ESD, singkatan dari Electrostatic Discharge, menurut ESD
Association doc#ADV1.0-2004 didefinisikan sebagai rapid spontaneous
transfer of electrostatic charge between two bodies at different
electrostatic potentials as they approach one another usually the
charges flow through a spark. Dalam bahasa kita, saya pikir bisa
diterjemahkan bebas sebagai loncatan muatan listrik statik dari
suatu objek ke objek yang lain yang mempunyai benda potensial
listrik umumnya terjadi antara konduktor dengan konduktor. Kata
loncatan membawa pengertian bahwa perpindahan muatan listrik statik
berlangsung cepat (rapid) dalam waktu yang sekejap atau seketika
(spontaneous) sehingga bisa dibayangkan terjadinya bunga api
(spark) setiap kali ada loncatan listrik statik. Loncatan atau
perpindahan muatan listrik yang terjadi secara cepat ini
menyebabkan arus listrik yang dihasilkan sangat tinggi, akibatnya
energi panas yang dihasilkannya pun tinggi juga yang bisa membakar
atau melelehkan objek yang dikenainya. Sebaliknya jika perpindahan
muatan terjadi secara lambat misalnya karena ada resistansi
(hambatan listrik) permukaan objek maka arus listrik dan energi
yang lebih rendah, sehingga mungkin cukup aman dan tidak merusak
objek yang terkena. Ini salah satu teknik atau metoda yang
digunakan orang untuk mengurangi bahaya ESD di industri elektronik.
Jika muatan yang ditransfer cukup besar, maka bunga api akan
terlihat secara visual (dengan mata). Tetapi untuk muatan yang
sedikit hanya beberapa nano Coulomb saja, seringkali bunga api
tidak terlihat tapi bisa dideteksi dengan detektor elektromagnetik
karena setiap terjadi bunga api akan memancarkan gelombang EM. Kita
semua tahu bahwa petir adalah contoh dari ESD yang paling besar dan
menakutkan di alam. Dengan menggunakan detektor elektromagnetik
yang peka, kita akan bisa mendeteksi petir-petir kecil yang kasat
mata yang energinya cukup kuat untuk merusak komponen elektronik.
Jika kita mengenal adanya alat penangkap petir untuk mengamankan
bangunan atau cara lain untuk menjinakkan sambaran petir, maka
kitapun bisa melakukan hal yang sama terhadap petir-petir kecil
tersebut yang berpotensi untuk merusak komponen elektronik. Itulah
sebabnya dalam industri elektronik, kendali ESD (ESD control)
merupakan keharusan. Untuk menerapkan kontrol yang efektif dan
efisien, kita mesti mengetahui ambang batas kemampuan komponen
elektronik (voltage failure threshold) yang diproduksi sehingga
kita bisa menge-set (mengatur) berapa banyak muatan listrik statik
yang bisa ditolerir biasanya dinyatakan dalam voltase atau tegangan
listrik. Biasanya uji atau tes sensitivitas produk terhadap ESD
dilakukan mengikuti beberapa model, misalnya Human Body Model
(HBM), Machine Model (MM) atau Charged Device Model (CDM). Protokol
atau pedoman bagaimana melakukan kontrol ESD dapat merujuk ke
ANSI/ESD S20.20 dari ESD Association. ANSI/ESD S20.20 ini merupakan
semacam ISO-9000 untuk kontrol ESD. Sekilas tentang ANSI/ESD S20.20
dapat dilihat pada rubrik yang lain. Dengan makin banyak
otomatisasi pada proses produksi, sekarang ini diketahui efek buruk
lain dari ESD yaitu robotic lock-up. Ini terjadi karena setiap kali
terjadi ESD maka akan dipancarkan gelombang EM ke sekitarnya, yang
dapat ditangkap oleh rangkaian elektronik dan mengacaukan kerja
mikroprosesor dan gerakan robot. Meskipun elektrostatik telah
dikenal sejak abad ke-18 dan merupakan bagian tak ternilai dari
fisika, tidak banyak aplikasi dan penemuan yang didasarkan pada
prinsip elektrostatik. Salah satu satu penemuan yang bisa dikatakan
sangat penting di bidang elektrostatik pada masa itu adalah
penangkap petir dari Benjamin Franklin.Mungkin kita masih ingat
tentang eksperimen yang dilakukan oleh Benjamin Franklin dengan
menaikkan layang-layang di saat petir menyambar untuk membuktikan
bahwa awan dan petir itu bermuatan listrik. Cerita dan eksperimen
ini bisa dilihat di www.pbs.org/benfranklin/exp_shocking.html.
