Che cos'è l'elettricità statica e come si genera?

L'elettricità statica si riferisce all'accumulo di cariche elettriche sulla superficie di un oggetto. Le cariche statiche sono generalmente generate nei tre modi seguenti:

1. Attrito
2. Due oggetti si speronano dopo il contatto
3. Induzione elettrostatica

Quasi tutti gli oggetti presenti nella postazione di lavoro possono generare elettricità statica, ad esempio:

• Oggetti mobili: Carretti e sedie
• Materiali: Nastri adesivi, scatole per la rotazione e altri articoli utilizzati per la movimentazione dei materiali.
• Indumenti: guanti, panni utilizzati nelle camere bianche, scarpe e indumenti normali.
• Componenti della postazione di lavoro: Superfici del banco di lavoro, monitor di computer CRT, utensili manuali, carta, quaderni, cartelle e penne.
• Infrastrutture: Muri, pavimenti e bottiglie di alcolici
• Imballaggio: plastica normale, carta e cartone.

Qual è il significato di ESD?

ESD è l'acronimo di Electrostatic Discharge (scarica elettrostatica), ovvero l'improvviso flusso di elettricità tra due oggetti elettricamente carichi causato da un contatto, un cortocircuito o una rottura dielettrica. Quando questo processo di trasferimento di carica elettrostatica è sufficientemente forte, può danneggiare componenti e prodotti.

Fattori che influenzano la creazione di elettricità statica

La generazione di elettricità statica è influenzata da vari fattori, la cui comprensione è essenziale per gestire efficacemente le ESD.

• Conduttività del materiale: La conduttività dei materiali influisce direttamente sulla generazione di elettricità statica. I materiali conduttivi e le sostanze antistatiche producono una carica statica minima, mentre i materiali isolanti generano una forte elettricità statica.
• Umidità relativa: L'umidità relativa dell'ambiente esercita un'influenza sostanziale sulla produzione di elettricità statica. Un'umidità relativa più elevata, indicativa di un'atmosfera umida, porta a una minore generazione di cariche statiche e a minori problemi di ESD. Al contrario, un'umidità relativa inferiore amplifica i problemi di ESD favorendo una maggiore generazione di elettricità statica.

Umidità relativa ambientale	10-20% RH	40-50% RH	70-90% RH
camminare su un tappeto	35000V	8000V	1500V
camminare sul pavimento ESD con scarpe normali senza cinturino	10000V	4000V	200V
camminare su un pavimento ESD con Scarpe ESD e cinturino da polso	50V	10V	0V
Materiali isolanti per attrito	4000V	1500V	300V

• Impatto del movimento: Camminare sul pavimento genera più elettricità statica che rimanere fermi, sottolineando l'importanza del movimento nell'accumulo di cariche statiche.
• Misure di controllo ESD: L'utilizzo di Pavimenti ESD, calzature a prova di ESD, fascia da braccio ESD, Tester combinato ESD , Tornello ESD e altri dispositivi di protezione sono molto efficaci per ridurre al minimo l'elettricità statica generata dall'uomo.

Per capire come si creano le ESD e come danneggiano i componenti e i prodotti, dobbiamo imparare la parte più importante.Come gestire e prevenire le ESD ?

Le proprietà elettrostatiche di diversi materiali

L'entità dell'elettricità statica varia a seconda del materiale. Tutti gli oggetti possono generare elettricità statica e i fenomeni indotti dall'elettricità statica possono variare notevolmente a seconda dell'oggetto, in relazione alla conduttività del materiale corrispondente.

Materiali conduttivi, isolanti e dissipativi

In base alla conducibilità elettrica, i materiali sono tipicamente classificati in tre tipi: conduttori, materiali dissipativi e isolanti. In ESD ADV 1.0Le definizioni specifiche di resistività superficiale e volumetrica per queste tre categorie sono riportate di seguito. Per i materiali incerti, è necessario un misuratore di resistenza superficiale possono essere utilizzati per misurare la loro resistività superficiale o di volume.

	Resistenza di superficie/resistenza di volume
Materiali conduttivi	＜1.0 × 104 ohm
Materiali dissipativi	≥1.0 × 104 ohm e ＜1,0 × 1011 ohm
Materiali isolanti	≥1.0 × 1011 ohm

Quando due oggetti entrano in contatto, si genera elettricità statica, indipendentemente dal fatto che gli oggetti siano conduttori o isolanti. Tuttavia, esistono differenze nella natura dell'elettricità statica generata tra conduttori e isolanti.

La dissipazione dell'elettricità statica sui materiali conduttivi

Quando un oggetto conduttore si carica, continuerà a mantenere tale carica a meno che non si intervenga. L'azione che può riportare istantaneamente l'oggetto a uno stato neutro e non carico è la "messa a terra".

Per messa a terra si intende il collegamento dell'oggetto conduttore carico alla terra (ground). La terra è un corpo conduttore ampio e stabile che può fungere da serbatoio di carica. Collegando l'oggetto a terra, si forma un percorso conduttivo che consente la dissipazione della carica dell'oggetto.

