Định nghĩa:Tĩnh điện là gì? ESD là gì?

Đối với nhiều người thì tĩnh điện hiểu đơn giản là cảm giác giống như bị giật điện khi đi lại trên thảm và chạm tay và cánh cửa kim loại. Tuy nhiên tĩnh điện và phóng tĩnh điện lại là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp. Ngay từ năm 1400, Quân đội châu Âu và Caribe đã kiểm soát tĩnh điện trong quá trình sản xuất và lưu trữ đạn dược, thuốc nổ.

Dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các yêu cầu đối với kiếm soát tĩnh điện ngày càng tăng lên. Đặc biệt là trong ngành công nghiệp điện tử.

Tuổi thọ của các thiết bị điện tử có liên quan rất nhiều đến tĩnh điện và phóng tĩnh điện. Các thiết bị điện tử ngày càng trở nên nhanh hơn, nhỏ gọn hơn, do đó các yêu cầu về kiểm soát tĩnh điện ngày tăng theo.

Chi phí cho các hỏng hóc thiết bị từ vài cent của một con diot đến vài nghìn đô la Mỹ cho một bản mạch phức tạp. Chưa kể đến chi phí sửa chữa, bảo hành, bảo trì, vận chuyển, lưu kho, nhân công và chi phí quản lý cũng tăng lên đáng kể. 

Ngày nay có hàng nghìn công ty trong lĩnh vực điện tử đưa ra các yêu cầu về kiểm soát chống tĩnh điện là yêu cầu bắt buộc. Các tiêu chuẩn kiểm soát chống tĩnh điện được tổ chức chống tĩnh điện quốc tế ( ESDA) có hướng dẫn để các công ty có thể thực hiện kiểm soát chống tĩnh điện trong quá trình sản xuất của mình.

Nạp tĩnh điện và phóng tĩnh điện.

Tĩnh điện :được định nghĩa là sự mất cân bằng điện tích trên bề mặt của vật liệu. Sự mất cân bằng điện tích này tạo ra điện trường và giá trị này có thể đo được và nó có thể ảnh hưởng tới các vật thể khác.

Phóng tĩnh điện ( ESD) : được định nghĩa là sự xả điện tích cực nhanh và đột ngột với giá trị của điện trường rất lớn. Xả tĩnh điện sảy ra rất phổ biến tuy nhiên việc phát hiện được chúng là là rất khó.​

Kiểm soát xả tĩnh điện bắt đầu từ việc tìm ra vị trí phát sinh nạp tĩnh điện. Nạp tĩnh điện thông thường được tạo ra bằng việc tiếp xúc và tách rời giữa hai vật liệu. Các vật liệu có thể giống nhau hoặc khác nhau tuy nhiên vật liệu khác nhau sẽ tạo ra mức tĩnh điện lớn hơn. Ví dụ, một người đi trên sàn nhà sẽ tạo ra tĩnh điện của mặt đế giày tiếp xúc và tách rời khỏi mặt sàn..Một linh kiện điện tử trượt trên túi đựng, khay đựng, ống cũng nạp tĩnh điện khi tiếp xúc, tách rời diễn ra nhiều lần và mức tĩnh điện phát sinh ra là khác nhau giữa các lần, tùy từng trường hợp.

Note: Thông thường,phóng tĩnh điện sảy ra giữa hai vật thể chênh lệch điện thế khi chúng lại gần nhau.Phóng tĩnh điện sẽ làm thay đổi đặc tính điện của các thiết bị như bán dẫn, giảm hiệu suất hoặc phá hủy nó. Phóng tĩnh điện cũng ảnh hưởng tới vận hành của hệ thống điện làm cho nó hoạt động sai hoặc hỏng hóc. Tĩnh điện bề mặt gây ra hiện tượng bám hút tĩnh điện và việc loại bỏ chúng cũng không hề đơn giản.​

Khi các hạt bụi trong không khí bị hút bởi tĩnh điện sinh ra trên bề mặt của wafer hoặc mạch điện chúng có thể gây ra các khiếm khuyết hoặc giảm hiệu suất hoạt động.