Sungguh menarik karena ada simulasinya segala. Kita juga diajari
bagaimana membuat layang-layang!
Dengan membuat pengecualian untuk penangkap petir diatas, baru
setelah permulaan abad ke-20 ditemukan aplikasi industri yang
pertama dari elektrostatik. Pada tahun 1906, Frederick Cottrell
menemukan elektrofilter [electrofilter] atau pengaring
elektrostatik [electrostatic precipitator]. Revolusi industri telah
menempatkan jejak hitamnya pada lingkungan, dan sumber pencemaran
terbesar adalah hasil pembakaran dari industri berat. Elektrofilter
merupakan terobosan yang sungguh berarti karena dapat menangkap abu
dari asap yang berasal dari hasil pembakaran, misalnya pada
pembangkit tenaga listrik berbahan bakar batubara. Sukar untuk
membayangkan tingkat polusi pada masa sekarang tanpa penemuan ini
yang pada prinsipnya sangat sederhana tetapi merupakan hasil
penemuan yang cemerlang. Penyaring elektrostatik hanya satu
permulaan. Segera setelah itu, ditemukan metoda untuk memisahkan
campuran partikel yang berbeda jenisnya, diikuti oleh metoda
pengecatan dengan semprotan secara elektrostatik dan juga metoda
pelapisan dengan eletrostatik. Semua proses ini pada dasarnya
adalah sangat sederhana. Akan tetapi lain dengan hasil pekerjaan
Chester Carlson. Dengan menyandang gelar sarjana hukum dan fisika,
Carlson bekerja di kantor paten, dan karenanya memahami kebutuhan
untuk menyalin atau mengopi hasil paten. Lalu, dia memutuskan untuk
menciptakan alat penyalin yang lebih lebih baik. Ketika dia memilih
kombinasi elektrostatik dan fotokonduktivitas sebagai prinsip dasar
kerjanya, hampir semua orang setuju bahwa kombinasi ini tak akan
bekerja. Dan setiap orang hampir benar. Akan tetapi Carlson tidak
putus asa, setelah bertahuntahun melakukan percobaan, hasil
akhirnya adalah proses fotokopi yang kita kenal sekarang. Meskipun
prosesnya tidak hanya melibatkan elektrostatik, orang masih
mengenalinya sebagai aplikasi dari elektrostatik. Pada masa
selanjutnya, efek elektrostatik mulai menakutkan dan memberi kesan
buruk. Dimulai pada tahun 1930-an, pada saat itu ledakan pada
gudang penyimpanan peluru dilaporkan terjadi hampir setiap minggu
di bagian tengah Amerika. Dengan kejadian ini dan bertambahnya
ledakan di ruang operasi di rumah sakit dan laboratorium kimia dan
farmasi, orang menyebut bahwa penyebab ledakan adalah listrik
statik! Sangat alami untuk menganggap bahwa pelepasan elektrostatik
[electrostatic discharge] adalah pemantik atau sumber penyala dari
ledakan-ledakan seperti itu. Elektrostatik atau Listrik statik
sampai sekarang lebih dari hanya sekedar ledakan. Pada tahun
1930-an, listrik statik sudah menyusahkan industri percetakan
begitu juga industri tekstil : misalnya kertas yang menempel satu
sama lain, juga serat yang menggumpal dan susah dikontrol selama
pemintalan dan penenunan. Dengan pengembangan semua jenis material
polimer di tahun 1940 dan 1950-an seperti nilon, orlon dan teflon
listrik statik masuk menjadi bagian dalam rumah tangga. Orang
mengenali listrik statik sebagai sumber/penyebab kenapa kain baju
lengket ke tubuh atau penyebab kenapa layar TV dan monitor kotor.
Dan konon, listrik statik juga disalahkan karena menyebabkan sakit
kepala dan menghancurkan keseimbangan antara ion negatif yang baik
dan ion positif yang jahat di udara. Akhirnya, elektrostatik lebih
banyak dikenal karena efek perusaknya. Pada tahun 1960-an, efek
perusakan listrik statik menyebar ke tempat yang baru : dunia
elektronik. Beberapa orang menganggap kehadiran MOSFET (metal oxide
semiconductor field-effect transistor) sebagai permulaan perioda
ini. Disini efek listrik statik mulai dikenal sebagai ESD
(Electrostatic Discharge). Komponen elektronik yang berukuran makin
kecil dan berkemampuan makin canggih, membuatnya makin sensitif
terhadap ESD. Diperkirakan ESD menyebabkan industri elektronik
mengalami kerugian jutaan dolar setiap tahunnya, dan karenanya
kendali/kontrol ESD (ESD control) merupakan keharusan atau
keniscayaan bagi industri elektronik. Jadi, pada dasarnya kasus
elektrostatik dapat dikelompokkan menjadi dua kategori, yaitu
Electrostatic Discharge (ESD) dan Electrostatic Attraction (ESA).
