Staattisen sähkön hallinta STAHA-teknologiaohjelma Teknologiaohjelmaraportti 8/2003. Loppuraportti

Transkriptio

1 Staattisen sähkön hallinta STAHA-teknologiaohjelma Teknologiaohjelmaraportti 8/2003 Loppuraportti

2 Staattisen sähkön hallinta STAHA-teknologiaohjelma Loppuraportti Teknologiaohjelmaraportti 8/2003 Helsinki 2002

3 Kilpailukykyä teknologiasta Tekes tarjoaa rahoitusta ja asiantuntijapalveluja kansainvälisesti kilpailukykyisten tuotteiden ja tuotantomenetelmien kehittämiseen. Tekesillä on vuosittain käytettävissä avustuksina ja lainoina noin 390 miljoonaa euroa teknologian kehityshankkeisiin. Teknologiaohjelmien avulla maahamme luodaan uutta teknologiaosaamista yritysten, tutkimuslaitosten ja korkeakoulujen yhteistyönä. Ohjelmien tavoitteena on nostaa teknologista kilpailukykyämme tulevaisuuden keskeisillä teollisuuden toimialoilla. Tällä hetkellä Tekesillä on käynnissä noin 35 teknologiaohjelmaa. ISSN ISBN Kansikuva: Chuck Savage / CSM / SKOY Sisäsivut: DTPage Oy Paino: Paino-Center Oy, 2003

4 Esipuhe Staattisen sähkön hallinta (STAHA) -teknologiaohjelma käynnistettiin kesäkuussa Ohjelma päättyi vuoden 2002 lopussa lukuun ottamatta kansainvälisiä tutkimusprojekteja ja muutamia yrityshankkeita, jotka jatkuvat vielä vuoden 2003 puolella. STAHA-teknologiaohjelman viimeinen seminaari on maaliskuussa STAHA-teknologiaohjelmaan hyväksyttiin yhteensä 27 hanketta, joista 2 oli tutkimus- ja 25 yrityshanketta kokonaiskustannuksiltaan yli 10 MEUR. Tästä Tekesin avustusten rahoitusosuus oli 5,6 MEUR. Tämän lisäksi ohjelmaa rahoittivat VTT noin eurolla, Työsuojelurahasto noin eurolla sekä muut tutkimuslaitokset noin eurolla. Staattisen sähkön aiheuttamien ongelmien tehokas hallinta suomalaisissa yrityksissä on ollut STAHA-teknologiaohjelman tutkimus- ja kehityshankkeiden yhteinen tavoite. STAHA:n toteutuksen myötä Suomeen saatiin staattisen sähkön hallinnan kannalta ongelmallisille tuotantoaloille, kuten kemianteollisuuteen ja elektroniikkateollisuuteen, kokonaisia tuotanto- ja logistiikkaketjuja, joissa hyödynnetään ohjelman tuloksia. Uusi toimintatapa parantaa alan yhtiöiden kilpailukykyä ja vaikuttaa tätä kautta mm. työllisyyteen. Kemian- ja elektroniikkateollisuuden tuotantotilat ja erityisesti elektroniikkaa sisältävien tuotteiden tuotekehitys, toimitus ja käyttöönotto asettavat kasvavia haasteita ja vaatimuksia staattisen sähkön purkauksien (ESD) hallinnalle. Yleiseksi kehitystarpeeksi on nähty ESD-ongelmien hallinnan liittäminen yrityksen laatujärjestelmään ja toimintaketjun kaikkiin vaiheisiin. STAHA-teknologiaohjelma suunnattiin erityisesti suomalaisen kemian- ja elektroniikkateollisuuden tulevaisuuden tarpeita vastaavien ESD-riskien hallintakeinojen kehittämiseen. Julkisia tutkimushankkeita ja luottamuksellisia yritysten tuotekehitysprojekteja valmisteltiin viidessä työryhmässä: Elektroniikkateollisuuden tuotantotilat ja -laitteet Kemianteollisuuden tuotantotilat ja -laitteet Staattisen sähkön mittaaminen Logistiikka Henkilönsuojaus. STAHA-työryhmiin on osallistunut yrityksiä mm. elektroniikka-, kemian-, lääke-, elintarvike-, tekstiili, vaatetus-, jalkine- ja paperiteollisuudesta, sekä puolustusvoimat, korkeakouluja ja tutkimuslaitoksia. Työryhmätyöskentelyssä on ollut mukana yhteensä yli 100 tahoa.

5 Staattisen sähkön hallinta tulee yhä tärkeämmäksi osaamisen alueeksi monilla toimialueilla, kun kehitetään ja valmistetaan uusia tuotteita ja otetaan käyttöön uutta teknologiaa. Erityisesti elektroniikassa, korkean teknologian terveydenhoidossa ja räjähdysvaarallisissa ympäristöissä on oltava selvillä staattisen sähkön vaikutuksista ja siitä, miten mahdolliset ESD-riskit hallitaan. Tekes kiittää kaikkia ohjelman valmisteluun ja sen toteutukseen osallistuneita henkilöitä, yrityksiä ja tutkimusorganisaatioita erittäin hyvin sujuneesta yhteistyöstä. Erityinen kiitos kuuluu Pekka Maijalalle (VTT Tuotteet ja tuotanto) ohjelman ansiokkaasta koordinoinnista sekä Birgit Multisillalle (VTT Tuotteet ja tuotanto) ohjelman käytännön järjestelyistä. Edelleen haluamme kiittää ohjelman toteutusta ohjannutta johtoryhmää ja sen puheenjohtajaa Hannele Kuusta sekä STAHA-työryhmien puheenjohtajia Terttu Peltoniemeä, Mauri Suurosta, Toni Viheriäkoskea ja Sakari Anttilaa. Haluamme kiittää myös PhD Jeremy Smallwoodia teknologiaohjelman tieteellisestä arvioinnista sekä Kalle Lainetta (LIFIM) ohjelmaprosessin arvioinnista. STAHA:n myötä syntyneen tiiviin yhteistyön ja tietojenvaihdon toivotaan jatkuvan myös ohjelman päättymisen jälkeen. Tammikuu 2003 Teknologian kehittämiskeskus Tekes

