MALZEMELERİN ELEKTRİKSEL SINIFLANDIRMASI (İLETKEN,STATİK DAĞITICI,ANTİSTATİK,ESD, YALITKAN)

Yüzey dirençlerine göre malzemelerin elektriksel özellikleri :

Burada dikkat edilmesi gereken malzemeler sınıflandırılırken iki farklı birim kullanılabilmesidir. Bazı kaynaklar sınıflandırmada yüzey özdirenci olan ohm/kareyi kullanırken, bazı kaynaklar yüzey direnci birimi olan ohm’u ya da hacimsel özdirenci olan ohm-cm’i kullanır. Yüzey özdirenci EIA-541, Mil-B-81705C and NFPA 99 gibi dokümanlarda geçer. Tüm bu dokümanlar yüzey özdirencini ölçmek için ASTM D-257’yi referans gösterir. Yüzey direnci ise hacim direnci, noktadan noktaya veya noktadan toprağa direnç olarak da adlandırılabilir. Bu değer ESD S4.1, S7.1, S11.11 ve STM 11.12 gibi test metotlarında geçer. DIN IEC 60093 standardında ölçme metotları tarif edilmiştir. Hacimsel özdirenç ise ASTM D-257 ve D-991 test metotlarını referans gösterir.
İletken malzeme yüzey dirençleri < 104 ohm Statik dağıtıcı malzeme yüzey dirençleri >1×104 ohm < 1×1011 ohm Yalıtkan malzeme yüzey dirençleri > 1×1011 ohm
İdeal ESD korumalı malzemelerin yüzey dirençleri >106 ohm <109 ohm
Farklı kaynaklarda antistatik malzeme yüzey dirençleri 1×109 ohm/kare ile 1×1012 ohm/kare arasında olarak belirtilebilir. Ancak antistatik malzeme ile anlatılmak istenilen triboelektrik yüklenmeyi engelleyen herhangi malzemedir. Bu karışıklığı engellemek için ESD Organizasyonu Terimler Sözlüğü’nde antistatik sözcüğü malzemenin tribo yüklenmeye karşı koyma özelliği olarak tanımlanır ve malzemenin yüzey direncinin bir fonksiyonu olmadığı belirtilir. Yine de birçok durumda düşük dirence sahip malzemelerin daha iyi antistatik karakteristik gösterdiği gözlenmektedir.
İletken
Elektronları ya da yükleri yüzeyi ya da hacmi boyunca kolayca ileten malzemelere iletken malzemeler denir. İletken malzemeler statik olarak yüklenemez.
Statik dağıtıcı
Statik dağıtıcı malzemeler yukarıda belirtildiği gibi 1×104 ohm ile 1×1011 ohm arasında yüzey direncine sahip ve topraklandıkları zaman elektrostatik yükleri yeterli biçimde ortamdan uzaklaştırabilecek malzemelerdir.

ESD
We encounter static electricity events every day. Walking on a carpeted floor, especially in winter, creates static electricity, sometimes up to sparks, when we come into contact with a metal surface. While this static electricity discharge is not harmful to humans, it can cause great damage to ESD (electrostatic discharge) sensitive electronic devices. Humidity has a great effect on the formation of electrostatic voltage. In cases where the humidity is low (eg 20%) the electrostatic formation is 50-100 times higher than when the humidity value is >60%.
Çoğu koşul altında elektrostatik boşalmayı hissetmemiz için büyüklüğünün 3500 Volt, karanlık bir odada kıvılcım görülmesi için 4000 V, aydınlatılmış bir odada kıvılcım görülmesi için 10.000 Volt, bir çatırtı sesi duymamız için ise 5000 V civarında olması gerekir. Elektronik komponentler ve montjlar bu değerlerin çok altında zarar görebilir. Modern elektronik devreler hayatımızda gün geçtikçe daha fazla yer kaplamaktadır ve devre boyutları da bu sayıyla beraber küçülmektedir. Bu, cihazları etkileyebilecek elektrostatik boşalma kaynaklı akımın ve voltajın çok düşük değerler olması anlamına gelir. Bu devrelerin daha hızlı çalıştırılması gerektiği için eskiden kullanılan ve çalışma hızını ilave kapasitans yaratarak sınırlandıran koruyucu elemanlar artık kullanılmamaktadır.
Another point to note is that damage from ESD does not render the device unusable directly. Up to 10-20% of devices damaged by ESD become inoperable directly. The other type of damage is called covert damage, and although the device appears to be working normally at first, it results in poor performance, eventually rendering it unusable.

