Trong cuộc sống hằng ngày, chắc hẳn bạn cũng đã chứng kiến nhiều vụ việc phóng tĩnh điện do sự tiếp xúc của các vật tích điện ví dụ như những sợi lông hay sợi tóc bị thu hút về phía chiếc lược cọ xát vào chất liệu len,… Những hiện tượng như thế người ta gọi đó là hiện tượng ESD. Vậy trong bài viết này hãy cùng tìm hiểu kĩ hơn ESD là gì? Và những biện pháp chống tĩnh điện thường dùng là gì nhé!
Mục lục
ESD là gì?
Phóng điện viết tắt của “Electrostatic sensitive devices” là dòng điện đột ngột và tức thời giữa hai vật nhiễm điện do tiếp xúc, đoản mạch hoặc đánh thủng điện môi . Sự tích tụ tĩnh điện có thể được gây ra bởi quá trình Tribocharge hoặc do cảm ứng tĩnh điện. ESD xảy ra khi các vật mang điện tích khác nhau được đưa lại gần nhau hoặc khi chất điện môi giữa chúng bị vỡ, thường tạo ra tia lửa điện nhìn thấy được.
ESD có thể tạo ra các tia lửa điện điện tích rất lớn (sét, âm thanh kèm theo của sấm sét, là một dạng của ESD quy mô lớn), nhưng cũng có các dạng ít điện tích hơn có thể không nhìn thấy hoặc không nghe thấy, nhưng vẫn đủ lớn để gây ra thiệt hại cho các thiết bị điện tử nhạy cảm. Tia lửa điện yêu cầu cường độ từ trường trên khoảng 40 kV / cm trong không khí, đặc biệt là xảy ra trong các vụ sét đánh.
ESD có thể gây ra các tác hại quan trọng trong công nghiệp, bao gồm nổ khí hơi nhiên liệu và bụi than, cũng như làm hỏng các bộ phận điện tử ở trạng thái rắn như mạch tích hợp . Chúng có thể bị hư hỏng vĩnh viễn khi chịu điện áp cao. Do đó, các nhà sản xuất thiết bị điện tử thiết lập các khu vực bảo vệ tĩnh điện, sử dụng các biện pháp để ngăn chặn quá trình sạc, chẳng hạn như tránh các vật liệu có tính sạc cao và các biện pháp loại bỏ tĩnh điện như nối đất cho công nhân, cung cấp thiết bị chống tĩnh điện và kiểm soát độ ẩm.
Vì sao cần phải kiểm soát ESD?
Trong đời sống hằng ngày chúng ta thường có thể bắt gặp hiện tượng phóng tĩnh điện này ở rất nhiều hoạt động khác nhau. Nhưng thường không gây ra tác động lớn nào? Trong sản xuất công nghiệp thì hiện tường này được hình thành trong quá trình máy móc vận hành, được sinh ra do chuyển động của con người trong quá trình sản xuất, di chuyển từ chỗ này sang chỗ khác. Đối với một số ngành nghề thì hiện tượng này rất bình thường có thể ko được chú ý đến nhiều.
Tuy nhiên, đối với một số ngành, đặc biệt liên quan đến điện tử thì hiện tượng này dù là rất nhỏ nhưng cũng có thể gây ra những ảnh hưởng tới chất lượng của công việc, ảnh hưởng tới kết quả sản xuất, gây ra những thiệt hại về hàng hóa, sản phẩm không đạt được yêu cầu cần đảm bảo. Đó là ngành ứng dụng phòng sạch sản xuất lắp ráp linh kiện điện tử, lắp vi mạch điện tử,…những ngành có yêu cầu rất khắt khe về sản phẩm, và cần đảm bảo không có hiện tượng phóng tĩnh điện xảy ra trong môi trường làm việc.
Trong ngành điện tử thì vấn đề ESD luôn là mối quan tâm, là tiêu chí hàng đầu được các nhà sản xuất quan tâm chú ý trong quá trình hoạt động sản xuất kinh doanh.
Ảnh hưởng của ESD với ngành công nghiệp điện tử
ESD gây ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử, nó có thể không làm hỏng các sản phẩm ngay lập tức nhưng sẽ làm chất lượng kém đi. Nó gây ảnh hưởng đến cả nhà sản xuất và người sử dụng vì chúng ta không thể biết sản phẩm sẽ hỏng khi nào, có xảy ra sự cố khi sử dụng không và tuổi thọ của thiết bị cũng giảm đáng kể.
Phóng tĩnh điện còn gây ra vấn đề trục trặc, suy giảm chất lượng của các thiết bị điện tử, bản mạch linh kiện điện tử, thậm chí gây ra thiệt hại cả thiết bị sản phẩm hoàn chỉnh, dẫn tới thiết bị không hoạt động được, hoặc gặp nhiều lỗi không khắc phục được. Đây là những thiệt hại thông qua dòng điện, thông qua sóng điện từ trường trong môi trường làm việc.
