Hiện tượng phóng tĩnh điện (ESD) và phương pháp chống tĩnh điện trong các ngành công nghiệp

Hiện tượng phóng tĩnh điện trong tiếng Anh là ElectroStatic Discharge (ESD), là sự phóng tĩnh điện đột ngột và tức thời giữa hai vật thể nhiễm điện, thường tạo tia lửa điện có thể nhìn thấy được. Hiện tượng ESD có thể hình thành bởi quá trình cọ xát làm tích tụ tĩnh điện hoặc do cảm ứng tĩnh điện. ESD có thể tạo ra các tia lửa điện trên quy mô lớn (sét, sấm chớp), hoặc nhỏ hơn là các tia phóng điện giữa các vật trong mùa đông, hay từ chổi than động cơ điện (khi đã cùn).

ESD có thể gây thiệt hại nghiêm trọng trong sản xuất công nghiệp, như nổ khí, hơi nhiên liệu và bụi than, hay làm hỏng các bộ phận điện tử ở trạng thái rắn như mạch tích hợp. Các linh kiện điện tử có thể bị hư hỏng vĩnh viễn khi chịu điện áp cao. Do đó nhà máy cần các phương pháp chống tĩnh điện bằng cách thiết lập khu vực bảo vệ không có tĩnh điện, ngăn chặn việc hình thành tĩnh điện.

Nguyên nhân xuất hiện tĩnh điện

Nguyên nhân thường thấy của ESD là do tĩnh điện. Tĩnh điện thường xuất hiện trong quá trình cọ xát giữa các vật – tribocharging (“tribo” trong tiếng Hy Lạp là “cọ xát”). Khi hai vật tiếp xúc với nhau sau đó tách ra làm cho các hạt điện tích bị phân tách, và các tích tụ với nhau. Các hoạt động có thể sản sinh tĩnh điện như cọ xát lược vào tóc khô, cọ quả bóng vào áo len, khi mặc quần áo, hoặc mở một số loại túi nilon. Các hoạt động này làm tích tụ các hạt điện tích khi tách hai vật với nhau, dẫn đến hiện tượng tăng điện tích tĩnh điện, do đó tạo sự chênh áp dẫn đến ESD.

Một nguyên nhân khác là do cảm ứng tĩnh điện. Khi một vật nhiễm điện được đặt gần một vật dẫn điện không nối đất. Vật nhiễm điện làm phân bổ lại các điện tích trên vật dẫn điện. Ví dụ khi đặt túi xốp nhiễm điện gần với dụng cụ kim loại (không đặt dưới đất). Mặc dù điện tích thuần của vật không thay đổi, nhưng bây giờ nó có vùng dư thừa điện tích âm và dương.

Các loại tĩnh điện

Một dạng tĩnh điện thường gặp là tia lửa điện, xảy ra khi một vật tích tụ tĩnh điện đủ lớn. Hiện tượng này có thể gây khó chịu cho người, hoặc làm hỏng đồ điện tử nhạy cảm, gây cháy nổ nếu trong môi trường dễ bắt lửa.

Tuy nhiên, nhiều sự kiện ESD xảy ra khi không tia lửa nhìn thấy hoặc nghe thấy.

Trong các đám mây tích điện, tia lửa điện được kích hoạt khi cường độ điện trường vượt quá khoảng 4-30kV/cm – cường độ cách điện của không khí. Điều này tạo thành hiện tượng tự nhiên là sét, sấm chớp.

Hiện tượng phóng tĩnh điện có thể không rõ ràng trong điều kiện khí hậu ẩm ướt vì sự ngưng tụ trên bề mặt thường ngăn cản quá trình tích tụ tĩnh điện, trong khi độ ẩm tăng lên sẽ làm tăng tính dẫn điện của không khí.

Một số phương pháp chống tĩnh điện thông dụng

Nhiều thành phần điện tử, đặc biệt là các mạch tích hợp và vi mạch, có thể bị hỏng do ESD. Các thành phần nhạy cảm được bảo vệ trong và sau khi sản xuất, trong quá trình vận chuyển và lắp ráp thiết bị cũng như khi thiết bị hoàn thiện. Tiếp đất là đặc biệt quan trọng để kiểm soát ESD hiệu quả. Việc tiếp đất cần được đo đạc cụ thể và đánh giá định kỳ.