ESD selalu menjadikan elektrostatik berwajah jahat, sedangkan ESA
mempunyai dua pengaruh jahat dan baik. ESA ada karena bekerjanya
gaya Columb (tarik menarik atau tolak menolak) pada elektrostatik
jika bisa dimanfaatkan maka ESA menjadikan elektrostatik berwajah
baik, jika kehadirannya menganggu maka jadilah elektrostatik
berwajah buruk. Semuanya akan kita bahas tersendiri.
Kita kenal bahwa muatan listik pada permukaan suatu benda
terjadi karena ketidakseimbangan jumlah elektron (bermuatan
negatif) terhadap proton (bermuatan positif). Jika kelebihan
elektron, kita katakan benda tersebut bermuatan negatif. Jika
terjadi sebaliknya, maka benda tersebut bermuatan positif. Benda
yang bermuatan sejenis atau mempunyai polaritas muatan yang sama
(positif dengan positif, atau negatif dengan negatif) akan
tolak-menolak, sedangkan benda benda yang berbeda muatan (positif
dengan negatif) akan saling tarik menarik. Ketika belajar Fisika,
kita mengetahui hal ini sebagai hukum Coulomb. Jika jumlah elektron
sama dengan proton, maka dikatakan bahwa benda tersebut adalah
netral atau tidak bermuatan !Kalau muatan listrik itu diam
dipermukaan suatu benda, maka kita katakan bahwa benda tersebut
bermuatan listrik statik. Fenomena muatan listrik statik atau
elektrostatik sudah dikenal manusia sejak dulu karena mudah
ditemukan di alam sekitar. Kita bisa dengan mudah menimbulkan
muatan listrik statik pada benda-benda bukan logam disekitar kita
dengan menggosokkannya dengan benda lain. Mungkin kita masih ingat
eksperimen sederhana saat sekolah dulu : sisir plastik yang digosok
dengan kain, lalu didekatkan dekat lengan, akan menarik
rambut-rambut di kulit lengan, atau jika didekatkan ke
sobekan-sobekan kertas diatas meja maka sisir plastik akan menarik
sobekan-sobekan kertas tersebut. Syaratnya : sisir dan kainnya
mesti kering. Jika basah, tak cukup banyak muatan listrik yang
dihasilkan. Ini bukan sulap atau magik, tapi sains. Bagi yang suka
nonton Mr. Bean, ada satu episode dimana tubuh Mr.Bean menjadi
bermuatan listrik setelah bermain-main dengan alat penghasil muatan
listrik statik, yang biasanya dinamakan generator Van de Graaff.
Ternyata elektrostatikpun bisa jadi bahan lelucon juga ya! Cara
mudah menimbulkan muatan listrik statik, seperti eksperimen
sederhana diatas, adalah dengan menggosok atau menggesek permukaan
suatu benda dengan benda lain. Cara ini dikenal dengan nama
triboelectric charging (pemberian muatan secara triboelektrik).
Besar dan jenis muatan yang ditimbulkan tergantung pada banyak hal
: jenis benda, kelembaban udara, luas permukaan kontak, kecepatan
dan tekanan pada saat bergesekan dan pemisahan. Makin luas
permukaan kontak, maka makin tinggi muatan statik yang dihasilkan.
Untuk benda padat, kita bisa mem-prediksi jenis muatan yang
dihasilkan dari deret triboelektrik, contoh deret triboelektrik
ditunjukkan pada tabel 1. Jika katun digosok dengan wool misalnya
maka wool akan cenderung bermuatan positif sedang katun bermuatan
negatif. Muatan statik yang dihasilkan juga relatif lebih tinggi
dibandingkan jika katun digosok dengan sutra, karena dalam deret
tersebut wool terletak diatas sutra. Keberadaan muatan listrik
statik dapat diketahui dengan menggunakan beberapa alat pengukur
khusus yang disebut Electrometer dipasaran bisa dijumpai alat yang
disebut Electrostatic Fieldmeter (satuan ukurnya volt/meter),
Electrostatic Voltmeter (satuan ukur dalam volt) dan Coulombmeter
(satuan ukur dalam coulomb).
Dasar-03 : Netralisasi muatan dan sifat listrik bahanJadi, jika
adanya muatan listrik statik menimbulkan masalah, maka salah satu
solusinya adalah dengan menetralkan mutan listrik bersangkutan.
