущены к применению в чистых помещениях. Настройка и калибровка осуществляются с помощью инфракрасного пульта дистанционного управления. Ионизаторы Overhead ZVI предназначены для полной нейтрализации статического заряда на рабочей поверхности.

Прицельные ионизаторы локального действия

Ионизатор-пистолет и ионизатор-распылитель (рис. 7, 8) — биполярные прицельные ионизаторы локального действия, которые используют сжатый воздух или азот для нейтрализации электростатических зарядов в локальных областях. Основной акцент здесь сделан на повышении эффективности нейтрализации электростатических зарядов, чтобы препятствовать притяжению пыли и удалять видимые загрязнения. Применение прицельных ионизаторов позволяет обеспечить оперативный доступ к труднодоступным местам.

Внутренний фильтр локального ионизатора задерживает и собирает мелкие остаточные частицы и предметы, капли масла и влагу из магистрали подачи воздуха. Все элементы прицельного ионизатора — консоли, шланги, рукоятки и т. д. — выполнены из антистатических материалов.

Локальный ионизатор-распылитель Ion Python имеет прочную и долговечную конструкцию. С помощью гибкого шланга можно наиболее эффективно подавать ионизированный воздух на локальные объекты.

Прицельный ионизатор-пистолет Chargebuster Ion Gun — компактный и легкий, это модульная и эргономическая конструкция. Консоль подключается к любой магистрали для подачи чистого сухого воздуха или азота. Его можно применять в чистых помещениях (чистых комнатах). Пневматический пистолет не требует настройки и нуждается лишь в минимальном обслуживании.

Системы ионизации помещений

Ионизация помещений (рис. 9, 10) проводится при необходимости ограничения электростатических зарядов, формирование которых происходит на большой производственной площади. Ионизирующая подвесная система монтируется под потолком, таким образом, обеспечивается равномерное распределение ионизированного воздуха по всей площади помещения. Сгенерированные ионы будут быстро двигаться к рабочим поверхностям и полу.

Ионизатор нейтрализует заряды и может быть особенно эффективен в программе ЭСР- управления, так как снимает электростатические заряды с изоляторов, которые не могут быть заземлены, или с изолированных проводников, заземление которых невозможно по техническим причинам или из-за их конструкции. Кроме того, ионизация эффективно борется с электростатическим притяжением, там, где заряженные частицы наслаиваются на объекты, вызывая тем самым проблемы с загрязнением.

Не менее эффективное применение ионизации воздуха заключается в повышении контроля загрязненности. Сбалансированная ионизация воздуха может повысить способность системы фильтрации воздуха к удалению частиц из чистой комнаты. Ионизация нейтрализует заряды на критических поверхностях, и, уменьшает притяжение частиц к этим поверхностям.

Данный тип ионизации — это лучшее решение для помещений с высоким классом чистоты (чистые комнаты) или производственных объектов, сферой деятельности которых является использование композиционных порошковых материалов.

Поточные системы ионизации

Применение поточных ионизаторов воздуха EMIT (DESCO) (рис. 11, 12) сочетает в себе эффективность и практичность; в их основе лежит принцип генерации ионов — коронного разряда. Эти ионизаторы относятся к типу ионизаторов постоянного тока импульсного действия. Простой способ регулировки параметров с функцией гибкого информационного обмена на базе микроконтроллера и универсальный дизайн делают такую систему ионизации уникальной.

Поточная ионизация воздуха применяется в местах, где есть возможность накопления электростатического заряда на вращающихся и движущихся объектах. (Примером может служить вращающийся вал.)

Модуль автоматизированного управления поточного ионизатора подает напряжение на эмиттеры для импульсной генерации положительных и отрицательных ионов, для расширенного охвата ионизируемой локальной зоны без подвода магистрали подачи сжатого воздуха. При определенных конструктивных и технологических особенностях процессов на производстве система ионизации функционирует и с подачей сжатого воздуха.

Это решение идеально для производства бумажной продукции, полиэтиленовой ленты, стрейч-пленки, эффективно — при печати на профессиональных полиграфических принтерах, оптимально — для любого типа конвейерного производства. Промышленные поточные системы ионизации EMIT (DESCO) подразделяются исходя из особенностей технологического процесса, необходимости использования подачи сжатого воздуха и дистанционного управления системой поточной ионизации, а также наличия цифрового автоматизированного модуля управления с регистрацией данных.

Если нужно использовать систему непрерывного мониторинга, ионизаторы EMIT (DESCO) подключают к программному обеспечению EMIT SIM (рис. 13), которое представляет собой платформу для контроля и регистрации деятельности всего имеющегося на производстве интеллектуального оборудования EMIT. Экономия затрат при использовании EMIT SIM обусловлена отсутствием ежедневной необходимости полагаться на ответственность персонала и проверять состояние всех устройств защиты от ЭСР, в том числе ионизаторов. Это ПО создает отчеты о проделанной работе и проведенных калибровках, а также управляет графиком последующего технического обслуживания всех средств защиты от ЭСР.

Внедрение автоматизированных промышленных систем ионизации в программы ЭСР - управления стало необходимостью во многих производственных средах. Разработав программу, можно:

• Предотвратить ущерб, нанесенный непосредственно продуктам электростатическим разрядом (ESD) или электрическим перенапряжением (EOS).
• Снизить сбои используемого оборудования, вызванного электростатическим разрядом (ESD).
• Снизить сбои используемого оборудования, вызванного электростатическим разрядом (ESD).
• Исключить возможность возникновения проблем в готовом изделии, вызванных наличием статического заряда, и достичь более высокой скорости обработки.
• Защитить от загрязнения компоненты, модули и т. д., а также от наслаивания заряженных частиц на критических поверхностях изделий.
• Уменьшить содержание в воздухе частиц в ряде производственных сред.
• Снизить риск получения травм персоналом в результате действия статического разряда (Справочник ЭСР — ESD TR20.20, раздел 5.3.6.1.1 «Контроль разряда»; англ. ESD Handbook ESD TR20.20, section 5.3.6.1.1 — Charge Control).

Все представленные инновационные решения сделали промышленные биполярные ионизаторы воздуха EMIT незаменимым средством защиты от статики во всех отраслях промышленности.