Bảo vệ trong quá trình sản xuất

Trong sản xuất, các khu vực bảo vệ ngăn ngừa ESD gọi là Khu vực bảo vệ phóng tĩnh điện – Electrostatic Discharge Protected Area (EPA). EPA có thể là khu vực làm việc nhỏ hoặc khu vực sản xuất lớn. Nguyên tắc chính của EPA là

  1. Không có vật liệu mang điện tích cao trong vùng lân cận
  2. Tất cả vật liệu dẫn điện và tiêu tán điện đều được nối đất
  3. Công nhân được nối đất
  4. Ngăn chặn sự tích tụ tĩnh điện trên thiết bị điện tử nhạy cảm ESD.

Các tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng để xác định mức độ chống tĩnh điện ví dụ ANSI/ESD S2020

Trong sản xuất, phòng ngừa ESD trong EPA có thể bao gồm

  1. Sử dụng vật liệu đóng gói an toàn cho ESD thích hợp
  2. Sử dụng quần áo chống tĩnh điện
  3. Dây đeo cổ tay chống tĩnh điện và dây đeo cổ chân ngăn điện áp cao tích tụ trên cơ thể công nhân.
  4. Thảm chống tĩnh điện hoặc vật liệu sơn phủ chống tĩnh điện (sơn epoxy chống tĩnh điện)
  5. Kiểm soát độ ẩm trong môi trường.

Bộ ion hóa (quạt ion) được sử dụng đặc biệt khi không thể nối đất các vật liệu các điện. Quạt ion giúp trung hòa các vùng bề mặt tích điện trên vật liệu các điện.

Các vật liệu các điện dễ tích điện hơn 2.000V nên được đặt cách xa thiết bị nhạy cảm ít nhất 12-inch (khoảng 30 cm) để tránh cảm ứng cảm ứng tĩnh điện.

Với thiết bị, các nhà sản xuất và mạch tích hợp phải thực hiện các biện pháp để phòng ngừa tránh ESD bằng cách thiết kế các vị trí tiếp địa.

Một cách hiệu quả để ngăn ngừa ESD là sử dụng các vật liệu không quá dẫn điện nhưng sẽ từ từ dẫn đi các điện tích tĩnh. Những vật liệu này được gọi là tiêu tán tĩnh và có giá trị điện trở suất dưới 10^12 ohm-m (thường 10^6 tới 10^9). Vật liệu trong quá trình sản xuất tự động sẽ chạm vào các khu vực dẫn điện của điện tử nhạy cảm ESD, các khu vực này phải được làm bằng vật liệu tiêu tán và vật liệu tiêu tán cần được nối đất.

Chống tĩnh điện trong quá trình vận chuyển

Các thiết bị nhạy cảm cần được bảo vệ trong quá trình vận chuyển, xử lý và lưu trữ. Sự tích tụ và phóng tĩnh điện có thể được giảm thiểu bằng cách kiểm soát điện trở bề mặt và điện trở suất thể tích của vật liệu đóng gói. Bao bì cũng được thiết kế để giảm thiểu ma sát hoặc tích điện ba chiều của các túi đóng gói khi cọ xát với nhau trong quá trình vận chuyển, và có thể cần kết hợp che chắn tĩnh điện hoặc điện từ trong vật liệu đóng gói. Một ví dụ thường thấy là các thiết bị bán dẫn và linh kiện máy tính thường được vận chuyển trong túi chống tĩnh điện (ESD Shielding bag), hoạt động như một lồng Faraday để bảo vệ thiết bị bên trong khỏi ESD

Bạn đang có nhu cầu sử dụng các thiết bị, vật tư chống tĩnh điện hay đơn giản là muốn tìm hiểu thêm thông tin? Hãy liên hệ ngay với Thái Quảng để có những thông tin hữu ích. Điện thoại: 024.6663.7279 – 0989.783.786

Chia sẻ:
Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *