Czym jest elektryczność statyczna i jak powstaje?

Elektryczność statyczna odnosi się do gromadzenia się ładunku elektrycznego na powierzchni obiektu. Ładunki statyczne są zwykle generowane na trzy następujące sposoby:

1. Tarcie
2. Dwa obiekty rozpryskują się po kontakcie
3. Indukcja elektrostatyczna

Prawie każdy obiekt na stanowisku pracy może generować elektryczność statyczną, np:

• Obiekty mobilne: Wózki i krzesła
• Materiały: Taśma klejąca, pudełka obrotowe i inne przedmioty używane do przenoszenia materiałów.
• Odzież: rękawice, ściereczki używane w pomieszczeniach czystych, obuwie i zwykła odzież
• Elementy stanowiska pracy: Powierzchnie stołu warsztatowego, monitory komputerowe CRT, narzędzia ręczne, papier, notatniki, foldery i długopisy.
• Infrastruktura: Ściany, podłogi i butelki z alkoholem
• Opakowanie: zwykły plastik, papier i karton.

Co oznacza skrót ESD?

Skrót ESD oznacza wyładowanie elektrostatyczne, czyli nagły przepływ prądu elektrycznego między dwoma naładowanymi elektrycznie obiektami spowodowany kontaktem, zwarciem elektrycznym lub przebiciem dielektrycznym. Gdy ten proces przenoszenia ładunku elektrostatycznego jest wystarczająco silny, może uszkodzić komponenty i produkty.

Czynniki wpływające na powstawanie elektryczności statycznej

Na generowanie elektryczności statycznej mają wpływ różne czynniki, których zrozumienie jest niezbędne do skutecznego zarządzania ESD.

• Przewodność materiału: Przewodność materiałów ma bezpośredni wpływ na generowanie elektryczności statycznej. Materiały przewodzące i substancje antystatyczne wytwarzają minimalny ładunek elektrostatyczny, podczas gdy materiały izolacyjne generują znaczną elektryczność statyczną.
• Wilgotność względna: Wilgotność względna otoczenia ma znaczący wpływ na wytwarzanie ładunków elektrostatycznych. Wyższa wilgotność względna, wskazująca na wilgotną atmosferę, prowadzi do zmniejszonego generowania ładunków elektrostatycznych i mniejszych obaw związanych z ESD. I odwrotnie, niższa wilgotność względna zwiększa problemy związane z ESD, promując zwiększone wytwarzanie elektryczności statycznej.

Wilgotność względna otoczenia	10-20% RH	40-50% RH	70-90% RH
chodzenie po dywanie	35000V	8000V	1500V
chodzenie po podłodze ESD z zwykłe buty bez paska na nadgarstek	10000V	4000V	200V
chodzenie po jednej podłodze ESD z Buty ESD i pasek na nadgarstek	50V	10V	0V
Materiały izolujące tarcie	4000V	1500V	300V

• Wpływ ruchu: Chodzenie po podłodze generuje więcej ładunków elektrostatycznych niż pozostawanie w bezruchu, co podkreśla znaczenie ruchu w gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych.
• Środki kontroli ESD: Wykorzystanie Podłogi ESD, obuwie ESD, opaska ESD, Tester ESD combo , Bramka obrotowa ESD i inny sprzęt ochronny jest wysoce skuteczny w minimalizowaniu elektryczności statycznej generowanej przez ludzi.

Aby zrozumieć, w jaki sposób powstają wyładowania elektrostatyczne i jak uszkadzają komponenty i produkty, musimy nauczyć się najważniejszej części - ESD.Jak zarządzać wyładowaniami elektrostatycznymi i zapobiegać im ?

Właściwości elektrostatyczne różnych materiałów

Wielkość elektryczności statycznej różni się w zależności od materiału. Wszystkie obiekty mogą generować elektryczność statyczną, a zjawiska indukowane przez elektryczność statyczną mogą się znacznie różnić w zależności od obiektu, co jest związane z przewodnością odpowiedniego materiału.

Materiały przewodzące, izolacyjne i rozpraszające

W oparciu o przewodność elektryczną, materiały są zazwyczaj podzielone na trzy typy: przewodniki, materiały rozpraszające i izolatory. W ESD ADV 1.0Poniżej przedstawiono szczegółowe definicje rezystywności powierzchniowej i objętościowej dla tych trzech kategorii. W przypadku niepewnych materiałów miernik rezystancji powierzchniowej można wykorzystać do pomiaru ich rezystywności powierzchniowej lub objętościowej.

	Opór powierzchniowy/opór objętościowy
Materiały przewodzące	＜1.0 × 104 om
Materiały rozpraszające	≥1.0 × 104 omów i ＜ 1,0 × 1011 om
Materiały izolacyjne	≥1.0 × 1011 om

Kiedy dwa obiekty wchodzą w kontakt, generowana jest elektryczność statyczna, niezależnie od tego, czy obiekty są przewodnikami czy izolatorami. Istnieją jednak różnice w naturze elektryczności statycznej generowanej między przewodnikami i izolatorami.

Rozpraszanie elektryczności statycznej na materiałach przewodzących

Gdy obiekt przewodzący zostanie naładowany, będzie nadal utrzymywał ten ładunek, chyba że zostaną podjęte jakieś działania. Działaniem, które może natychmiast przywrócić obiekt do neutralnego, nienaładowanego stanu, jest "uziemienie".

Uziemienie odnosi się do połączenia naładowanego obiektu przewodzącego z ziemią (uziemieniem). Ziemia jest dużym, stabilnym ciałem przewodzącym, które może działać jako zbiornik ładunku. Podłączenie obiektu do uziemienia tworzy ścieżkę przewodzącą, umożliwiając rozproszenie ładunku obiektu.