Per un oggetto con carica positiva, la messa a terra consente di fornire all'oggetto le cariche negative della terra. Per un oggetto con carica negativa, la messa a terra fornisce un percorso per le cariche negative verso la terra. Attraverso il processo di messa a terra, l'oggetto è in grado di passare a uno stato stabile e non carico.

La dissipazione dell'elettricità statica sui materiali isolanti

Per gli isolanti, la dissipazione dell'elettricità statica è diversa da quella dei conduttori. Poiché gli isolanti sono pessimi conduttori, anche se vengono messi a terra, l'elettricità statica accumulata non potrà defluire facilmente.

La dissipazione dell'elettricità statica sui materiali dissipativi

I materiali dissipativi hanno valori di resistività che si collocano tra gli isolanti e i conduttori. Sebbene gli elettroni possano fluire attraverso i materiali dissipativi, il loro movimento è governato dalla resistività di superficie o di volume del materiale. La velocità di trasferimento della carica in questi materiali è notevolmente più veloce rispetto agli isolanti, ma più lenta rispetto ai conduttori.

Evento ESD

Gli eventi ESD comprendono tre scenari: la scarica di un conduttore carico (compreso il corpo umano) su un elemento sensibile alle scariche elettrostatiche (ESDS), il trasferimento di carica dall'ESDS a un conduttore e i trasferimenti di carica derivanti dai campi elettrostatici. Ognuno di questi scenari può potenzialmente danneggiare o distruggere i componenti elettronici, causando guasti ai dispositivi e ai sistemi.

In che modo le scariche elettrostatiche danneggiano i componenti?

Quando una carica statica consistente si sposta rapidamente tra un oggetto (sia esso una persona o una macchina) a potenziale variabile e un prodotto, induce una corrente elevata in un breve lasso di tempo, superando il livello di corrente tollerabile del prodotto. Ciò può provocare gravi conseguenze, come danni ai circuiti, rendendo il prodotto inutilizzabile. In casi meno gravi, può portare al surriscaldamento e al danneggiamento del circuito, compromettendo in ultima analisi la longevità e l'affidabilità del prodotto.

Le scariche elettrostatiche (ESD) sono un fenomeno pervasivo che ci circonda e il corpo umano è in grado di percepire le ESD solo a livelli superiori a 3000 volt. Sorprendentemente, le scariche elettrostatiche nell'intervallo di soli 100-500 volt possono danneggiare Dispositivi sensibili alle scariche elettrostaticheAd aggravare il problema c'è il fatto che solo 10% dei casi di guasto immediato dei componenti sono rilevabili in fabbrica, mentre un numero significativo di 90% di potenziali difetti che possono portare alla compromissione di questi dispositivi sensibili rimane difficile da scoprire durante il processo di produzione. Questo squilibrio evidenzia il motivo per cui Controllo ESD completo per la produzione elettronica diventa fondamentale.

Per salvaguardare i prodotti dai danni causati dalle scariche elettrostatiche (ESD), è necessario stabilire un'approfondita Programma di controllo ESD.

Come evitare le scariche elettrostatiche?

• Messa a terra: Collegare il personale e le apparecchiature a un punto di messa a terra comune per neutralizzare le cariche elettrostatiche. Usare cinghie da polso, calzature o pavimenti conduttivi con messa a terra per dirigere le cariche in modo sicuro verso la terra.
• Materiali sicuri per l'ESD: Utilizzare materiali conduttivi o dissipativi (ad esempio, superfici di lavoro antistatiche, contenitori) per evitare l'accumulo di cariche. Evitare materiali isolanti come plastica normale o tessuti non trattati.
• Controllo dell'umidità: Mantenere l'umidità relativa tra 40-60% per ridurre l'accumulo di elettricità statica. L'aria secca aumenta la generazione di cariche.
• Protezione personale: Indossare indumenti a prova di ESD (ad es. camici, guanti) ed evitare movimenti rapidi o il contatto con superfici non protette.
• Controlli giornalieri: Utilizzo Tester di messa a terra per personale ESD verificare quotidianamente i dispositivi di protezione individuale (ad esempio, cinghie da polso, calzature) per assicurarne il corretto funzionamento e la messa a terra.
• Manipolazione dei componenti: Conservare e trasportare i componenti sensibili alle cariche elettrostatiche in imballaggi schermati (ad esempio, sacchetti metallizzati, schiuma conduttiva). Utilizzare ionizzatori per neutralizzare le cariche sulle superfici isolanti.
• Aree protette da ESD (EPA): Designare le zone con sistemi di messa a terra, strumenti antistatici e segnaletica. Limitare gli oggetti isolanti non essenziali (ad esempio, tazze da caffè, carta) dagli APE.
• Formazione e conformità: Istruire il personale sui rischi e i protocolli ESD, compresi gli standard chiave come ANSI/ESD S20.20 e IEC-61340-5-1.

Combinando queste misure, le cariche statiche vengono controllate, riducendo al minimo i rischi di ESD per i componenti sensibili.