ما هي الكهرباء الساكنة وكيف تتولد؟

تشير الكهرباء الساكنة إلى تراكم الشحنات الكهربائية على سطح جسم ما. وتتولد الشحنات الساكنة عادة بالطرق الثلاث التالية:

1. الاحتكاك
2. جسمان متباعدان بعد التلامس
3. الحث الكهروستاتيكي

يمكن لكل جسم في محطة العمل تقريبًا أن يولد كهرباء ساكنة، مثل:

• أجسام متحركة: العربات اليدوية والكراسي
• المواد: الأشرطة اللاصقة، والصناديق الدوارة وغيرها من المواد المستخدمة في مناولة المواد
• الملابس: القفازات والملابس المستخدمة في غرف التنظيف والأحذية والملابس العادية
• مكونات محطة العمل: أسطح منضدة العمل، وشاشات كمبيوتر CRT، والأدوات اليدوية، والورق، والدفاتر، والمجلدات، والأقلام
• البنية التحتية: الجدران والأرضيات وزجاجات الكحول
• العبوات: البلاستيك العادي والورق والكرتون.

ما الذي يرمز إليه ESD؟

يرمز ESD إلى التفريغ الكهروستاتيكي، وهو التدفق المفاجئ للكهرباء بين جسمين مشحونين كهربائيًا بسبب التلامس أو حدوث ماس كهربائي أو انهيار عازل. عندما تكون عملية نقل الشحنة الكهروستاتيكية هذه قوية بما فيه الكفاية، فقد تتلف المكونات والمنتجات.

العوامل المؤثرة في توليد الكهرباء الساكنة

يتأثر توليد الكهرباء الساكنة بعوامل مختلفة، وفهم هذه العوامل ضروري لإدارة التفريغ الكهروستاتيكي للبيئة بفعالية.

• توصيل المواد: تؤثر توصيلية المواد بشكل مباشر على توليد الكهرباء الساكنة. فالمواد الموصلة والمواد المضادة للكهرباء الساكنة تنتج الحد الأدنى من الشحنة الساكنة، بينما تولد المواد العازلة كهرباء ساكنة كبيرة.
• الرطوبة النسبية: تؤثر الرطوبة النسبية للبيئة تأثيرًا كبيرًا على إنتاج الكهرباء الساكنة. وتؤدي الرطوبة النسبية المرتفعة، التي تشير إلى وجود جو رطب، إلى تقليل توليد الشحنات الكهربائية الساكنة وتقليل مشاكل التفريغ الكهروستاتيكي. وعلى العكس، يؤدي انخفاض الرطوبة النسبية إلى تضخيم مشاكل التفريغ الكهروستاتيكي عبر تعزيز زيادة توليد الكهرباء الساكنة.

الرطوبة النسبية المحيطة	10-20%P3T RH	40-50% RH 40-50% RH	70-90% RH 70-90% RH
المشي على السجاد	35000V	8000V	1500V
المشي على أرضية ESD مع حذاء عادي بدون رباط المعصم	10000V	4000V	200V
المشي في طابق واحد ESD مع حذاء ESD وحزام المعصم	50V	10V	0V
مواد عزل الاحتكاك	4000V	1500V	300V

• تأثير الحركة: يولد المشي على الأرض كهرباء ساكنة أكثر من البقاء ثابتًا، مما يؤكد أهمية الحركة في تراكم الشحنات الساكنة.
• تدابير التحكم في البيئة والتنمية المستدامة: استخدام أرضيات ESD، أحذية آمنة ضد التفريغ الكهرومغناطيسي للتفريغ الكهرومغناطيسي (ESD)، سوار حماية من التفريغ الكهرومغناطيسي (ESD), جهاز اختبار التوافق والتكامل الإلكتروني للبيئة والتنمية المستدامة , باب دوار ESD وغيرها من معدات الحماية فعالة للغاية في تقليل الكهرباء الساكنة التي يولدها الإنسان.

لفهم كيفية نشأة التفريغ الكهرومغناطيسي وكيفية تلف المكونات والمنتجات، علينا أن نتعلم الجزء الأكثر أهمية -كيفية إدارة ومنع التفريغ الكهرومغناطيسي للبيئة والتنمية المستدامة ?