Tác hại của tĩnh điện với con người

Các vật thể bị nhiễm tĩnh điện lớn sẽ tạo ra một điện trường cực mạnh ở môi trường xung quanh. Điện trường này có tác hại về lâu dài với sức khỏe con người, trong đó, ảnh hưởng nhiều nhất là hệ thần kinh, hệ sinh dục, hệ tuần hoàn. Đặc biệt phóng tĩnh điện có khả năng giật người thao tác, gây ra tai nạn lao động.

Tác hại của tĩnh điện trong sản xuất

Có hai dạng tác hại cơ bản. Thứ nhất là Phóng tĩnh điện (ESD) gây hỏng hóc, trục trặc, suy giảm chất lượng các phần tử điện tử, các cụm (như bản mạch), hay cả 1 thiết bị hoàn chỉnh. Cách thức gây hại thông thường là thông qua dòng điện, hoặc thông qua các sóng điện từ trường sinh ra trong quá trình phóng. Thứ hai là bám hút tĩnh điện ESA. Trong không khí có rất nhiều bụi, mà mắt thường có thể không nhìn thấy được. Một hạt bụi có cỡ 1 micro-met đủ sức gây chập hỏng 1 mạch bán dẫn, khi mà node-pitch đang chỉ tính bằng vài chục nano-met (2015). Hiện tượng bám hút bụi do tĩnh điện này ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của các quá trình sản xuất cần sạch bề mặt như: In ấn, lắp ráp quang học, đóng gói thực phẩm, dược phẩm, tráng phủ, sơn, xi mạ, bán dẫn…v.v..

Giải quyết vấn đề tĩnh điện

Các chất liệu khác nhau sẽ có những giải pháp khác nhau. Đối với các chất liệu đẫn điện thì phương pháp thường gặp nhất là nối đất trực tiếp.

Đối với những chất liệu không dẫn tĩnh điện như vật liệu tự nhiên, hỗn hợp thì chỉ có một giải pháp duy nhất là dùng ionizer. Đây là phương pháp tạo ra các ion trung hoà những vùng bị tĩnh điện, nếu không được trung hòa bởi những điện tích tự do, tĩnh điện mất đi rất chậm. Những vật liệu cách điện cho phép những nhóm điện tích âm và điện tích dương hình thành. Khi những điện tích không thể di chuyển trên bề mặt của vật liệu này, việc nối đất không thể loại bỏ những điện tích này. Sự ion hóa là phương tiện duy nhất để loại bỏ tĩnh điện ở những vật liệu cách điện. Sự ion hoá các điện tử tự do trong không khí bằng phương pháp phân cực điện áp cao tạo ra liên tục luồng điện tích âm và điện tích dương. Những điện tích này sẽ kết hợp với những điện tích trái dấu trên bề mặt của vật liệu do đó triệt tiêu được tĩnh điện trên bề mặt cách điện.

Các thiết bị chống tĩnh điện có thể khử được các ion bằng cách trung hoà chúng. Một số thiết bị chống tĩnh điện thông dụng là: thanh khử tĩnh điện, vòi phun chống tĩnh điện, súng chống tĩnh điện, dao khí, quạt thổi ion, bộ nạp tĩnh điện, vòng tay tĩnh điện, dây nối đất... (antistatic bar, ionizing nozzle, ionizing gun, air knife, ionizing blower, charging, wrist trap...).

Các sản phẩm, linh kiện điện tử dễ dàng bị hư hỏng bởi tĩnh điện. Để bảo vệ các sản phẩm này, người ta sử dụng các loại túi có khả năng chống tĩnh điện.

Để chống tĩnh điện cho một hệ thống máy in, người ta gắn những thanh khử tĩnh điện lên một số vị trí để nó trung hoà các ion tạo ra từ giấy trong quá trình cọ xát, xả cuộn, sấy khô...

Để chống tĩnh điện trong quá trình sơn, người ta sử dụng quạt ion hoặc thanh khử tĩnh điện gắn ở vị trí gần nơi phun sơn để những thiết bị này khử ion trong các hạt sơn. Do không bị nhiễm tĩnh điện, các hạt sơn bám chắc chắn vào bề mặt hạt cần sơn, tạo nên lớp sơn thẩm mỹ hơn.

Và còn nhiều ứng dụng nữa của các dụng cụ chống tĩnh điện trong việc chống lại tĩnh điện gây thiệt hại cho sản xuất và cuộc sống con người.