Cara efektif untuk menetralkan muatan listrik dilakukan berdasarkan
sifat listrik material/bahan.Pada dasarnya netralisasi muatan dapat
dilakukan dua cara, yaitu grounding dan ionisasi dengan ionizer.
Grounding dilakukan jika elektron dapat
bergerak atau mengalir dalam bahan bersangkutan, yaitu dengan
menghubungkan bahan tersebut ke tanah/bumi atau bagian ground dari
kabel listrik karena tanah/bumi adalah reservoar muatan (sumber
muatan yang tak-terhingga). Sebaliknya, untuk bahan yang tak dapat
mengalirkan muatan, maka tidak ada jalan lain untuk menetralkan
muatan kecuali memberikan muatan yang berlawanan dari udara.
Sebetulnya udara mengandung sejumlah molekual uap air yang dapat
menetralkan permukaan suatu benda, tapi netralisasi secara alami
ini akan berlangsung sangat lama. Untuk mempercepat proses
netralisasi, maka digunakan alat/peralatan yang disebut Ionizer.
Ionizer dirancang untuk menghasilkan sejumlah besar ion positif
maupun negatif dan ion-ion tersebut diarahkan ke permukaan benda
yang akan dinetralisasi. Selain itu, netralisasi juga dapat
dilakukan dengan membasahi permukaan bahan bersangkutan dengan air
biasa (bukan DI water) atau larutan yang mengandung air seperti
IsoPropyl Alcohol (IPA). Berdasarkan sifat listriknya,
material/bahan dikelompokkan menjadi 3 sebagai berikut :
Konduktif jika resistansinya < 105 ohm Disini elektron mudah
bergerak atau mengalir, jadi netralisasi dapat dilakukan dengan
mudah dengan cara grounding. Contoh : logam dan tubuh manusia
Insulatif jika resistansinya > 1011 ohm Elektron bisa
dikatakan tak dapat bergerak, jadi netralisasi hanya mungkin
dilakukan dengan ionisasi. Contoh : plastik dan karet Dari
pengukuran tribocharging, kita bisa menentukan apakah muatan
listrik mudah ditimbulkan pada bahan tersebut jika tidak mudah
membangkitkan muatan (atau muatan yang dihasilkan cukup rendah),
maka bahan itu dapat dikatakan sebagai anti-statik
Statik disipatif resistansi di antara 105 sampai 1011 ohm
Disini, elektron dapat bergerak tetapi lambat, jadi perlu diketahui
parameter decay time untuk mengetahui berapa cepat grounding dapat
menetralisasi muatan. Pengukuran tribocharging juga perlu dilakukan
untuk mengetahui apakah bahan tersebut anti-statik atau tidak.
Umumnya bahan yang masuk kategori statik disipatif adalah bahan
buatan artinya memang khusus dibuat untuk mempunyai resistansi
tertentu misalnya bahan dasarnya adalah insulatif tapi diberi
tambahan karbon dalam kadar tertentu untuk membuatnya bersifat
statik disipatif. Jika kadarnya berlebih, bahan juga bisa bersifat
konduktif.
Untuk mengukur nilai resistansi bahan, kita gunakan MegaOhmmeter
(atau Surface Resistance Meter) ini semacam multimeter biasa tetapi
dengan jangkauan pengukuran sampai 100 G Ohm atau lebih. Kita juga
dapat menggunakan electrometer (misalnya Electrostatic Voltmeter/
Fieldmeter) untuk mengukur muatan listrik dari proses tribocharging
dan dengan bantuan stopwatch, kita pun dapat mengukur decay time
secara kualitatif. Untuk hasil yang lebih akurat, kita perlu
menggunakan Charged Plate Monitor.