Do bản chất điện môi của linh kiện và cụm điện tử, không thể ngăn chặn hoàn toàn quá trình nhiễm tĩnh điện trong khi xử lý thiết bị. Hầu hết các cụm và linh kiện điện tử nhạy cảm của ESD cũng rất nhỏ nên việc sản xuất và xử lý được thực hiện bằng các thiết bị tự động. Do đó việc ngăn ngừa ESD rất quan trọng đối với những quá trình mà các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với bề mặt thiết bị.
Ngoài ra, chúng ta cần phải ngăn chặn ESD khi một bộ phận nhạy cảm phóng điện được kết nối với các bộ phận dẫn điện khác của chính sản phẩm đó.
Các biện pháp chống tĩnh điện thường dùng nhất
Bảo vệ trong quá trình sản xuất
Sử dụng EPA
Trong sản xuất, việc ngăn ngừa ESD được dựa trên Khu vực bảo vệ phóng tĩnh điện (EPA – Electrostatic Protected Area). EPA có thể là một trạm làm việc nhỏ hoặc một khu vực sản xuất lớn. Nguyên tắc chính của EPA là không có vật liệu có tính sạc cao trong vùng lân cận của thiết bị điện tử nhạy cảm với ESD, tất cả vật liệu dẫn điện đều được nối đất, ngăn chặn sự tích tụ điện tích trên thiết bị điện tử nhạy cảm ESD. Các tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng để xác định một EPA điển hình và có thể được tìm thấy ví dụ từ Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) hoặc Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI).
Phòng ngừa ESD trong EPA có thể bao gồm việc sử dụng vật liệu đóng gói an toàn ESD thích hợp, sử dụng sợi dẫn điện trên quần áo của công nhân lắp ráp mặc, dây đai cổ tay và dây đai chân để ngăn điện áp cao tích tụ trên cơ thể người lao động, thảm chống tĩnh điện hoặc vật liệu lát sàn dẫn điện để dẫn điện có hại ra xa khu vực làm việc và kiểm soát độ ẩm . Điều kiện ẩm ướt ngăn cản sự tạo ra điện tích tĩnh điện vì lớp ẩm mỏng tích tụ trên hầu hết các bề mặt dùng để tiêu tán điện tích.
Sử dụng Ion hóa
Bộ ion hóa sẽ được sử dụng đặc biệt khi không thể nối đất các vật liệu cách điện. Hệ thống Ion hóa sẽ giúp trung hòa các vùng bề mặt tích điện trên những vật liệu cách điện hoặc điện môi. Những vật liệu cách điện dễ bị nhiễm điện ba cực hơn 2.000V cần phải đặt cách xa các thiết bị nhạy cảm khoảng cách ít nhất là 12 inch để tránh vô tình nhiễm điện thông qua cảm ứng.
Sử dụng vật liệu có tính dẫn điện thấp
Còn một cách hiệu quả khác để ngăn ngừa ESD là sử dụng các vật liệu không quá dẫn điện nhưng vẫn có thể dẫn đi các điện tích tĩnh. Các vật liệu này được gọi là vật liệu tiêu tán tĩnh điện và có giá trị điện trở suất dưới 10^12 ohm-mét. Trong quá trình sản xuất tự động các vật liệu sẽ chạm vào những khu vực dẫn điện của các linh kiện điện tử nhạy cảm với ESD, các vật liệu này đều làm bằng vật liệu tiêu tán tĩnh điện và nó cần phải được tiếp địa. Những vật liệu đặc biệt này có thể dẫn điện, nhưng rất chậm. Mọi điện tích tĩnh tích tụ sẽ tiêu tan mà không có sự phóng điện đột ngột có thể gây hại cho cấu trúc bên trong của mạch silicon
Bảo vệ trong quá trình vận chuyển
Những sản phẩm nhạy cảm với phóng tĩnh điện cần được bảo vệ trong quá trình vận chuyển, xếp dỡ và bảo quản. Hiện tượng tích tụ và phóng điện tĩnh có thể được giảm thiểu bằng cách kiểm soát điện trở trên bề mặt và điện trở suất thể tích của vật liệu đóng gói. Bao bì đóng gói cũng cần được thiết kế và chế tạo để giảm thiểu ma sát hoặc sạc điện ba chiều do chúng cọ xát với nhau trong khi vận chuyển.
Một ví dụ phổ biến mà chúng ta có thể biết là các thiết bị bán dẫn và linh kiện máy tính thường được vận chuyển trong một túi chống tĩnh điện làm bằng nhựa dẫn điện một phần, hoạt động như một cái lồng Faraday để bảo vệ bên trong khỏi ESD.
Giải pháp chống phóng tĩnh điện ESD trong môi trường công nghiệp
Ngoài những giải pháp chống phóng tĩnh điện như chúng ta đã nói ở trên trong môi trường phòng sạch điện tử. Tiếp theo hãy cùng nhau xem qua những cách chống ESD chung trong các môi trường công nghiệp.