6 Tiivistelmä Staattisen sähkön hallinta (STAHA) -teknologiaohjelmaa valmisteltiin Tekesissä yhteistyössä yritysten ja tutkimuslaitosten sekä Kemianteollisuus ry:n ja Sähkö-, elektroniikka- ja tietoteollisuusliiton (SET) kanssa. Ohjelman päätavoitteiksi asetettiin: Staattisen sähkön tehokas ja optimaalinen hallinta vaativissa olosuhteissa Tulevaisuuden vaatimusten mukaisten tuotteiden ja tuotannon tukeminen Uusien materiaalien ja tuotteiden kehittäminen Luotettavien ja puolueettomien mittauspalvelujen tuottaminen Kotimaisen ja kansainvälisen yhteistyön kehittäminen Koulutus- ja käsikirja-aineiston tuottaminen (www-julkaisut) Standardisointiin vaikuttaminen. Hyviä tuloksia, kehitystä ja merkittävää edistystä staattisen sähkön hallinnassa saavutettiin käytännössä kaikilla ohjelman päätavoitteiden mukaisilla osa-alueilla. STAHA-teknologiaohjelman julkisen tutkimuksen osuuden pienuus jätti kuitenkin runsaasti avoimia alueita, joiden tutkiminen tulevaisuudessa on tärkeää tehokkaan staattisen sähkön hallinnan varmistamiseksi. STAHA-teknologiaohjelmassa kehitettiin toimintamalleja ja menetelmiä erityisesti elektroniikkaja kemianteollisuuden tarpeisiin. Ohjelman tuloksena on syvennetty erityisesti yritysten osaamista ja valmiuksia hallita ESD-riskejä myös uutta teknologiaa sovellettaessa. ESD-suojauksen vaatimukset muuttuvat jatkuvasti tiukemmiksi ja samalla joudutaan usein optimoimaan suojausta monen tekijän osalta. STAHA-tutkimustulokset antavat hyvän perustan tälle optimointityölle. STAHA-hankkeissa syntyi uusia tuotteita erityisesti henkilönsuojauksen haasteellisiin sovelluksiin puhdastilatuotantoon, elektroniikkatuotantoon ja kemianteollisuuden monifunktionaalista suojausta vaativiin kohteisiin. Suomeen saatiin ohjelman myötä uusia ESD-laboratorioita, joissa on monipuoliset mahdollisuudet materiaalien ja tuotteiden tutkimiseen. STAHA:n myötä Suomeen syntyi laaja yritysten ja tutkimustahojen yhteistyöverkosto, jonka toimintaa tullaan jatkamaan myös ohjelman päättymisen jälkeen. Näin varmistetaan hyvät lähtökohdat kansainväliselle tutkimus- ja tuotekehitystyölle. STAHA-teknologiaohjelmassa luotu uusi osaaminen ja yhteistyöverkosto antavat hyvän pohjan vastata staattisen sähkön hallinnan haasteisiin myös tulevaisuudessa. Elektroniikkateollisuuden teknologinen kehitys on viime vuosina ollut erittäin nopeata. Sähköstaattinen varautuminen, ESD-purkaukset, sähköinen ylikuormitus (EOS) ja sähkömagneettiset häiriöt (EMI) ovat tulevaisuudessa merkittävä riski näille uuden teknologian tuotteille. Toisaalta jatkuva staattisen sähkön hallinnan tutkimus ja kehitys vasta varmistaa sen, että uuden teknologian soveltamisen ja tuotteiden ESD-herkkyyksien hallinta on tasapainossa. ESD-riskeillä voi olla merkittävä haitallinen vaikutus tulevaisuuden mikroelektronisten tuotteiden ja niiden tuotantojärjestelmien valmistukseen ja toimintavarmuuteen. Tuotteiden miniatyrisointi, suuret tuotantonopeudet ja automaattiset konelinjat tekevät ESD-riskien hallinnasta kriittisen tekijän ESD-herkkien (ESDS) tuotteiden laadun ja luotettavuuden varmistamisessa. Elektroniikkateollisuudessa on tulevaisuudessa selkeä tarve systemaattiselle koko tuotteen arvoketjun kattavan, ESD-riskien hallinnan kehittämiselle.

7 Kemianteollisuudessa staattisen sähkön hallintaan liittyvistä tulevaisuuden haasteista ovat esimerkkeinä: ESD-riskien hallinnan huomioon ottaminen prosessisuunnittelussa, on-line-mittausmenetelmät tuotannossa, uusien materiaalien ja pinnoitteiden kehitys sekä henkilönsuojauksen toimivuuden varmistaminen. STAHA-työryhmissä toimineet yritykset, ohjelman johtoryhmä ja Tekes pitävät erittäin tärkeänä, että STAHA:n tulokset ja niiden vaikutukset jäisivät pitkäaikaisiksi ja antaisivat hyvän pohjan staattisen sähkön hallinnan jatkokehitykselle. Kansainväliset EU-, EUREKA- ja pohjoismaiset hankkeet, joita käynnistettiin jo ohjelman aikana, tarjoavatkin monipuoliset mahdollisuudet hyödyntää STAHA:n tuloksia ja kehittää niitä edelleen uuden teknologian vaatimusten pohjalta. Erityisesti pk-yritysten tarpeisiin on suunniteltu käynnistettäväksi STAHA-teknologiaklinikka, jonka kautta yritykset saavat tukea staattisen sähkön hallintaan liittyviin kehityshankkeisiin. Tässä STAHA-teknologiaohjelman loppuraportissa on kuvattu ohjelman toteutusta, saatuja tuloksia, lyhyet projektien vastuuhenkilöiden laatimat yhteenvedot keskeisistä toteutetuista hankkeista sekä tiivistelmä englanniksi. Raportissa on esitetty myös Jeremy Smallwoodin ohjelmasta tekemän tieteellisen arvioinnin tulokset. STAHA-teknologiaohjelmaan liittyvien jatkotoimenpiteiden toteuttamiseksi ollaan perustamassa yhdistystä. STAHA-yhdistyksen keskeisenä tavoitteena tulee olemaan ohjelman aikana luodun laajan, yritysten ja tutkimuslaitosten välisen, yhteistyön ylläpitäminen ja kehittäminen.