ESD farklı anlamlara gelebilir:

• Elektrostatik Hassasiyete Sahip Cihaz
• Elektrostatik Boşalma
  Bunların hepsinin ifade ettikleri şey aynıdır.
  Antistatik gibi ESD de mümkün olan hallerde statik yüklenmeyi önleyerek, oluşması durumunda da hızlıca boşaltımını hedefler.
  Buradaki fark amacın bir insanın korunmasından çok, bir ürünün ya da üretim prosesinin korunması olmasıdır. Temelde, ESD bir ürün bir şahsi koruyucu donanım (KKD) olarak kabul edilmemelidir.
  Mikroçipler ya da elektriksel yüklere hassas malzemelerle çalışılan, en küçük boşaltım bile zararlara neden olabileceği alanlarda ESD ürünlerin kullanılması gereklidir.
  Hassas malzemeler ESD’den nasıl korunur?
  Aşağıdaki metotlardan biri uygulanabilir:
• Topraklama
• İzolasyon
• Nötralizasyon
  Topraklama çalışma alanı, operatör ve üzerinde çalışılan malzemeler kablo ya da bir şerit yardımı ile bilinen bir topraklama noktasına bağlanır.
  İzolasyon ve nötralizasyon ise koruyucu ekipmanlar yardımı ile sağlanır.
  Elektrostatik boşalmayı engelleyici kıyafetler giyilir. Bu kıyafetlerde bulunan ansitatik (iletken) iplikler yük birikmesini engeller. (EN 61340-5-1)
  ESD çalışma ayakkabıları taban direnç kriterleri antistatik çalışma ayakkabıları ile aynı alanda değerlendirilir. Yalnız ESD ayakkabılarda bu değer 3.5×107 ohm ile daha sıkıdır.
  ESD eldivenler ile ilgili net bir standart olmamakla beraber, piyasadaki ürünler EN 1149-5’e ya da antistatik eldivenler için en güncel standart olan EN 16350’ye göre test edilmiştir.
  Antistatic
  Hareket ettikçe, genellikle kıyafetler ve başka yüzeylerin sürtünmesinden statik yük oluşur. Bu yüzey vücudunuz, diğer kıyafetler veya bir sandalyenin döşemesi bile olabilir. Bu yüklerin birikmesi istenilmez. Aksine mümkün olduğunca hızlı bir şekilde boşaltılması gereklidir. Tehlikeli olan yükün kendisi değil, potansiyel boşalmadır. Örnek olarak bir kazağı kış gününde kafanızın üzerinden çekerek çıkarmanız düşünülebilir. Bu boşaltım sırasında kıvılcımlar ortaya çıkabilir ve bu özellikle patlama riski taşıyan alanlarda çok tehlikelidir.

Statik boşalma kaynaklı patlamalardan korumak için:

EN 1149-5’e uygun antitstatik çalışma kıyafetleri giyilir. Bu kıyafetler metal ya da karbon ipliklerden üretildikleri için yüklerin dağılmasına izin verir. Kaplanmış malzemelerde ise kaplama katmanına antistatik bir ürün ilave edilmiştir.
Antistatik çalışma ayakkablıları tercih edilir. S1 ve daha üzeri (S1p, S2 ve S3) kategorisindeki ayakkabıların antistatik özellikleri vardır.
Yalıtkan
Elektriksel olarak yalıtkan malzemeler bir bakıma antistatik malzemeler tam tersidir. Malzemelerin özeliği yüklerin yayılmasını engeller ve bu şekilde malzeme içerisinden elektrik akımı geçemez.
Elektrik ile çalışırken, çalışılan elektrik devresinin bağlantısının kesilmesi istenir. Eğer bu mümkün değilse, kendinizi yalıtmanız yani diğer bir deyişle yükler her zaman düşük dirençli yolu seçeceği için direnç miktarını arttırmanız gereklidir.
Örnek olarak bir elektrikçinin lastik mat üzerinde durması ya da elektriksel yalıtkan botların lastik tabanları verilebilir.
Özet
Malzemelerin elektriksel özelliklerine göre sınıflandırılmaları karışıklığa neden olabilir. Bu karışıklar elektriksel zararlara neden olabildiğinden tanımlamalara dikkat edilmelidir. En kısa hali ile özetlemek gerekirse iletken malzemeler üzerinde yük birikmesi olmayan, antistatik malzemeler kıvılcım ve patlamaları engelleyen, ESD malzemeler elektrostatik boşalmayı engelleyerek ürünü koruyan, yalıtkan malzemeler ise elektrik şoklarına karşı koruyan malzemeler olarak tanımlanabilir.
REFERANSLAR:

1. ESDA.ORG (EOS/ESD Association)
2. ANSI / ESD S541 Packaging Materials For ESD Sensitive Items
3. ESD Association’s Glossary of Terms (ESD ADV 1.0)