Pengepakan/Pengemasan Protektif
Ada banyak cara untuk melakukan teknik pengepakan/pengemasan
protektif terhadap ESD (ESD protective packaging) tergantung
kebutuhan, semuanya mesti didokumentasikan. Evaluasi atau
kualifikasi kemasan dapat merujuk ke ANSI/ESD S54.1. Pada dasarnya
kualifikasi ini dilakukan untuk mencegah terjadinya loncatan
(discharge) muatan listrik statik langsung (dari lingkungan
sekitar) ke item ESDS yand disimpan didalam kemasan, baik di dalam
EPA maupun di luar EPA. Kualifikasi material perlu memperhatikan
faktor lain, misalnya jika material yang digunakan kemungkinan
menimbulkan kontaminasi partikel atau mengeluarkan gas tertentu
(outgas), maka evaluasi atau kualifikasinya mesti memenuhi
persyaratan lain yang ditetapkan oleh pemakai. Penandaan Penandaan
diberikan untuk memberi tahu adanya kompenen ESDS disuatu peralatan
atau suatu tempat produksi, juga dapat diberikan pada kemasan
protektif ESD. Simbol penandaan dapat merujuk ke EOS/ESD S8.1
Keterangan Tambahan Ada dua lampiran berisi keterangan tambahan
tapi tidak dianggap sebagai bagian dari S20.20 : o Lampiran pertama
membahas tentang Automated Handling Equipment, Glove & Finger
coat dan Hand tool. Disebutkan bahwa belum ada batasan spesifikasi
dan kriteria verifikasi yang disepakati untuk hal-hal tersebut,
jadi pengguna perlu menetapkannya sendiri. o Lampiran kedua
membahas tentang ESD sensitivity testing. Ada 3 model ESD yang
biasa digunakan untuk menentukan ambang batas sensitivitas divais,
yaitu : Human Body Model (HBM), Machine Model (MM) dan Charged
Device Model (CDM). Automated Handling Equipment ESD SP10.1 Pada
mesin atau peralatan yang bisa diprogram untuk bergerak secara
otomatis, kontrol ESD untuk mesin/peralatan seperti ini bisa
dilakukan dengan mengukur resistansi ke ground dari komponen mesin
(terutama yang kontak langsung dengan divais/ESDS) dan memonitor
muatan elektrostatik pada divais saat melewati atau diproses dalam
mesin tersebut. Glove ANSI/ESD SP15.1 Disini dijelaskan prosedur
untuk mengukur resistansi glove (sarung tangan) dan finger coat
(sarung ujung jari) yang digunakan untuk kontrol ESD. Hand tool ESD
STM13.1 Disini dijelaskan metoda untuk mengukur kebocoran arus
listrik (leakage) dan resistansi ke ground untuk peralatan
soldering/desoldering. Meskipun tidak secara khusus disebutkan
disini, hand tool yang menggunakan tenaga baterei, pneumatik atau
lainnya pun perlu dievaluasi sebelum digunakan.
Daftar standar ESD yang dirujuk disini : ANSI/ESD S1.1 Wrist
straps ANSI/ESD STM2.1 Garments ANSI/ESD STM3.1 Ionization ANSI/ESD
SP3.3 Periodic Verification of Air Ionizers ANSI/ESD S4.1
Worksurfaces Resistance Measurements ANSI/ESD STM4.2 ESD Protective
Worksurfaces Charge Dissipation Characteristics ANSI/ESD S6.1
Grounding ANSI/ESD S7.1 Floor Materials Characterization of
Materials ANSI/ESD STM9.1 Footwear Resistive Characterization ESD
SP9.2 Footwear Foot Grounders Resistive Characterization ANSI/ESD
STM97.1 Floor Materials and Footwear Resistive Measurement in
Combination with a Person ANSI/ESD STM97.2 Floor Materials and
Footwear Voltage Measurment in Combination with a Person ESD TR53
Compliance Verification of ESD Protective Equipment and Materials
ANSI/ESD STM12.1 Seating Resistive Measurement ANSI/ESD S541
Packaging Materials for ESD Sensitive ItemsPersyaratan
TeknikalPersyaratan teknikal mencakup hal-hal sebagai berikut :
Sistem grounding (grounding/equipotential bonding system)
Grounding tubuh (personnel grounding) Area terproteksi (EPA, EPA =
ESD Protected Area) Sistem pengemasan/pengepakan produk (packaging
system) Penandaan (marking)
Sistem grounding Sistem grounding diterapkan untuk memastikan
bahwa semua item ESDS, tubuh manusia dan konduktor lainnya
mempunyai potensial listrik yang sama.
Persyaratan teknikal
Penerapan
Metoda uji/ pengetesan ANSI/ESD S6.1 ANSI/ESD S6.1 ANSI/ESD
S6.1
Spesifikasi
Sistem grounding
Equipment Grounding Conductor Auxiliary Ground Equipotential
Bonding
Impedansi < 1 ohm < 25 ohm ke Equipment Grounding
Conductor < 109 ohm ke Common Connection Point
Grounding tubuh Semua orang mesti terhubung ke sistem grounding
ketika memegang item ESDS, dengan mengikuti beberapa alternatif
sebagai berikut :
Jika operator duduk, maka hubungan ke ground melalui wrist
strap. Jika operator berdiri, maka ada dua pilihan : hubungan ke
ground dapat dilakukan melalui wrist strap atau sistem lantai &
alas kaki : metoda-1 bila total resistansi sistem (dari tubuh
melalui alas kaki dan lantai ke ground) < 3.5107 ohm atau
metoda-2 jika total resistansi > 3.5107 ohm tetapi < 109 ohm.