8 Summary Managing static electricity through the STAHA technology programme The effective management of problems associated with static electricity is the underlying objective of the R&D projects that form a part of the STAHA technology programme. The programme was given the task of developing better production and logistic chains for sectors such as the chemical and the electronics industries that are particularly prone to problems of static electricity. The integration of static electricity management into companies quality systems and all stages of their operations has been identified as a general development need. The new approach promoted by STAHA will improve companies competitiveness, and, as a result, also develop future products. With respect to managing electrostatic discharges (ESD), growing challenges are being faced in production areas in the chemical and electronics industries, particularly in the development and delivery of electronic products. The STAHA programme has been designed to help the development of tools for managing future ESD risks in these industries in particular. The STAHA programme was developed by the National Technology Agency (Tekes) in collaboration with companies and research bodies, together with the Chemical Industry Federation and the Federation of Finnish Electrical and Electronics Industry, and it was launched in June Twenty-seven research and development projects were funded. The programme, which ran until the end of 2002, had a total budget of over EUR 10 million, of which Tekes funding was approximately 50%. The main tasks of STAHA were to: develop capabilities and tools for optimal static electricity management in a Northern climate, support the development of materials, products, and production methods that are compatible with future requirements, provide reliable and impartial measurement services, develop national and international cooperation, contribute to standardisation work, produce training material and manuals. Static electricity has been a serious industrial problem for centuries. Electrostatic dischargs can ignite flammable mixtures and damage electronic components. Static electricity can attract contaminants in clean environments or cause products to stick together. The cost of ESD damaged electronic devices alone ranges from only a few cents for a simple diode to several hundred euros for complex hybrids. Loss of production time in some chemical processes due to static attraction is significant. When associated costs of rework, labour, and overheads are included, clearly opportunities exist for significant improvements in reducing losses due to ESD and static electricity. The rapid development of electronics has brought with it new problems associated with static electricity and electrostatic discharge. And, as electronic devices have become faster and smaller, their sensitivity to ESD has increased. Today, ESD has an impact on productivity and product reliability in virtually every aspect of today s electronics environment. Sensitive devices are found to have a risk of ESD damage if a threshold ESD level is exceeded. For some technologies this threshold is very low. Design protection circuits may be built in to increase the threshold and reduce the ESD damage risk. However, these measures are often in conflict with the performance or functional requirements of the device itself. Many aspects of electrostatic control in the electronics industry also apply in other industries such as cleanroom applications and graphic arts. Cleanroom facilities are becoming more complex, assuring that difficulties in adequate grounding of materials in the cleanroom will increase. Acceptable chemical and molecular contamination levels

9 continue to become lower, narrowing the ranges of cleanroom compatible materials, particularly those with static dissipative properties. Static control methods must be cleanroom compatible, e.g. ionisers used in cleanrooms must satisfy the same contamination control requirements as other materials. Despite a great deal of effort during the past years, static electricity still affects production profits, manufacturing costs, product quality, product reliability, and profitability. The electronic industry continues to scale microelectronic structures to achieve faster devices, or more devices per unit area. Electrostatic charge, electrostatic discharge (ESD), electrical overstress (EOS) and electromagnetic emissions (EMI) continue to be a threat to these scaled structures. This fact presents a dilemma for the scaling of semiconductor technologies and future threat to new technologies. Technological advancements, material changes, design techniques, and simulation can fend off this growing concern. To maintain this ever-threatening challenge, we must continue to establish research and education in this issue. Research and development can help us to guide the path and direction such that technological directions and ESD sensitivity of future devices are in harmony. This publication describes the implementation of the STAHA Technology Programme and the results obtained, and presents brief summaries of the projects carried out within the programme. The results are discussed in more detail in the individual project reports. The substance of the programme was evaluated by PhD Jeremy Smallwood, UK. The results of this evaluation are presented in this report. The results and experiences of STAHA Technology Programme create a good basis from which to continue the cooperation and development in managing static electricity and ESD risks. The planned STAHA Association and other activities ensure that this basis is really going to be used in the future.

10 Sisällysluettelo Esipuhe Tiivistelmä Summary 1 Staha-teknologiaohjelman yleiskuvaus Teknologiaohjelman tausta ja käynnistäminen Ohjelman suunnittelu ja valmistelu Tavoitteet, visio ja strategia Teknologiaohjelman rakenne ja tunnusluvut Rahoitus Ohjelman yhteistyö ja tiedottamien Tavoitteiden saavuttamisesta Tulokset ohjelman painoaluettain ja hankkeittain Tutkimushankkeet Staattisen sähkön hallinta henkilönsuojauksella Menetelmä staattisen sähkön esiintymismahdollisuuden tunnistamiseksi Yritys- ja yritysryhmähankkeet Staattisen sähkön hallinta ja mittaaminen tuotannossa ja logistiikassa StahaHelmi Henkilönsuojauskonseptin kehittäminen puhdastiloihin elektroniikka- ja lääketeollisuuden tarpeisiin Antistaattisen työvaatteen kehittäminen puhdastiloihin Staattisen sähkön purkauksilta suojaava työasu ulkotöihin Puhdastilatekstiilimateriaalien käyttö leikkausosastolla staattisen sähkön hallinnan kannalta Tulevaisuuden ESD-asujen kehittäminen teollisuuden tarpeisiin Älykäs ESD-vaate Staattisen sähkön hallinta tuotantotilojen kalustamisessa ja sisustamisessa ESD- ja korroosiosuojajärjestelmän kehittäminen ja laadunvarmistus elektroniikkaa sisältävien tuotteiden pakkaustarpeisiin Staattisen sähkön purkauksilta suojaavan polymeeriseosmateriaalin kehittäminen elektroniikkateollisuuden tarpeisiin EPA-alueelle tuotavien komponenttien ESD-suojausmallin kehittäminen ja soveltaminen Uusien ESD-lattioiden kehitys ja testaus Staattista sähköä poistavan kalustonahan kehittäminen Staattisen sähkön mittausten ja kalibrointien kehittäminen ESD-riskit konelinjoilla...55