W przypadku obiektu naładowanego dodatnio, uziemienie pozwala na dostarczenie do obiektu ujemnych ładunków ziemi. W przypadku obiektu naładowanego ujemnie, uziemienie zapewnia ścieżkę dla ładunków ujemnych do ziemi. Dzięki procesowi uziemienia obiekt jest w stanie przejść do stabilnego, nienaładowanego stanu.

Rozpraszanie elektryczności statycznej na materiałach izolacyjnych

W przypadku izolatorów rozpraszanie elektryczności statycznej jest inne niż w przypadku przewodników. Ponieważ izolatory są słabymi przewodnikami, nawet jeśli są uziemione, nagromadzona elektryczność statyczna nie będzie mogła łatwo odpłynąć.

Rozpraszanie elektryczności statycznej na materiałach rozpraszających

Materiały rozpraszające mają wartości rezystywności, które mieszczą się pomiędzy izolatorami a przewodnikami. Podczas gdy elektrony mogą przepływać przez materiały rozpraszające, ich ruch jest regulowany przez rezystywność powierzchniową lub objętościową materiałów. Szybkość transferu ładunku w tych materiałach jest zauważalnie szybsza niż w izolatorach, ale wolniejsza niż w przewodnikach.

Wydarzenie ESD

Zdarzenia ESD obejmują trzy scenariusze: wyładowanie naładowanego przewodnika (w tym ludzkiego ciała) na element podatny na wyładowania elektrostatyczne (ESDS), transfer ładunku z ESDS do przewodnika oraz transfer ładunku wynikający z pól elektrostatycznych. Każdy z tych scenariuszy może potencjalnie uszkodzić lub zniszczyć komponenty elektroniczne, prowadząc do awarii urządzeń i systemów.

Jak wyładowania elektrostatyczne uszkadzają podzespoły?

Gdy znaczny ładunek elektrostatyczny szybko przemieszcza się między obiektem (osobą lub maszyną) o zmiennym potencjale a produktem, indukuje on wysoki prąd w krótkim czasie, przekraczając dopuszczalny poziom prądu produktu. Może to skutkować poważnymi konsekwencjami, takimi jak uszkodzenie obwodu, uniemożliwiające korzystanie z produktu. W mniej poważnych przypadkach może to prowadzić do przegrzania i uszkodzenia obwodu, ostatecznie wpływając na trwałość i niezawodność produktu.

Wyładowania elektrostatyczne (ESD) to wszechobecne zjawisko, które nas otacza, przy czym ludzkie ciało jest w stanie wyczuć ESD tylko na poziomach przekraczających 3000 woltów. Zaskakujące jest to, że wyładowania elektrostatyczne w zakresie od 100 do 500 woltów mogą uszkodzić Urządzenia wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne. Sprawę pogarsza fakt, że tylko 10% przypadków natychmiastowej awarii podzespołów można wykryć w warunkach fabrycznych, podczas gdy znaczna część potencjalnych usterek, które mogą prowadzić do uszkodzenia tych wrażliwych urządzeń, pozostaje trudna do wykrycia podczas procesu produkcyjnego. Ten brak równowagi podkreśla, dlaczego Kompleksowa kontrola ESD dla produkcji elektronicznej staje się kluczowa.

Aby zabezpieczyć produkty przed uszkodzeniami spowodowanymi wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD), konieczne jest ustanowienie dokładnego systemu ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Program kontroli ESD.

Jak uniknąć wyładowań elektrostatycznych?

• Uziemienie: Podłącz personel i sprzęt do wspólnego punktu uziemienia, aby zneutralizować ładunki elektrostatyczne. Używaj uziemionych pasków na nadgarstki, obuwia lub przewodzącej podłogi, aby bezpiecznie odprowadzać ładunki do ziemi.
• Materiały bezpieczne pod względem wyładowań elektrostatycznych: Należy używać materiałów przewodzących lub rozpraszających (np. antystatycznych powierzchni roboczych, pojemników), aby zapobiec gromadzeniu się ładunków. Unikaj materiałów izolacyjnych, takich jak zwykłe tworzywa sztuczne lub niepoddane obróbce tkaniny.
• Kontrola wilgotności: Utrzymuj wilgotność względną w zakresie 40-60%, aby zmniejszyć gromadzenie się ładunków elektrostatycznych. Suche powietrze zwiększa generowanie ładunków.
• Ochrona osobista: Należy nosić odzież zabezpieczoną przed wyładowaniami elektrostatycznymi (np. fartuchy, rękawice) i unikać gwałtownych ruchów lub kontaktu z niezabezpieczonymi powierzchniami.
• Codzienne kontrole: Użycie Tester uziemienia personelu ESD codzienne sprawdzanie środków ochrony osobistej (np. pasków na nadgarstki, obuwia) w celu zapewnienia prawidłowego działania i uziemienia.
• Obsługa komponentów: Komponenty wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne należy przechowywać i transportować w ekranowanych opakowaniach (np. metalizowanych workach, przewodzącej piance). Używaj jonizatorów do neutralizowania ładunków na powierzchniach izolacyjnych.
• Obszary chronione przed wyładowaniami elektrostatycznymi (EPA): Wyznaczanie stref z systemami uziemienia, narzędziami antystatycznymi i oznakowaniem. Ograniczenie dostępu do nieistotnych przedmiotów izolacyjnych (np. kubków do kawy, papieru) w strefach EPA.
• Szkolenia i zgodność z przepisami: Edukacja personelu w zakresie zagrożeń i protokołów ESD, w tym kluczowych standardów, takich jak ANSI/ESD S20.20 oraz IEC-61340-5-1.

Dzięki połączeniu tych środków, ładunki elektrostatyczne są kontrolowane, minimalizując ryzyko ESD dla wrażliwych komponentów.