Kalau garmen ESD digunakan sebagai jalur grounding daripada wrist
strap, maka total resistansi termasuk tubuh-garmen-wrist strap
harus < 3.5107 ohm.
Area Terproteksi (EPA) Memegang item ESDS tanpa penutup atau
kemasan pencegah ESD (ESD protective covering or packaging) harus
dilakukan didalam suatu Area Bebas ESD (EPA). EPA disini dapat
berupa satu area kerja, satu ruangan atau satu gedung. Papan tanda
yang menunjukkan area EPA mesti ada dan terlihat jelas sebelum
seseorang memasuki EPA. Akses ke dalam EPA dibatasi untuk mereka
yang telah mengikuti pelatihan ESD. Orang yang belum mengikuti
pelatihan harus didampingi selama berada di EPA. Dalam rangka
mencegah kerusakan karena efek FI-CDM, program ESD harus mencakup
penanganan proses yang melibatkan insulator. Jika medan yang
terdeteksi lebih dari 2000 volt/inci, perlu dilakukan tindakan
untuk (a) menjauhkan insulator dari ESDS sekurangnya 30 cm (12
inci) atau (b) menerapkan ionisasi atau cara lain utnuk
menetralisir muatan. Semua insulator yang tak diperlukan harus
dipindahkan dari area kerja dimana item ESDS dipegang.
Banyak cara untuk membuat kontrol ESD dalam suatu EPA. Tabel
berikut ini menunjukkan contoh item yang dikontrol dalam EPA.
Kualifikasi produk dapat dilakukan sendiri (internal), oleh
pihak ketiga yang independen, atau dengan merujuk ke spesifikasi
yang diberikan oleh penyedia produk. Standar prosedur ANSI/ESD
S20.20 adalah pedoman untuk membuat dan menjalankan Program Kontrol
ESD untuk menangani divais (device) elektronik atau elektrikal yang
mempunyai sensitivitas sama atau lebih besar dari 100 volts
berdasarkan tes HBM (Human Body Model). Dokumen ini dapat di
muat-turun secara gratis dari www.esda.org. Standar S20.20 ini
diharapkan menjadi semacam prosedur ISO untuk ESD. Jadi, apa saja
yang diterapkan mesti didokumentasikan dan juga, apa saja yang
didokumentasikan mesti diterapkan. Versi terakhir S20.20 dirilis
pada 1-Mei-
2007. Isinya lebih ringkas dibandingkan versi sebelumnya yang
dibuat pada tahun 1999. Disebutkan juga bahwa dokumen S20.20
ditulis berdasarkan pengalaman beberapa organisasi komersial maupun
militer, termasuk Asosiasi ESD, Standar Militer dan ANSI untuk
sifat material dan metoda uji/pengetesannya.
ANSI/ESD S20.20 yang dibahas singkat disini merujuk ke versi
terakhir (2007). Prinsip dasar kontrol ESD yang menjadi landasan
dokumen ini dijelaskan sbb :
Semua konduktor, termasuk tubuh manusia, harus dihubungkan
secara elektrikal ke ground/tanah atau ground semu (misalnya bodi
pesawat dan kapal) sehingga menimbulkan keseimbangan potensial
listrik (equipotential). Proteksi elektrostatik dapat dilakukan
diatas potensial 0 volt (0 volt berarti ground yang sebenarnya)
selama semua benda yang terhubung berada pada potensial listrik
yang sama. Insulator tidak dapat dinetralkan dengan grounding. Jika
material insulator dibutuhkan dalam proses produksi, maka sistem
ionisasi diperlukan untuk netralisasi insulator seperti ini (contoh
material PCB). Penilaian resiko atas pemakaian insulator dalam
proses produksi mesti dilakukan untuk memastikan tindakan tepat
yang mesti diambil untuk meminimalkan atau menghilangkan resiko
kerusakan divais/produk karena ESD. Transportasi item ESDS diluar
EPA mesti dilakukan dengan memasukkannya kedalam tempat tertutup
yang terbuat dari material protektif terhadap ESD, meskipun jenis
material yang digunakan bergantung pada keadaan. Didalam EPA,
anti-statik dan material statik-disipatif mungkin sudah cukup
memberikan proteksi yang diinginkan. Akan tetapi di luar EPA,
disarankan untuk menggunakan material anti-statik dan material
shielding. Meskipun tidak dibahas detil disini (bisa merujuk ke
ANSI/ESD S541) penting untuk mengetahui perbedaan keduanya dalam
hal aplikasi.