11 3 Staha Evaluation Report Jeremy Smallwood, Electrostatic Solutions Ltd., UK Johtopäätökset ja jatkotoimenpiteet...85 Liitteet 1 Yhteistyökumppaneita Ohjelman organisaatio Julkaisut ja esitelmät Staha-seminaarit...93 Tekesin teknologiaohjelmaraportteja...98

12 1 STAHA-teknologiaohjelman yleiskuvaus 1.1 Teknologiaohjelman tausta ja käynnistäminen Elektroniikka- ja kemianteollisuuden tuotantotilat ja erityisesti elektroniikkaa sisältävien tuotteiden tuotekehitys, toimitus ja käyttöönotto asettavat kasvavia haasteita staattisen sähkön ja sen purkauksien (ESD) hallinnalle. STAHA-teknologiaohjelma onkin suunnattu näiden alojen tulevaisuuden tarpeita vastaavien ESD-riskien hallintakeinojen kehittämiseen. Muita kiinnostavia kehitystarpeita ovat staattisen sähkön purkauksiin liittyvien riskien tunnistaminen ja arviointi sekä niiden kokonaisvaltainen hallinta. Tämä kattaa staattisen sähkön mittaamisen ja analysoinnin, prosessi- ja tuotesuunnittelun, logistiset toiminnot sekä tuotanto- ja henkilöturvallisuuden. Julkisia tutkimushankkeita ja luottamuksellisia yritysten tuotekehitysprojekteja valmisteltiin viidessä työryhmässä. STAHA-työryhmiin on osallistunut yrityksiä mm. elektroniikka-, kemian-, lääke-, elintarvike-, tekstiili-, vaatetus-, jalkine- ja paperiteollisuudesta. Mukana ovat olleet myös puolustusvoimat sekä useita korkeakouluja ja tutkimuslaitoksia, yhteensä noin 100 tahoa. Ohjelmaa valmisteltiin Tekesissä yhteistyössä yritysten ja tutkimuslaitosten sekä Kemianteollisuus ry:n ja Sähkö-, elektroniikka- ja tietoteollisuusliiton (SET) kanssa ja se käynnistettiin kesäkuussa Ohjelman suunnittelu ja valmistelu STAHA-teknologiaohjelman suunnittelu aloitettiin vuonna 1997, jolloin käynnistettiin esitutkimus kemian- ja elektroniikkateollisuuden yrityksissä. Esitutkimuksen valmisteluun osallistuivat Kemianteollisuus ry ja Sähkö-, elektroniikka- ja tietoteollisuus SET sekä VTT ja Tekes. VTT teki staattisen sähkön hallinnan tarpeisiin liittyvän selvityksen yhteensä 23 kemian- ja elektroniikkateollisuuden yrityksessä. Tulosten pohjalta järjestettiin STAHA-yhteistyötä valmisteleva työseminaari Innopolissa, Espoossa Seminaarissa perustettiin viisi työryhmää, jotka lähtivät valmistelemaan STAHA-tutkimus- ja kehityshankkeita. Työryhmissä syntyi useita hankesuunnitelmia, joista laadittiin hakemuksia Tekesille keväällä Tavoitteet, visio ja strategia STAHA-teknologiaohjelman päätavoitteeksi asetettiin: Staattisen sähkön tehokas ja optimaalinen hallinta vaativissa olosuhteissa Tulevaisuuden vaatimusten mukaisten tuotteiden ja tuotannon tukeminen Uusien materiaalien ja tuotteiden kehittäminen Luotettavien ja puolueettomien mittauspalvelujen tuottaminen Kotimaisen ja kansainvälisen yhteistyön kehittäminen Koulutus- ja käsikirja-aineiston tuottaminen (www-julkaisut) Standardisointiin vaikuttaminen. Suomen pohjoiset olosuhteet asettavat staattisen sähkön hallinnalle suuria vaatimuksia erityisesti kylmänä talvikautena. Ilman suhteellisen kosteuden laskiessa jopa alle 10 % on materiaalien ja henkilöiden sähköstaattisen varautumisen hallinta vaikeaa. ESD-riskien hallinnan on kuitenkin toimittava luotettavasti ja jatkuvasti kaikissa tilanteissa, myös normaalista tuotanto-olosuhteista poikkeavissa häiriötilanteissa. Optimaalista ESD-suojausta haettaessa joudutaan aina hankalaan monikriteeriseen päätöksentekotilanteeseen. 1

