BÀI 1: TĨNH ĐIỆN LÀ GÌ?

1. Tĩnh điện là gì?

Tĩnh điện điện là hiện tượng phổ biến diễn ra trong cuộc sống thường ngày. Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể cảm nhận được tĩnh điện với mức điện áp từ khoảng 3000V trở lên. Dưới ngưỡng này thì con người gần như không thể cảm nhận được tĩnh điện nhưng các linh kiện, thiết bị điện tử đã có thể bị hỏng do tĩnh điện gây ra, nguy cơ cháy nổ và bám hút cũng là những tác hại của tĩnh điện.

Tĩnh điện chiếm đến 33% tổng số sản phẩm bị lỗi và là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến sản phẩm lỗi ( đứng thứ 2 chỉ sau lỗi không xác định được nguyên nhân)

Vậy tĩnh điện là gì và cách kiểm soát tĩnh điện ra sao? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu trong chuỗi bài viết này.

2. Định nghĩa tĩnh điện là gì?

Nạp tĩnh điện là sự mất cân bằng điện tích bên trong hoặc trên bề mặt của vật liệu. Sự mất cân bằng electron này tạo ra một trường điện có thể đo được và có thể ảnh hưởng đến các vật thể khác. 

Phóng tĩnh điện (ESD) được định nghĩa là “sự truyền điện tích tĩnh điện nhanh chóng, tự phát do trường tĩnh điện cao gây ra. Lưu ý: Thông thường, điện tích di chuyển quá nhanh sẽ tạo ra tia lửa điện giữa hai vật dẫn điện có điện thế tĩnh điện khác nhau khi chúng tiến lại gần nhau”.

Kiểm soát phóng tĩnh điện bắt đầu bằng việc hiểu cách xảy ra hiện tượng tích điện tĩnh ngay từ đầu. Tích điện tĩnh thường được tạo ra do tiếp xúc và tách rời hai vật liệu.

Bảng 1. Ví dụ về mức điện áp phát tĩnh điển hình

3. Nguồn phát sinh tĩnh điện

Khi hai vật liệu tiếp xúc và tách rời nhau, mức tĩnh điện sinh ra tuân theo chuỗi triboelectric, Các vật liệu ở phía trên của dãy có xu hướng cho đi (e) và mang điện tích dương, Các vật liệu ở phía cuối dãy có xu hướng nhận và (e) và mang điện tích âm. Các vật liệu càng cách nhau xa trong dãy khi tiếp xúc, tách rời nhau sẽ phát sinh ra mức tĩnh điện càng lớn

Gần như tất cả các vật liệu, bao gồm cả nước,bụi trong không khí đều có thể nạp tĩnh điện tuy nhiên mức độ nạp tĩnh điện là khác nhau.

4.   Đặc điểm tĩnh điện của các loại vật liệu

Vật liệu cách điện ( Insulative Materials)

Vật liệu cách điện là: loại vật liệu ngăn cản dòng điện truyền trên bề mặt hoặc đi qua vật liệu. Vật liệu cách điện được định nghĩa là vật liệu có điện trở lớn hơn 1×10^11 Ohm. Tĩnh điện do vật liệu cách điện tạo ra là rất lớn. Do vật liệu cách điện cản trở sự di chuyển của các electron trên bề mặt của nó.

Vật liệu dẫn điện( Conductive Materials)

Vật liệu dẫn điện có điện trở thấp và cho dòng điện đi qua một cách dễ dàng. Một vật liệu có điện trở thấp hơn 1×10^4 Ohm được coi là vật liệu dẫn điện Khi tĩnh điện sinh ra trên bề mặt, nó sẽ được truyền đi toàn bộ bề mặt của vật liệu dẫn điện .Nếu nó tiếp xúc với một vật dẫn khác thì toàn bộ tĩnh điện sẽ được truyền đi một cách dễ dàng. Nếu nó được kết nối với hệ thống nối đất hoặc dây nối đất của hệ thống điện AC thì toàn bộ điện tích sẽ được truyền đi và vật dẫn điện trở sẽ cân bằng về tĩnh điện.

Vật liệu truyền dẫn tĩnh điện ( Dissipative Materials )

Vật liêu có điện trở nằm giữa khoảng vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện được gọi alf vật liệu truyền dẫn tĩnh điện. ( 1×10^4 Ohm < Dissipative Materials < 1×10^11 Ohm). Dòng điện có thể di chuyển qua vật liệu truyền dẫn tĩnh điện nhưng nó bị kiểm soát không quá nhanh như vật liệu dẫn điện cũng không quá chậm như vật liệu cách điện. 
Do đặc tính này nên trong kiểm soát chống tĩnh điện người ta ưu tiên sử dụng vật liệu truyền dẫn tĩnh điện ( Dissipative Materials).

Hình 3: Phân loại điện trở (từ ANSI/ESD S541)

Trường tĩnh điện

Vật liệu tích điện cũng có trường tĩnh điện và các đường sức liên quan đến chúng. Các vật dẫn điện được đưa vào vùng lân cận của trường điện này sẽ bị phân cực bởi một quá trình được gọi là cảm ứng. (Xem Hình 4.) Một trường điện âm sẽ đẩy các electron trên bề mặt của vật dẫn điện tiếp xúc với trường. Một trường điện dương sẽ thu hút các electron gần bề mặt, do đó để lại các vùng khác tích điện dương.

Hình 4: Cảm ứng

5. NGUYÊN NHÂN GÌ GÂY HỎNG CHO THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ?

Hư hỏng do ESD thường do một trong ba sự kiện sau gây ra: ESD trực tiếp đến thiết bị, ESD từ thiết bị hoặc phóng điện từ trường. Việc vật phẩm dễ bị ESD (ESDS) bị hư hỏng do sự kiện ESD hay không được xác định bởi khả năng phân tán năng lượng của sự phóng điện hoặc chịu được mức điện áp liên quan của thiết bị. Mức độ mà thiết bị hỏng được gọi là độ nhạy ESD hoặc khả năng tiếp xúc với ESD của thiết bị.

Bảng 3. Độ nhạy ESD của các thiết bị điện tử hoặc bộ phận tiêu biểu có độ nhạy liên quan đến HBM và CDM*

BẢN TÓM TẮT

1. Hầu như tất cả các vật liệu, bao gồm cả vật dẫn, đều có thể được xử lý bằng điện ma sát
2. Lượng điện tích bị ảnh hưởng bởi loại vật liệu, tốc độ tiếp xúc và tách ra, độ ẩm và một số yếu tố khác.
3. Các vật tích điện có tĩnh điện
4. ESD có thể làm hỏng thiết bị, do đó một thông số sẽ hỏng ngay lập tức hoặc hư hỏng do ESD có thể là một lỗi tiềm ẩn có thể không được phát hiện ngay lập tức nhưng có thể khiến thiết bị hỏng sớm.
5. ESD có thể xảy ra trong suốt quá trình sản xuất, thử nghiệm, vận chuyển, xử lý hoặc vận hành và trong quá trình dịch vụ tại hiện trường
6. Thiệt hại do ESD có thể xảy ra do kết quả của việc xả điện vào thiết bị, từ thiết bị hoặc từ việc truyền điện tích do trường tĩnh điện gây ra. Các thiết bị có mức độ nhạy cảm khác nhau đáng kể với

Bảo vệ sản phẩm khỏi tác động của hư hỏng do ESD bắt đầu bằng việc hiểu các khái niệm cơ bản về điện tích và phóng tĩnh điện. Một chương trình kiểm soát ESD hiệu quả đòi hỏi một chương trình đào tạo hiệu quả, trong đó tất cả nhân viên liên quan đều hiểu các khái niệm chính. Xem Phần Hai để biết các khái niệm cơ bản về kiểm soát ESD.