Kosakata :ESDS = ESD Susceptility Item ESDS = produk/divais yang
peka terhadap ESD EPA = ESD Protected Area, Area yang dikontrol
sehingga (diharapkan) bebas dari ESD Shielding = bersifat mampu
mengurangi atau membatasi penetrasi medan listrik
Program Kontrol ESD disyaratkan mencakup hal-hal yang bersifat
administratif dan teknikal, untuk menjamin terlaksananya proteksi
terhadap ESD secara terus menerus. Detil prosedurnya bisa
dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan, terutama jika sensitivitas
divais kurang dari 100 volt.
Persyaratan AdministratifPersyaratan administratif meliputi tiga
hal sebagai berikut :
Rencana program (ESD control program plan) Pelatihan (training)
Verifikasi (compliance verification)
Ketiga hal ini dapat dimasukkan dalam satu dokumen atau
masing-masing dibuat dalam dokumen terpisah.
Rencana program kontrol ESD
Ini merupakan dokumen induk/utama untuk membuat, menjalankan dan
memverifikasi pelaksaan program kontrol ESD, antara lain berisi
cakupan atau jangkauan program, pembagian tanggung jawab secara
organisasi, prosedur kerja setiap rencana, dsb dan dokumen ini
dibuat sejalan dengan sistem kualitas (quality system/plan).
Pelatihan Pelatihan tentang kesadaran dan pencegahan ESD harus
diberikan pada semua orang yang akan memegang atau kontak dengan
item ESDS (ESDS = ESD Susceptible, Item ESDS = benda/produk yang
dikategorikan sebagai sensitif terhadap ESD). Pelatihan disini
berupa pelatihan awal dan pelatihan berkelanjutan. Jenis dan
frekuensi pelatihan harus didefinisikan dalam dokumen. Selain,
dijelaskan juga cara menyimpan dan menjaga catatan/hasil pelatihan
(training record). Verifikasi Verifikasi kesesuaian antara
dokumentasi dan aktual pelaksanaannya harus dilakukan, ini meliputi
daftar item atau hal yang perlu diverifikasi atau diaudit, metoda
verifikasi atau cara pengukuran, batasan spesifikasi dan frekuensi
verifikasi, termasuk metoda pengetesan dan instrumen yang
digunakan. Catatan/hasil audit atau verifikasi harus disimpan dan
dijaga sebagai bukti kesesuaiannya dengan persyaratan teknikal.
Pengetahuan tentang instrumen yang digunakan sangat penting karena
menentukan keabsahan hasil pengukuran : perlu diketahui apa yang
bisa dilakukan dan apa yang tidak bisa dilakukan oleh instrumen
tersebut. Dalam hal ini kita mengenal ada tiga kategori yaitu
Indicator, Audit Grade, Laboratory Grade. Audit atau verifikasi
dapat dilakukan dengan instrumen dalam kategori Indicator atau
Audit Grade dengan mengetahui keterbatasan dari instrumen
bersangkutan. Kontrol elektrostatik di industri non-elektronik
tidak seketat industri elektronik. Disini lebih banyak terjadi
masalah ESA (Electrostatic Attraction) masalah yang timbul karena
adanya gaya tarik atau tolak elektrostatik, umumnya karena
pemakaian bahan insulatif dalam proses produksi (plastik, gelas,
dsb) atau malah material atau zat dari produknya sendiri bersifat
insulatif. Salah satu solusinya adalah dengan menggunakan ionizer
untuk menetralkan muatan. Berikut ini disajikan beberapa contoh
aplikasi :
Elektrostatik pada proses pelipatan (tekstil, plastik, dsb)
Masalah : Suatu lembaran bahan disimpan langsung kedalam wadah
pengumpul menggunakan lengan berayun seperti terlihat pada gambar
1. Beberapa masalah timbul dalam proses ini : (a) muatan listrik
statik menyebabkan lembaran bahan lengket atau menempel pada sisi
wadah pengumpul. (b) partikel debu menempel pada lembaran bahan
kotor menyebabkannya kotor (terkontaminasi). Solusi : Penempatan
ionizer pada lengan berayun untuk menetralkan muatan statik sebelum
bahan diletakkan pada wadah pengumpul.
Elektrostatik pada pengisian botol (misalnya di industri farmasi
dan kosmetik) Masalah : (a) sebelum proses pengisian, botol
plastik/gelas bermuatan tinggi dan menarik partikel debu sehingga
kotor, (b) pada proses pengisian, serbuk/bubuk tidak dapat diisikan
ke dalam botol dengan tepat beberapa persen akan keluar dan
menyebar di sekitar botol sehingga mengurangi efisiensi proses
selain mengotori botol dan tempat kerja. Ini disebabkan baik botol
maupun serbuk bermuatan statik tinggi. (c) bubuk yang bermuatan
statik juga melekat pada ujung corong pengisi sehingga menyulitkan
proses pengisian botol. Solusi : Penempatan ionizer batang untuk
menetralkan botol sebelum proses pengisian, dan ionizer cincin di
dekat ujung corong untuk menetralkan serbuk di ujung corong
sehingga tidak ada serbuk yang menempel dan langsung mengisi
botol.