13 Tulevaisuuden uuteen teknologiaan perustuvat tuotteet ja niiden tuotanto ovat entistä haasteellisempia myös staattisen sähkön hallinnan kannalta. Uudet elektroniikkakomponentit, komponenttityypit ja tuotteiden miniatyrisointi asettavat jatkuvasti uusia haasteita myös tuotannolle. Kemianteollisuudessa käytettävät entistä puhtaammat aineet varautuvat herkästi ja aiheuttavat näin uusia vaatimuksia myös prosesseille. Tehokas staattisen sähkön hallinta edellyttää uusia ominaisuuksia riskienhallintaan käytettäviltä materiaaleilta ja tuotteilta. Eri alojen yritysten ja tutkimuslaitosten yhteistyönä on hyvät mahdollisuudet kehittää luotettavasti toimivia uusia ratkaisuja. Luotettavat mittausmenetelmät ja -laitteet ovat tehokkaassa staattisen sähkön hallinnassa avainasemassa. Mittausmenetelmät vaativat jatkuvaa kehittämistä, kun tutkittavat kohteet monimutkaistuvat ja samalla halutaan jatkuvaa tietoa mahdollisista riskeistä mm. tuotannossa ja logistiikan aikana. Visio Suomeen syntyy staattisen sähkön hallinnan kannalta ongelmallisille toimialoille (esimerkiksi kemian- ja elektroniikkateollisuus) kokonaisia tuotanto- ja logistiikkaketjuja, jotka hyödyntävät ohjelman tuloksia. Edellä kuvattu laatua (tuote ja turvallisuus) tukeva toiminta sekä syntyvä palvelu- ja liiketoiminta parantaa yritysten kilpailukykyä ja vaikuttaa positiivisesti myös työllisyyteen. Strategia Staattisen sähkön hallinta- ja suojausteknologiaa tutkitaan ja kehitetään teollisuuden, tutkimuslaitosten ja korkeakoulujen välisellä ennakkoluulottomalla ja tehokkaalla yhteistyöllä niin kansallisella kuin kansainvälisellä tasolla. 1.3 Teknologiaohjelman rakenne ja tunnusluvut STAHAn organisointi perustui rinnakkaiseen toteutuksen malliin, jossa on keskeinen rooli yritysja yritysryhmähankkeilla. Näiden rinnalla toteutettiin tutkimuslaitosten ja korkeakoulujen tutkimushankkeita. Lisäksi ohjelmalla oli yhteinen koordinointi-, koulutus- ja aineistoprojekti (kuva sivulla 3). STAHA-teknologiaohjelmassa toteutettiin kaksi tutkimushanketta. Hankkeissa kehitettiin mm. STARA-menetelmä staattisen sähkön aiheuttamien riskien tunnistamiseksi. Menetelmää sovellettiin kehitystyön aikana kemianteollisuuden kohteisiin. STARA-menetelmää ja sen soveltamista on kuvattu kirjassa Staattinen sähkö prosessiteollisuudessa. Toisessa hankkeessa tutkittiin mahdollisuuksia hallita staattista sähköä henkilönsuojauksella. Tuloksena saatiin henkilönsuojauksen vaatimuslistat erityyppisiin kohteisiin elektroniikka- ja kemianteollisuudessa. Lisäksi hankkeessa tutkittiin uusien ja jo käytössä olleiden henkilönsuojaustuotteiden sähköstaattista toimivuutta. Tutkimus loi hyvän pohjan henkilönsuojaustuotteiden kehittämiselle tulevaisuuden vaatimusten mukaisiksi. Yritysten tuotekehityshankkeet muodostivat pääosan STAHA-teknologiaohjelman volyymista. Yritys- ja yritysryhmähankkeita oli yhteensä 25 kappaletta. Näissä kehitettiin mm. uusia ESD-materiaaleja ja -tuotteita, tutkittiin ESD-riskien hallintaa tuotannossa ja logistiikassa sekä parannettiin mittausmenetelmien luotettavuutta. Tarkempi kuvaus hankkeiden sisällöstä ja keskeisistä tuloksista on esitetty luvussa 2. 2

14 Staattisen sähkön hallinta Koulutus-, aineisto- ja koordinointiprojekti Sähkö- ja elektroniikkateollisuuden tuotantotilat ja -laitteet Kemianteollisuuden tuotantotilat ja -laitteet Staattisen sähkön mittaaminen Logistiikka Henkilönsuojaus ESD-riskien kokonaisvaltainen hallinta Henkilö- ja prosessiturvallisuus Mittausmenetelmät ja -laitteet Puolueeton mittauspaikka ESD-rasitusten hallinta globaalissa logistiikkaketjussa Kokonaisvaltainen suojaus: asut, kengät, rannekkeet Sähkö- ja elektroniikkateollisuuden yritysten tk-hankkeet Kemianteollisuuden yritysten tk-hankkeet Eri toimialojen yritys- ja yritysryhmähankkeet STAHA-teknologiaohjelman rakenne Rahoitus STAHA-teknologiaohjelmaan hyväksyttyjen hankkeiden yhteenlasketut kokonaiskustannukset olivat yli 10 MEUR, näistä yli 8 MEUR yrityshankkeita ja noin 1,8 MEUR tutkimushankkeita. Tekesin tukea hankkeisiin myönnettiin yhteensä noin 5,6 MEUR Ohjelman yhteistyö ja tiedottaminen STAHA-teknologiaohjelman yhteystietorekisterissä on 1179 henkilöä 445 yrityksestä. Seuraavalla sivulla olevassa kuvassa on sijoitettu Suomen karttapohjalle STAHA-yhteistyöhön osallistuneet yritykset. 3

