Spis treści:
Znasz to nieprzyjemne odczucie, gdy pocierane ze sobą materiały powodują coś, co określane jest jako „elektryzowanie się”? Brr… Jasne, że znasz! Z dzisiejszego artykułu dowiesz się nieco o wyładowaniach elektrostatycznych, czyli ESD.
Wyładowanie elektrostatyczne – co to jest?
Tales z Miletu dostrzegł, że kurz i liście zbliżają się do bursztynu wskutek tarcia. Ta prosta obserwacja dała początek elektryczności i elektrostatyce. Ciekawostka: „elektron” znaczy właśnie po grecku „bursztyn”.
ESD, czyli wyładowanie elektrostatyczne, to uwolnienie elektryczności statycznej w momencie kontaktu dwóch obiektów. Znane przykłady ESD to niewielki wstrząs, który odczuwasz, gdy stąpasz po dywanie i dotykasz metalowej klamki, albo elektryczność statyczna, którą odczuwasz na fakturze ubrań po suszeniu ich w suszarce. Ekstremalnym przykładem ESD jest błyskawica. Podczas gdy większość „zdarzeń” ESD jest raczej nieszkodliwa, to jednak mogą być naprawdę kosztownym problemem w wielu środowiskach przemysłowych.
Skąd bierze się wyładowanie elektrostatyczne?
ESD wymaga najpierw zgromadzenia ładunku elektrostatycznego. Ma to miejsce, gdy dwa różne materiały lub obiekty ocierają się o siebie. Jeden z nich zostaje wówczas naładowany dodatnio, a drugi ujemnie. Dodatnio naładowany obiekt ma teraz ładunek elektrostatyczny i kiedy ten ładunek wejdzie w kontakt z właściwym materiałem, to jest on przenoszony i występuje zjawisko ESD.
Ciepło powstałe w wyniku ESD jest znaczne, chociaż nie czuje się go podczas porażenia. Jednak gdy ładunek zostanie uwolniony na urządzenie elektroniczne, to intensywne ciepło z ładunku może zniszczyć różne drobne podzespoły i spowodować poważną awarię.
Czasami zdarzenie ESD może uszkodzić sprzęt, który będzie jednak nadal funkcjonować, jak powinien, ale tylko na pozór. Mamy wówczas do czynienia z tzw. wadą ukrytą. Ta jest zwykle trudna do wykrycia i znacznie skraca żywotność urządzenia.
Najbardziej spektakularną formą ESD jest iskra – pojawia się, gdy silne pole elektryczne tworzy zjonizowany kanał przewodzący w powietrzu. Może i powoduje tylko niewielki dyskomfort u ludzi, ale za to jest przyczyną poważnych uszkodzeń sprzętu elektronicznego albo nawet pożarów i eksplozji – wystarczy, że powietrze zawiera palne gazy lub cząsteczki. Jednakże wiele zdarzeń ESD występuje bez widocznej lub słyszalnej iskry. Osoba przenosząca stosunkowo niewielki ładunek elektryczny może nie odczuć wyładowania, które jest wystarczające do uszkodzenia wrażliwych elementów elektronicznych.
Niebezpieczeństwa związane z ESD
ESD może powodować katastrofalne skutki. Zalicza się do nich wybuchy gazu, oparów paliwa i pyłu węglowego, a także awarie półprzewodnikowych elementów elektronicznych takich jak układy scalone. Pod wpływem wysokich napięć mogą one ulec trwałemu uszkodzeniu, dlatego producenci elektroniki tworzą obszary ochronne wolne od ładunków elektrostatycznych, stosując środki zapobiegające naładowaniu, np. unikanie materiałów o wysokim ładunku, oraz środki usuwające ładunki elektrostatyczne, np. uziemienie pracowników, wyposażenie w urządzenia antystatyczne i kontrola wilgotności.
Przeciwdziałanie ESD – jak zapobiec wyładowaniom elektrostatycznym?
Wiele urządzeń elektronicznych jest podatnych na zdarzenia ESD o niskim napięciu. Znane każdemu dyski twarde są wrażliwe na napięcie rzędu zaledwie 10 V. Z tego powodu producenci urządzeń elektronicznych stosują środki zapobiegające wyładowaniom elektrostatycznym w procesie produkcji, testowania, wysyłki i obsługi. Pracownik może nosić pasek na nadgarstek lub obuwie kontrolne ESD, najczęściej robocze półbuty, albo pracować na macie podłogowej ESD, która powoduje, że ładunek elektrostatyczny trafia do ziemi zamiast do urządzenia. Wrażliwe urządzenia mogą być również pakowane z użyciem materiałów, które osłaniają produkt przed ładunkiem.
Środki zaradcze wobec ESD są konieczne właściwie we wszystkich miejscach, gdzie urządzenia elektryczne mogą mieć kontakt z człowiekiem lub z przedmiotem. Przykłady obejmują USB 2.0, USB 3.0, terminale wyjściowe, LAN lub inne punkty, w których użytkownik podłącza lub odłącza złącze, miejsca, w których przycisk operacyjny urządzenia jest dotykany lub w których urządzenie dotyka powierzchni roboczej podczas procesu produkcyjnego, a także przypadki, gdzie płyty lub inne podzespoły są połączone ze sobą za pomocą złącza.
W lutowaniu domowym i warsztatowym można postawić na maty antystatyczne ESD, dodatkowo wyróżniające się odpornością na środki chemiczne. Przydadzą się również pędzle i szczotki ESD do usuwania topnika czy czyszczenia maleńkich elementów takich jak tranzystory, diody i właściwie wszystkie nieosłonięte elementy układów elektronicznych.
Mówiąc wprost: czyszczenie podzespołów w elektronice byle czym może okazać się dla nich zabójcze. Właściwie zaprojektowany pędzel lub szczotka przydadzą się także w nanoszeniu lakieru ochronnego.
Sprzęt ESD – rozróżnienie
Litera D w ESD zwykle oznacza „discharge”, czyli wyładowanie. Warto wiedzieć, że może również oznaczać „device”, czyli urządzenie – dość pechowo stworzono ten anglojęzyczny skrótowiec. Oznacza się je poniższym symbolem, który mogłeś zauważyć w postaci naklejki w sklepach BHP.
Urządzenie wrażliwe na ładunki elektrostatyczne oznaczane skrótem ESD to każdy element, przede wszystkim elektryczny, który może zostać uszkodzony przez powszechne ładunki elektrostatyczne. Najczęściej wymieniane to tranzystory MOSFET, karty używane w informatyce, wszelakie chipy, niektóre rodzaje diod i wysoko precyzyjne rezystory.
