Máy ion hóa, hay thiết bị khử tĩnh điện gần như không thể thiếu để kiểm soát tĩnh điện (ESD) với các thiết bị, vật dụng, sản phẩm không dẫn điện. Vậy có những công nghệ nào cho các thiết bị này?
1. Máy ion hóa hoạt động như thế nào?
Chức năng chính của máy ion hóa là trung hòa điện tích tĩnh điện trên vật liệu cách điện và dây dẫn cách ly (vật liệu không dẫn điện – không thể nối đất). Mục đích là để giảm nguy hại của các lần phóng tĩnh điện trong khu vực được bảo vệ chống tĩnh điện. Máy ion hóa tại điểm sử dụng chống lại lực hút tĩnh điện (ESA – electrostatic attraction) bằng cách trung hòa điện tích trên các hạt, để không gây bám bụi hoặc hư hại trên sản phẩm.
Máy ion hóa tạo ra một lượng lớn các ion mang điện tích dương và âm. Luồng không khí, thông qua quạt hoặc khí nén, giúp các ion lan tỏa khắp khu vực làm việc. Nếu có điện tích tĩnh trên một vật thể trong khu vực làm việc, điện tích đó sẽ được giảm thiểu và trung hòa bằng cách hút các điện tích trái dấu từ không khí.
Quá trình ion hóa có thể trung hòa các điện tích tĩnh trên chất cách điện chỉ trong vài giây, do đó làm giảm khả năng gây ra hư hỏng do phóng tĩnh điện.
2. Các công nghệ ion hóa khử tĩnh điện
Phần lớn các máy tạo ion chủ yếu sử dụng phóng điện hồ quang. Điện áp cao được đặt vào một hoặc nhiều điểm nhọn (kim ion), tạo ra một lượng lớn ion trong không khí. Quạt hoặc máy thổi được sử dụng trong máy tạo ion để hỗ trợ sự chuyển động của các ion và tăng hiệu suất. Trong công nghệ ion hóa bằng phóng điện hồ quang, có 3 công nghệ phổ biến:
1. Máy ion hóa AC
Máy ion hóa AC sử dụng máy biến áp để nhân điện áp nguồn AC (Alternating Current – dòng điện xoay chiều), có nghĩa là dòng điện luân chuyển từ dương sang âm 60 lần mỗi giây. Do đó, tạo ra cả ion dương và ion âm từ cùng một điểm hoặc bộ phát. Nhược điểm của phương pháp này là nhiều ion tái kết hợp do tần số chu kỳ quá nhanh, dẫn đến thời gian phân rã lâu hơn. Vì lý do này, hầu hết các máy ion hóa AC đều dựa vào luồng khí tốc độ cao.
2. Máy ion hóa DC xung
Máy ion hóa DC xung sử dụng các nguồn điện riêng biệt để tạo ra điện áp dương và âm. Thông thường, mỗi nguồn điện có các bộ phát riêng. Nguồn điện luân phiên giữa điện áp dương và âm, nhưng thường ở tần số thấp hơn so với các thiết bị AC. Điều này làm giảm sự tái kết hợp ion và tăng hiệu suất. Cho phép giảm lưu lượng khí, giúp người vận hành cảm thấy thoải mái hơn, mà không làm giảm hiệu suất đáng kể.
3. Máy ion hóa DC trạng thái ổn định
Máy ion hóa DC trạng thái ổn định cũng sử dụng nguồn điện và bộ phát riêng biệt. Tuy nhiên, cả hai nguồn đều hoạt động liên tục, đúng như tên gọi của nó.
Đúng như dự đoán, có một mức độ tái kết hợp nhất định. Tuy nhiên, mật độ ion vẫn cao hơn do cả hai nguồn cung cấp đều hoạt động liên tục. Điện áp bù hoặc điện áp cân bằng ở đầu ra thường sẽ ổn định hơn so với các thiết bị xung.
Trong đó 2 loại thường được sử dụng là máy ion hóa AC và Máy ion hóa DC trạng thái ổn định
3. So sánh các công nghệ ion hóa khử tĩnh điện
|
|
Máy ion hóa AC |
Máy ion hóa DC trạng thái ổn định |
|
Cách thức hoạt động |
Sử dụng điện áp xoay chiều cấp vào một kim phóng điện duy nhất (kết hợp điện cực nối đất) để liên tục đổi chiều tạo ra cả ion dương và âm trên cùng một điểm. |
Sử dụng nguồn điện một chiều với các kim phát ion riêng biệt (kim chuyên phát ion dương và kim chuyên phát ion âm tách rời). |
|
Cấu tạo |
Cấu tạo mạch đơn giản, không cần các module cân bằng âm dương phức tạp. |
Mạch điều khiển phức tạp và nhiều linh kiện |
|
Hiệu quả phát ion khử tĩnh điện |
Tốc độ khử tĩnh điện ở mức khá (đến ±15V), các ion dễ tái kết hợp do tần số đổi chiều nhanh (50-60Hz). Độ cân bằng ion (Ion Balance) tự nhiên tốt vì dùng chung một kim, nhưng độ chính xác ở khoảng cách xa hoặc không gian hẹp kém hơn DC Độ cân bằng ion tốt ngay cả khi kim ion bám bụi, vì mỗi kim ion đều phát cả 2 ion âm và dương, nên bám bụi chỉ ảnh hưởng tổng lượng phát ion mà không ảnh hưởng cân bằng. |
Khoảng cách giữa các ion lớn hơn giúp giảm thiểu tình trạng tái kết hợp ion trước khi bay tới bề mặt vật thể. Tốc độ khử tĩnh điện nhanh hơn đáng kể và mật độ ion cao hơn. Độ cân bằng ion cực kỳ chính xác (thường đạt biên độ rất thấp, đạt ±5V), phù hợp cho các dây chuyền linh kiện bán dẫn hoặc vi điện tử cực kỳ nhạy cảm với ESD. Độ cân bằng ion dễ ảnh hưởng khi kim ion bám bụi, hoặc liên quan chất lượng nguồn phát |
|
Vận hành |
Ít bám muội than trên kim phóng, độ bền kim đều, thời gian bảo trì lâu (có thể 1-2 tháng mới cần vệ sinh cơ bản), ít tốn kém chi phí nhân công hiệu chuẩn. Khi bộ phát cao áp hư hỏng, hiệu quả khử ion mất hoàn toàn |
Dễ bị mòn đầu kim hoặc bám bẩn nhanh hơn do phóng điện liên tục, đòi hỏi lịch vệ sinh và hiệu chuẩn định kỳ thường xuyên hơn để duy trì độ cân bằng ion chuẩn xác. Khi 1 trong 2 bộ phát hỏng mà không phát hiện kịp thời, sẽ mất cân bằng ion |
|
Chi phí |
Chi phí đầu tư ban đầu thấp (rẻ hơn 30% – 50% so với quạt DC). |
Giá mua thiết bị cao. |
|
Sản phẩm |
BK5600, BK5800-2 BK5800-3; BK001; BK5750; BK-FS460; BK5700-W; BK-GS4000 BK-GS5500. U301 U302 U303; ESD IOT XC2/BK XC2; UC350LW SL-001; SL-002; SL-003; SL-1104; SL-010; SL-028; SL-080BF; SL-004; ST-503A; ST-504A; ST-501A; ST-508A; ST-511B |
BK401 BK402 BK403;
U201 U202 U203; U501; U582 ; U1801 (phát ion DC xung) DC-001B; FC-002B
|