15 STAHA-ohjelman työryhmätoimintaan osallistui yhteensä 377 henkilöä 257 yrityksestä. Työryhmien kokouksia järjestettiin yhteensä 53. STAHA-ohjelmaseminaareja järjestettiin yhteensä yhdeksän. Näistä kaksi liittyi ohjelman valmisteluvaiheeseen. Seminaareissa oli keskimäärin 163 osanottajaa. STAHA-tiedotuslehti STAHA-uutiset ilmestyi yhteensä 15 kertaa. STAHA-uutisissa kerrottiin ohjelman ajankohtaisista tapahtumista ja uusimmista tutkimustuloksista sekä kansainvälisestä yhteistyöstä. STAHA-tutkimuksien tuloksia esiteltiin useissa kansainvälisissä seminaareissa ja lehtiartikkeleissa. Ohjelman tuottamat julkaisut on lueteltu liitteessä 3. STAHA-ohjelma on herättänyt myös laajaa kansainvälistä kiinnostusta. Ohjelmaan on käyty tutustumassa mm. Japanista, Saksasta, Italiasta ja Englannista. 1.4 Tavoitteiden saavuttamisesta Hyviä tuloksia, kehitystä ja merkittävää edistystä staattisen sähkön hallinnassa saavutettiin käytännössä kaikilla ohjelman päätavoitteiden mukaisilla osa-alueilla. STAHA-teknologiaohjelman julkisen tutkimuksen osuuden pienuus jätti kuitenkin runsaasti avoimia alueita, joiden tutkiminen tulevaisuudessa on tärkeää tehokkaan staattisen sähkön hallinnan varmistamiseksi. STAHA-yhteistyöyritysten sijainti Suomen eri osissa. STAHA-projekteihin osallistui yhteensä seitsemän tutkimusyksikköä ja yli 100 yritystä. Keskimäärin yhdessä projektissa oli 6 yhteistyötahoa. Kansallisten STAHA-projektien rinnalla on käynnistetty EU-, EUREKA- ja Nordtest-projekteja. Staattisen sähkön tehokas ja optimaalinen hallinta vaativissa olosuhteissa. Ohjelmassa kehitettiin toimintamalleja ja menetelmiä erityisesti elektroniikka- ja kemianteollisuuden tarpeisiin. Ohjelman tuloksena on syvennetty sekä yritysten että tutkimustahojen osaamista ja valmiuksia hallita ESD-riskejä. Tulevaisuuden vaatimusten mukaisten tuotteiden ja tuotannon tukeminen. ESD-suojauksen vaatimukset muuttuvat jatkuvasti tiukemmiksi ja sa- 4

16 malla joudutaan usein optimoimaan suojausta monen tekijän osalta. Yksi vaativimmista ympäristöistä on puhdastilatuotanto, jossa yhdistyvät tuote-, tuotanto- ja henkilönsuojaus. STAHA-tutkimustulokset antavat hyvän perustan tälle optimointityölle ja käynnistää uusia tutkimus- ja kehityshankkeita STAHA:ssa luotua yhteistyöverkostoa hyödyntämällä. Uusien materiaalien ja tuotteiden kehittäminen. STAHA-hankkeista saatiin tuloksena uusia materiaaleja mm. elektroniikkatuotannon sovelluksiin, henkilönsuojaustuotteisiin ja kalusteisiin. Uusia tuotteita syntyi erityisesti henkilönsuojauksen erilaisiin sovelluksiin puhdastilatuotantoon, elektroniikkatuotantoon ja kemianteollisuuden monifunktionaalista suojausta vaativiin kohteisiin. Luotettavien ja puolueettomien mittauspalvelujen tuottaminen. Staattisen sähkön mittaamisen valmiudet kehittyivät ohjelman aikana merkittävästi sekä yrityksissä että tutkimuslaitoksissa. Suomeen saatiin mm. uusia ESD-laboratorioita, joissa on monipuoliset mahdollisuudet materiaalien ja tuotteiden tutkimiseen. Uusia mittausmenetelmiä kehitetään myös ohjelman rinnalla toteutettavassa EU-projektissa, jota VTT koordinoi. Kotimaisen ja kansainvälisen yhteistyön kehittäminen. STAHAn myötä Suomeen syntyi laaja yritysten ja tutkimustahojen yhteistyöverkosto, jonka toimintaa tullaan jatkamaan myös ohjelman päättymisen jälkeen. Näin varmistetaan hyvä pohja kotija ulkomaiselle tutkimus- ja tuotekehitystyölle. Koulutus- ja käsikirja-aineiston tuottaminen (www-julkaisut). Ohjelman seminaarien aineisto ja suuri osa tutkimusraporteista on julkaistu STAHA:n www-sivuilla. Lisäksi ohjelman aikana on julkaistu suomenkielisiä oppi- ja käsikirjoja. Standardisointiin vaikuttaminen. STAHA-tutkimusten tuloksia on hyödynnetty mm. kirjoitettaessa käsikirjoja ja oppaita uusien kansainvälisten standardien soveltamisesta. Ohjelman asiantuntijat ovat antaneet lukuisia lausuntoja valmisteilla olevista standardeista ja osallistuneet tärkeimpien valmistelukomiteoiden työhön. STAHA-teknologiaohjelmassa luotu uusi osaaminen ja yhteistyöverkosto antavat hyvän pohjan vastata staattisen sähkön hallinnan haasteisiin myös tulevaisuudessa. 5

17 2 Tulokset ohjelman painoalueittain ja hankkeittain STAHA-tutkimushankkeita toteutettiin ohjelman painoalueista kahdella: kemianteollisuuden tuotantotilat ja laitteet sekä henkilönsuojaus. Yritys- ja yritysryhmähankkeet (yhteensä 25 tuotekehitysprojektia) jakautuivat ohjelman painoalueittain alla olevan kuvan mukaisesti. Henkilönsuojauksen painoalueella toteutettiin eniten hankkeita ja niissä pystyttiin kehittämään useita uusia tuotteita, joille on odotettavissa myös laajaa kansainvälistä kysyntää. Seuraavassa on esitetty lyhyt yhteenveto STAHAteknologiaohjelman keskeisistä hankkeista. Projektien vastuuhenkilöiden kirjoittamat yhteenvedot muodostuvat seuraavista osioista: Hankkeen nimi, vastuuhenkilön yhteystiedot ja toteutusajankohta Englanninkielinen yhteenveto Summary Tiivistelmä hankkeesta ja sen tuloksista Hankkeen tavoite, toteutus ja tulokset Toteutukseen osallistuneet tahot Hankkeen tulosten tiedottaminen ja julkaisut. 2.1 Tutkimushankkeet Staattisen sähkön hallinta henkilönsuojauksella Yhteystiedot VTT Tuotteet ja tuotanto Erikoistutkija Salme Nurmi Puh Toteutusajankohta 1999/ /12 Summary Managing static electricity with personal protection The project Managing electrostatic discharges with personal protection started on the 1 st of June in 1999 and finished on the 31 st of December in Tutkimus Tuotekehitys Hankkeiden lkm Elektroniikka Kemianteollisuus Mittausmenetelmät Logistiikka Henkilönsuojaus STAHA-teknologiaohjelman 27:n tutkimus- ja tuotekehityshankkeen jakautuminen ohjelman painoalueille. 7

18 2002. The project was supported by the National Technology Agency, Tekes. The aim was to develop comprehensive personnel ESD managing system such that adequate ESD protection could be ensured in different work environments and during the whole life cycle of workwear. The work was performed by a consortium consisting of VTT, TUT, FIOH and ORIOH/Oulu. The stearing group of the project was comprised of about 100 representatives of the working group personnel protection of the STAHA programme. The industrial organisations represented were manufacturers, producers, laundries and end users of workwear and footwear. The research work and the results were documented in issued reports. Tiivistelmä Hankkeen tavoitteena oli kehittää henkilönsuojausta kokonaisvaltaisesti niin, että riittävä ESD-suojaus voitaisiin varmistaa erilaisissa työympäristöissä ja tuotteiden koko elinkaaren ajan. Projekti toteutettiin yhteistyössä VTT:n, TTKK:n, Työterveyslaitoksen ja Oulun Aluetyöterveyslaitoksen kanssa. Lisäksi yhteistyötä tehtiin eri alojen yritysten (työvaatteiden ja työjalkineiden valmistajien, toimittajien, loppukäyttäjien ja huoltajien) kanssa. Hankkeen ohjausryhmänä toimi STAHAteknologiaohjelman henkilönsuojauksen työryhmä, jossa osallistuvia organisaatioita oli noin 100 kpl. Projektissa toteutettujen tutkimusten tulokset ovat luettavissa julkaistuissa raporteissa. Tavoitteet Tavoitteena oli kehittää henkilönsuojausta kokonaisvaltaisesti niin, että riittävä ESD-suojaus voitaisiin varmistaa erilaisissa työympäristöissä tuotteiden koko elinkaaren ajan. Tavoitteena oli luoda puolueeton ja asiantunteva testipalvelu Suomeen ja tuottaa yrityksille tietoa henkilönsuojauksesta ja kokonaisvaltaisista suojausratkaisuista. Kuva 1. Hankkeessa tutkittiin mm. jalkineiden sähkönjohtavuutta erilaisilla menetelmillä. Tavoitteena oli tutkia staattisen sähkön hallintaa henkilönsuojaukseen liittyvien keinojen avulla perehtymällä kirjallisuuteen ja tekemällä mittauksiin perustuvaa tutkimusta. Tavoitteena oli tutkia henkilön staattista varautumista ja työpaikoilla käytössä olevien ESD-vaatteiden ja -jalkineiden luotettavuutta. Lisäksi tavoitteena oli tutkia erilaisten mittaustapojen ja -välineiden soveltuvuutta luotettavien tulosten saamiseksi erilaisissa kosteusolosuhteissa. Toteutus ja tulokset ESD-standardeja ja tutkimusmenetelmiä Projektin tehtäviin kuului nykyhetken selvitys kansainvälisesti ja standardien kartoitus. Standardien kartoituksen tuloksena rakennettiin kaikkien asiasta kiinnostuneiden käyttöön mittausmenetelmiä käsittelevä internet -sivusto ESD-standardeja ja testausmenetelmiä, joka esittelee suuren määrän erilaisia standardeja ja mittausmenetelmiä, joita voi etsiä joko julkaisevan organisaation tai aihepiirin perusteella. Kartoituksen ja sivuston toteutti TTKK. Sivusto löytyy osoitteesta units/ms/teva/esd_standardit/. 8

19 Projektin tutkimustuloksia esitellään talven aikana valmistuvassa kahdessa julkaisussa, joista toisessa käsitellään tekstiilien sähköstaattisten ominaisuuksien erilaisia mittausmenetelmiä ja toisessa tekstiilien resistanssimittauksiin liittyviä ongelmia. (Tiedustelut: Ihminen ja staattinen sähkö Kirjallisuustutkimuksessa perehdyttiin ihmisen varautumiseen ja varautuneen ihmisen ja työympäristön vuorovaikutuksiin. Tulokset on esitetty raportissa Ihminen ja staattinen sähkö, jossa sekä varautumistapahtumaa että varautuvuuden vähentämistä tarkastellaan erityisesti tekstiilien kannalta. Selvityksen toteutti TTKK. (TTKK, Raportti 1, Ihminen ja staattinen sähkö. Tiedustelut: TTKK:n kirjakauppa, Juvenes Oy) Työvaatteen ESD-ominaisuudet ja käyttömukavuus pesujen jälkeen Hankkeen ensimmäisessä vaiheessa tutkittiin elektroniikkateollisuuden ESD-suojavaatteiden ja kemianteollisuuden suojavaatteiden sähköstaattisia sekä käyttömukavuusominaisuuksia. Sähköstaattisia ominaisuuksia tutkittiin kahdessa kosteudessa, jotta pystyttiin selvittämään olosuhteiden vaikutusta vaatteiden ominaisuuksiin. Ominaisuuksien säilymisen ja luotettavan käyttöiän määrittämistä varten mittaukset suoritettiin pesemättömille, viisi, 25 ja 50 kertaa pestyille vaatteille. Kuva 2. Työvaatteiden ESD-ominaisuuksia tutkittiin mm. varauksen purkautumisajan mittausmenetelmällä. Koska mukana oli yhdeksän mittausmenetelmää, myös erilaisia menetelmiä ja niiden antamia tuloksia pystyttiin vertailemaan keskenään. Tutkimuksessa olivat mukana VTT, TTKK ja Oulun aluetyöterveyslaitos. Tutkitut elektroniikka- ja kemianteollisuuden vaatteet olivat melko vahvoja, tiiviistä materiaalista valmistettuja ja antoivat korkean lämmöneristävyyden, jopa 0,3 m 2 K/W. Erityisesti elektroniikkateollisuuden käytössä pitkään olleiden sisätakkien lämmöneristävyys oli melko korkea ja ne läpäisivät heikosti ilmaa ja vesihöyryä. Kuva 3. Esimerkki työvaatteiden sähköstaattisista ominaisuuksista 50 pesun jälkeen. 9