Mungkin tidak banyak dari kita yang menyadari beberapa aplikasi
penting yang didasarkan pada prinsip elektrostatik. Perkataan
elektrostatik atau listrik statik kemungkinan besar akan
mengingatkan kita pada kejadian atau fenomena buruk, seperti
sambaran petir saat hujan badai, kain baju (dari bahan sintetis)
yang lengket di badan, layar tv atau monitor (pakai tabung) yang
kotor, kebakaran di pompa bensin (terutama di negara dengan
kelembaban rendah), dan efek perusakan pada komponen elektronik
yang dikenal sebagai ESD.Bila mendengar kata ion, mungkin tidak
banyak yang mengkaitkannya dengan elektrostatik. Jadi ketika kita
membeli pendingin udara (AC) atau pembersih udara (air purifier)
atau lemari es yang dilengkapi dengan pembangkit ion-ion, mungkin
tidak terbayang bahwa itu merupakan sisi baik dari penggunaan
elektrostatik. Barangkali kita bisa mendaftar aplikasi sederhana
dari elektrostatik di rumah kita. Salah satunya adalah sikat atau
kemoceng untuk membersihkan debu di permukaan perabot rumah tangga.
Selain itu, ada cairan pembersih permukaan yang dipromosikan dapat
memberikan lapisan anti-debu, sebenarnya ini adalah cairan
anti-statik yang membuat permukaan benda bersangkutan tidak mudah
menarik partikel debu atau membuat permukaan benda mudah
dibersihkan. Kebanyakan aplikasi elektrostatik terkait dengan
penanganan partikel baik partikel di udara atau di dalam cairan.
Pada semua aplikasi elektrostatik, beberapa material harus
di-elektrifikasi yaitu dengan memberi muatan listrik pada partikel
bersangkutan. Proses elektrifikasi yang sering digunakan adalah
elektrifikasi korona, kontak, triboelektrik, serta induksi dan
polarisasi di dalam medan listrik. Berikut ini adalah contoh
aplikasi tersebut : Penyaringan Elektrofilter adalah aplikasi
tertua dari prinsip elektrostatik di dunia industri, sejak tahun
1906 ketika Frederick Cottrell membuat alat penyaring pertamanya.
Gambar 1 menunjukkan sketsa sederhana dari elektrofilter dan gambar
2 menunjukkan cara kerjanya
Kawat tunggal (atau deretan kawat) diberi beda tegangan tinggi,
menyebabkan ion negatif dan positif terbentuk disekitar kawat.
Seperti terlihat pada gambar, ion-ion negatif tertarik ke kawat dan
ternetral-kan, sedangkan ion-ion positif membentuk daerah awan
muatan berkonsentrasi tinggi dan memberi muatan positif pada
partikel debu/udara yang lewat daerah ini. Aliran udara membawa
partikel bermuatan ke bagian dalam, dan kemudian bergerak membelok
ke arah lempengan elektroda pengumpul dan menempel disana.
Pemisahan Prinsip pemisahan elektrostatik adalah memberi muatan
pada komponen atau unsur-unsur dari campuran partikel dengan
polaritas yang berlawanan (atau membiarkan bahan konduktif tidak
bermuatan) dan selanjutnya memisahkan komponen dengan gaya tolak
atau medan listrik luar, kemungkinan ditambah dengan gaya
gravitasi. Contoh proses pemisahan ini diperlihatkan pada gambar 3.
Suatu campuran partikel konduktif dan insulatif dicurahkan ke
drum/tong yang di-ground, dan semua partikel diberi muatan (dalam
contoh ini bermuatan positif) dengan cara elektrifikasi korona.
Ketika partikel meninggalkan daerah disekitar elektroda, partikel
konduktif kehilangan muatan ke drum kemudian jatuh dan terpisah
karena gaya gravitasi dan sentrifugal. Partikel insulatif melekat
pada drum sampai ke sebuah sikat atau pengelupas untuk
melepaskannya, bisa juga dibantu dengan pemberian muatan negatif
untuk menetralkannya.
Bahan bacaan : Niels Johanessen, Useful Static Electricity, di
kolom Mr.Static, Compliance Engineering