Bảo vệ cho các thiết bị Nhạy cảm phóng điện (ESDS)
- Điều cần thiết phải làm đầu tiên là phải xử lý các thiết bị ESDS tại các máy trạm an toàn tĩnh. Việc này sẽ ngăn ngừa mất năng suất (thông qua những thiệt hại nghiêm trọng) hoặc phát sinh, các lỗi tiềm ẩn về chất lượng của sản phẩm.
- Vật liệu cách điện tại các trạm làm việc an toàn tĩnh điện cần sử dụng máy ion hóa không khí được thiết kế để trung hòa các điện tích tĩnh điện hoặc áp dụng chất chống tĩnh điện tại chỗ để kiểm soát sự phát sinh cũng như tụ điện tích tĩnh.
- Khi sử dụng máy ion hóa không khí, yếu tố quan trọng là phải tuân thủ các quy trình và lịch trình bảo trì để đảm bảo rằng các ion do máy ion hóa tạo ra được cân bằng đủ.
- Tránh để các nguồn tĩnh điện trong phạm vi 1 mét của bàn làm việc an toàn tĩnh điện Trong trường hợp cần thiết phải sử dụng súng hơi, hãy sử dụng các kiểu máy đặc biệt không tạo ra điện tích tĩnh trong dòng không khí.
Giải quyết các vấn đề từ nhân viên
- Các điện tích tích tụ trên cơ thể của nhân viên vận hành cần phải được xả trước khi mở hộp bảo vệ có các thiết bị ESDS bên trong. Việc xả điện tích này có thể thực hiện bằng cách đặt tay lên bề mặt mặt đất hoặc tốt nhất là đeo dây đeo tay chống tĩnh điện có tiếp địa.
- Khuyến khích sử dụng áo chống tĩnh điện cho mỗi công nhân.
- Giáo dục và đào tạo về các biện pháp phòng ngừa ESD là điều cực cần thiết.
- Công việc đánh giá thường xuyên cũng hữu ích trong việc hỗ trợ phòng ngừa ESD.
- Các thiết bị ESDS phải luôn được đựng trong túi hoặc hộp bảo vệ tĩnh trong quá trình bảo quản hoặc vận chuyển.
Sử dụng thiết bị bảo vệ ESD
Thiết bị bảo vệ phóng tĩnh điện được sử dụng để ngăn thiết bị điện tử bị hỏng hoặc trục trặc do ESD.
Hệ thống lưu trữ những hàng hóa đáng quan trọng cần có biện pháp bảo vệ chống phóng tĩnh điện (ESD). Trong công việc này thì các kỹ sư hệ thống phải chọn tất cả các thành phần ESD phù hợp một cách chính xác với yêu cầu của họ. Tuy nhiên, việc chọn đúng các yếu tố bảo vệ ESD không hề đơn giản. Bảo vệ các thiết bị trên PCB chống lại áp lực ESD ngày càng trở thành một nhiệm vụ có nhiều phức tạp.
Do đó, điều quan trọng là các kỹ sư hệ thống phải hiểu các thông số dữ liệu trước khi chọn phương án bảo vệ ESD phù hợp. Thiết bị ESD không được chọn đúng cách sẽ hoạt động kém quả và có thể cản trở hoạt động bình thường của mạch. Để triệt tiêu điện áp quá độ trong các hệ thống di động, thiết bị bảo vệ mạch phải cung cấp các đặc điểm sau:
- Thời gian phản hồi nhanh chóng
- Khả năng xử lý dòng ESD tốt
- Khả năng hoạt động ở điện áp thấp
- Khả năng xử lý số lượng lớn các phiên bản ESD
- Dòng điện rò rỉ ngược tối thiểu và kích thước tối thiểu
Do đó, việc hiểu các thông số biểu dữ liệu của các phần tử bảo vệ ESD là điều tối quan trọng đối với nhiệm vụ lựa chọn phần tử bảo vệ phù hợp để thiết kế thành công. Việc lựa chọn một thành phần phù hợp sẽ phụ thuộc vào số lượng đường dây được bảo vệ, không gian bảng có sẵn và đặc tính điện của mạch được bảo vệ.
Ngoài ra bạn có thể xem thêm các cách chống tĩnh điện ở bài viết: Ngăn ngừa và ứng dụng của tĩnh điện trong các ngành công nghiệp để hiểu thêm về tĩnh điện và chống tĩnh điện
Việc chống phóng tĩnh điện – ESD là cực kỳ quan trọng trong các ngành công nghiệp liên quan, đặc biệt là ngành điện tử. Hy vọng bài viết sẽ giúp bạn hiểu hơn về ESD và các phương pháp chống phóng ESD trên có thể giúp ích cho quy trình sản xuất của bạn.