الخواص الكهروستاتيكية للمواد المختلفة

يختلف حجم الكهرباء الساكنة باختلاف المادة. يمكن أن تولد جميع الأجسام الكهرباء الساكنة، ويمكن أن تختلف الظواهر التي تحدثها الكهرباء الساكنة اختلافًا كبيرًا حسب الجسم، وهو ما يرتبط بتوصيلية المادة المقابلة.

المواد الموصلة والعازلة والمشتتة

بناءً على التوصيل الكهربائي، تُصنَّف المواد عادةً إلى ثلاثة أنواع: المواد الموصلة والمواد المشتتة والمواد العازلة. في ESDV ADV 1.0، تعريفات محددة للمقاومة السطحية والحجمية السطحية والحجمية لهذه الفئات الثلاث على النحو التالي. بالنسبة للمواد غير المؤكدة، فإن مقياس مقاومة السطح يمكن استخدامها لقياس مقاومتها السطحية أو الحجمية.

	مقاومة السطح/مقاومة السطح/مقاومة الحجم
المواد الموصلة	＜1.0 × 104 أوم
المواد المشتتة	≥1.0 × 104 أوم و ＜ 1.0 × 1011 أوم
المواد العازلة	≥1.0 × 1011 أوم

عندما يتلامس جسمان، تتولد الكهرباء الساكنة بغض النظر عما إذا كان الجسمان موصلين أو عازلين. ومع ذلك، هناك اختلافات في طبيعة الكهرباء الساكنة المتولدة بين الموصلات والعوازل.

تبدد الكهرباء الساكنة على المواد الموصلة للكهرباء

عندما يصبح الجسم الموصِّل مشحونًا، فإنه سيستمر في الاحتفاظ بهذه الشحنة ما لم يتم اتخاذ إجراء ما. والإجراء الذي يمكن أن يعيد الجسم على الفور إلى حالة محايدة غير مشحونة هو "التأريض".

يشير التأريض إلى توصيل الجسم الموصل المشحون بالأرض (الأرض). الأرض هي جسم موصل كبير ومستقر يمكن أن يعمل كمستودع للشحنات. من خلال توصيل الجسم بالأرض، يتم تشكيل مسار موصل يسمح بتبديد شحنة الجسم.

بالنسبة للجسم ذي الشحنة الموجبة، يسمح التأريض بتزويد الجسم بشحنات الأرض السالبة إلى الجسم. وبالنسبة إلى الجسم ذي الشحنة السالبة، يوفر التأريض مسارًا لتدفق الشحنات السالبة إلى الأرض. ومن خلال عملية التأريض، يستطيع الجسم الانتقال إلى حالة مستقرة غير مشحونة.

تبدد الكهرباء الساكنة على المواد العازلة

بالنسبة للعوازل، يختلف تبديد الكهرباء الساكنة عن الموصلات. نظرًا لأن العوازل موصلات ضعيفة، حتى إذا تم تأريضها، فلن تتمكن الكهرباء الساكنة المتراكمة من التدفق بعيدًا بسهولة.

تبدد الكهرباء الساكنة على المواد المشتتة

المواد المشتتة لها قيم مقاومة تبديدية تقع بين العوازل والموصلات. وفي حين أن الإلكترونات يمكن أن تتدفق عبر المواد المشتتة، فإن حركتها محكومة بالمقاومة النوعية السطحية أو الحجمية للمواد. ويكون معدل انتقال الشحنة في هذه المواد أسرع بشكل ملحوظ من العوازل، ولكنه أبطأ من الموصلات.

حدث البيئة والتنمية المستدامة

وتتضمن أحداث التفريغ الكهروستاتيكي ثلاثة سيناريوهات: تفريغ موصل مشحون (بما في ذلك جسم الإنسان) إلى عنصر معرض للتفريغ الكهروستاتيكي (ESDS)، ونقل الشحنة من ESDS إلى موصل، ومن عمليات نقل الشحنة الناتجة عن المجالات الكهروستاتيكية. يمكن أن يؤدي كل من هذه السيناريوهات إلى تلف المكونات الإلكترونية أو تدميرها، مما يؤدي إلى أعطال في الأجهزة والأنظمة.