20 Käyttömukavuuden arviointi laskentamallien avulla antoi viihtyvyyskäyrän mukaan suurimmalle osalle tutkittuja tuotteita sopivaksi käyttölämpötilaksi 19 21,5 C ja lopuille noin 23 C. Tämän mukaan tutkitut työvaatteet soveltuvat normaalilämpötila-alueelle, mutta maksimilämpötiloissa, kuten kesäaikaan, ovat turhan lämpimiä. Normaalilämpötiloissa (20 23 C) tutkituilla vaatteilla olosuhteisiin tyytymättömien määrä oli noin 5 29 %. Tutkimuksen tuloksena todettiin, että vaatteiden sähköstaattiset ominaisuudet heikkenevät pesuissa. Saumojen sähkönjohtavuuteen tulisi kiinnittää vaatteen valmistuksessa erityistä huomiota. (VTT Tiedotteita 2115, Elektroniikka- ja kemianteollisuuden suojavaatteet. Sähköstaattiset ominaisuudet ja käyttömukavuus. Tiedustelut: VTT Tietopalvelu) Käyttäjäkysely Kysely työvaatteiden käyttömukavuudesta tehtiin kahdelle elektroniikkateollisuuden yritykselle ja kahdelle kemianteollisuuden yritykselle (tai yritykselle, jossa käytettiin suojavaatteita suojaamaan herkästi syttyviltä tai räjähtäviltä aineilta). Käyttäjäkysely tuki vaatetusfysiologisia tutkimustuloksia, sillä suurimmat ongelmat ja kehitystarpeet liittyivät käyttömukavuuteen ja lämpöviihtyvyyteen. Sekä elektroniikka- että kemianteollisuuden alalla todettiin olevan kehitystarpeita työvaatteiden vaatetusfysiologissa ominaisuuksissa. Työolosuhteiden vaihtelevuuden vuoksi kemianteollisuuden työvaatteiden tulisi suojata työntekijää monipuolisesti siten, että suojausominaisuuksia voitaisiin säädellä esimerkiksi vaihtelevan lämpötilan mukaan. Elektroniikkateollisuudessa ESD-suojaukseen ollaan kiinnitetty riittävästi huomiota, mutta kemianteollisuudessa useimmat vaatteet ovat vielä eristäviä. Kehitystä tarvitsevat väliasut, alusvaatteet sekä ulkotyössä käytettävät ESD-suojavaatteet. Myös paloturvallisuuteen ja ESD-suojaukseen toivotaan enemmän tuotekehitystä. Jalkineiden sähkönjohtavuus Hankkeen ensimmäisessä ja toisessa vaiheessa tutkittiin kolmea erilaista jalkineiden mittausmenetelmää ja arvioitiin niiden tehokkuutta kuvata varauksen purkautumiskykyä. Jalkineita oli neljä rakenteeltaan tai malliltaan erilaista tyyppiä. Jalkineiden mittausmenetelmien välinen vertailu osoitti Kuva 4. Hankkeessa tutkittiin käytettyjä ESDjalkineita. mittausmenetelmien toimivuuden arvioitaessa jalkineiden sähkönjohtokykyä. Eri menetelmät antoivat samansuuntaisia tuloksia, vaikka eivät selkeästi korreloineet keskenään. Jalkineiden suunnittelussa olisi huomioitava, että ESD- ja antistaattisen jalkineen pitäisi olla johtavia koko pohjan alueelta. Jalkineen sisältämä kosteus paransi merkittävästi sähkönjohtavuutta. Varauksenpurkukyky ei alentunut merkittävästi jalkineen vanhetessa käytössä. Tutkitut ESD-jalkineet täyttivät yleensä myös antistaattisen jalkineen vaatimukset. Tutkimuksen toteuttivat Työterveyslaitos ja VTT. (Raportti RIS B043, Staattisen sähkön hallinta puolijohtavalla jalkineella. Tiedustelut: VTT, birgit.multisilta@vtt.fi) Kolmannessa vaiheessa on tehty mittauksia lämpötilan ja kosteuden vaikutuksesta talvijalkineen johtavuuteen. Lämpötilan aleneminen heikensi sähkönjohtavuutta polyuretaanipohjaisilla jalkineilla, mikä tulisi huomioida suunniteltaessa talvijalkineita. Antistaattisilla kumipohjilla sähkönjohtavuus ei muuttunut. Raportti julkaistaan talvella työnimellä Lämpötilan vaikutus talvijalkineen sähkönjohtavuuteen. (Tiedustelut: TTL, Tarmo Mannelin) Koko hankkeen yhteydessä tehtiin ohje puolijohtavasta jalkineesta Turvallisuustuotteiden kaupan koulutusohjelmaan (Työterveyslaitos ja Suomen 10