كيف يتلف التفريغ الكهروستاتيكي المكونات؟

عندما تتحرك شحنة استاتيكية كبيرة بسرعة بين جسم (سواء كان شخصًا أو آلة) ذي جهد متفاوت ومنتج، فإنها تستحث تيارًا عاليًا خلال فترة قصيرة، متجاوزةً مستوى التيار المسموح به للمنتج. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى عواقب وخيمة، مثل تلف الدائرة الكهربائية، مما يجعل المنتج غير قابل للاستخدام. وفي الحالات الأقل حدة، يمكن أن يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة الدائرة الكهربائية وضعفها، مما يؤثر في نهاية المطاف على طول عمر المنتج وموثوقيته.

يعتبر التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) ظاهرة منتشرة تحيط بنا، حيث إن جسم الإنسان قادر على استشعار التفريغ الكهروستاتيكي عند مستويات تتجاوز 3000 فولت فقط. ومن المثير للدهشة أن التفريغ الكهروستاتيكي في نطاق 100 إلى 500 فولت فقط يمكن أن يتلف الأجهزة الحساسة للتفريغ الكهرومغناطيسي. وما يزيد من تفاقم المشكلة هو أنه لا يمكن اكتشاف سوى 10% من حالات العطل الفوري للمكونات داخل المصنع، في حين أن 90% من العيوب المحتملة التي قد تؤدي إلى إعاقة هذه الأجهزة الحساسة لا يزال من الصعب اكتشافها أثناء عملية التصنيع. يسلط هذا الخلل الضوء على سبب التحكم الشامل في التفريغ الكهرومغناطيسي للبيئة الكهرومغناطيسية للتصنيع الإلكتروني تصبح حاسمة.

لحماية المنتجات من التلف الناجم عن التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، من الضروري إنشاء برنامج التحكم في البيئة والتنمية المستدامة.

كيف تتجنب التفريغ الكهروستاتيكي؟

• التأريض: قم بتوصيل الأفراد والمعدات بنقطة أرضية مشتركة لتحييد الشحنات الساكنة. استخدم أحزمة المعصم المؤرضة أو الأحذية أو الأرضيات الموصلة لتوجيه الشحنات بأمان إلى الأرض.
• المواد الآمنة ضد التفريغ الكهرومغناطيسي: استخدم مواد موصلة أو مشتتة للشحنات (مثل أسطح العمل المضادة للكهرباء الساكنة والحاويات) لمنع تراكم الشحنات. تجنب المواد العازلة مثل البلاستيك العادي أو الأقمشة غير المعالجة.
• التحكم في الرطوبة: حافظ على الرطوبة النسبية بين 40-60% لتقليل التراكم الاستاتيكي. يزيد الهواء الجاف من توليد الشحنات.
• الحماية الشخصية: ارتدِ الملابس الآمنة ضد التفريغ الكهرومغناطيسي (مثل الملابس الواقية من التفريغ الكهرومغناطيسي والقفازات) وتجنب الحركات السريعة أو ملامسة الأسطح غير المحمية.
• الشيكات اليومية: الاستخدام جهاز اختبار تأريض الأفراد ESD للتحقق من أجهزة الحماية الشخصية (مثل أحزمة المعصم والأحذية) يوميًا لضمان الأداء الوظيفي السليم والتأريض.
• مناولة المكونات: قم بتخزين ونقل المكونات الحساسة للكهرباء الساكنة في عبوات محمية (مثل الأكياس الممعدنة والرغوة الموصلة). استخدم المؤينات لمعادلة الشحنات على الأسطح العازلة.
• المناطق المحمية بحماية البيئة والتنمية المستدامة (EPAs): تحديد المناطق بأنظمة التأريض والأدوات المضادة للكهرباء الساكنة واللافتات. تقييد المواد غير العازلة غير الضرورية (مثل أكواب القهوة والورق) من مناطق العزل الكهربائي.
• التدريب والامتثال: تثقيف الموظفين بشأن مخاطر وبروتوكولات البيئة والصحة والسلامة البيئية، بما في ذلك المعايير الرئيسية مثل ANSI/ISD S20.20 و IEC-61340-61340-5-1.

من خلال الجمع بين هذه التدابير، يتم التحكم في الشحنات الساكنة، مما يقلل من مخاطر التفريغ الكهروستاتيكي للمكونات الحساسة.