Electrostatic Discharge

 الکترودشارژ استاتیک چیست؟

در اتم‌ها، دو بخش اصلی وجود دارد: نوترون‌ها (با بار مثبت) و الکترون‌ها (با بار منفی). فرض کنید دو ماده با ساختار اتمی یا مولکولی متفاوت داریم؛ یکی پر از نوترون و دیگری پر از الکترون. وقتی این دو ماده به هم مالیده می‌شوند، الکترون‌ها بین آن‌ها جابه‌جا می‌شوند. در اینجا، الکترون‌ها از اتم با بار مثبت به ماده‌ای که بار منفی بیشتری دارد منتقل می‌شوند. بنابراین، ماده با بار مثبت اهداکننده الکترون و ماده با بار منفی گیرنده الکترون می‌شود. این عدم تعادل الکترون‌ها باعث انباشت الکترون در ماده با بار منفی می‌شود. Electrostatic Discharge

 

حالا، این الکترون‌ها به دنبال مسیری برای تخلیه خود هستند. وقتی چیزی مثل دست انسان به آن برخورد کند، الکترون‌ها به دست منتقل شده و شوک خفیفی ایجاد می‌کنند. این پدیده الکترودشارژ استاتیک (ESD) نامیده می‌شود. اگر دست انسان الکترون‌های انباشته‌شده داشته باشد و به دستگاه الکترونیکی حساسی برخورد کند، ESD به آن دستگاه منتقل می‌شود. مثال‌های رایج از موادی که به‌راحتی الکترون اهدا می‌کنند: مو، پشم، ابریشم، چوب و پنبه؛ و موادی که به‌راحتی الکترون می‌گیرند: PVC، پلی‌استر، لاستیک و ریون.

ESD زمانی رخ می‌دهد که دو سطح با سطوح بار متفاوت خیلی نزدیک به هم یا در تماس با یکدیگر قرار گیرند. این جریان غیرمنتظره بار بین دو جسم، همان الکترودشارژ استاتیک است. شاید دیده باشید که وقتی خط‌کش پلاستیکی را به موهای دست خود مالیده و سپس به کاغذ نزدیک می‌کنید، کاغذ به خط‌کش می‌چسبد. این ESD است.

الکترودشارژ استاتیک برای وسایل الکترونیکی مضر است. برخی دستگاه‌های الکترونیکی به‌عنوان دستگاه‌های حساس به ESD برچسب‌گذاری می‌شوند. اگر جریان ناگهانی برق به این دستگاه‌ها منتقل شود، ممکن است خراب شوند. این تخلیه، که می‌توان آن را مانند خازنی در نظر گرفت که ابتدا انرژی ذخیره کرده و سپس تخلیه می‌کند، می‌تواند باعث جرقه الکتریکی، سوختگی یا آسیب به دستگاه شود. بنابراین، ضروری است که ESD به دستگاه‌های الکترونیکی منتقل نشود.

 

بندهای استاتیک برای چه استفاده می‌شوند؟

همان‌طور که از نامش پیداست، بند استاتیک یک ابزار ایمنی است که فرد هنگام کار با قطعات الکترونیکی آن را می‌پوشد. این بند به‌طور ایمن برق استاتیک را به زمین تخلیه می‌کند و از کارگر و دستگاه الکترونیکی محافظت می‌کند. هرگاه جریان استاتیک به دلیل اقدامات ناخواسته در بدن انسان ایجاد شود، بند آن را تشخیص داده و ابتدا تخلیه می‌کند. Electrostatic Discharge

بنابراین، حتی اگر فرد به دستگاه الکترونیکی دست بزند یا با آن کار کند، هیچ اتفاقی نمی‌افتد. حتی وقتی فرد در حال کار است و جریان استاتیک ایجاد می‌شود، این جریان فوراً به زمین تخلیه می‌شود تا از هرگونه حادثه ناخواسته جلوگیری شود. بند استاتیک شامل اجزای زیر است: یک نوار الاستیک با قابلیت جمع‌شدن، یک قلاب اتصال که ۳۶۰ درجه می‌چرخد، یک بند مچ و یک گیره تمساحی برای اتصال به زمین. Electrostatic Discharge

 نحوه استفاده از بند استاتیک

بند دور یک دست پیچیده می‌شود. نوار از طریق قلاب به بند متصل است که می‌تواند در هر جهتی تنظیم شود، زیرا آزادانه می‌چرخد. سر دیگر نوار یک گیره تمساحی دارد که باید به زمین متصل شود. پس از این کار، می‌توانید با دستگاه الکترونیکی کار کنید.

 

نکته مهم این است که زمین باید ابتدا ایمن باشد؛ اگر زمین نشتی داشته باشد، این بند هیچ فایده‌ای ندارد. پس از پوشیدن بند، اگر جریان استاتیک اضافی وجود داشته باشد، به‌طور مداوم به نقطه زمین منتقل می‌شود. بند از نخ‌های کربنی یا نقره‌پوشیده ساخته شده که تضمین می‌کند ESD به‌طور ایمن تخلیه شود. ESD بر اساس فرمول ساده بررسی تعادل ولتاژ کار می‌کند؛ این فرمول بررسی می‌کند که تفاوت ولتاژ بین بدن شما و دستگاه بند یکسان باشد. به این ترتیب، همه چیز، از جمله فرد، به یک پتانسیل زمین متصل می‌شود. Electrostatic Discharge

هرگونه عدم تعادل توسط بند تشخیص داده شده و بند فوراً جریان را به زمین تخلیه می‌کند. همان‌طور که می‌دانید، حتی راه رفتن ساده یک فرد می‌تواند ولتاژ استاتیک در بدن ایجاد کند (که به آن توربوشارژینگ نیز می‌گویند). بندهای مچ هم ممکن است خراب شوند و باید طبق دستورالعمل عملیاتی به‌طور منظم نگهداری و بررسی شوند تا عملکرد ایمن داشته باشند. در غیر این صورت، هم فرد و هم دستگاه الکترونیکی در خطر خواهند بود. Electrostatic Discharge

 

ساختار و کاربرد الکترودشارژ استاتیک (ESD) در ابزار دقیق

 ساختار الکترودشارژ استاتیک (ESD)

الکترودشارژ استاتیک (ESD) به خودی خود یک پدیده فیزیکی است و ساختار مشخصی ندارد، بلکه نتیجه انتقال بار الکتریکی بین دو جسم با پتانسیل‌های الکتریکی متفاوت است. با این حال، برای مدیریت و کنترل ESD در محیط‌های حساس مانند ابزار دقیق، از ابزارها و تجهیزات خاصی استفاده می‌شود که ساختار مشخصی دارند. در ادامه، اجزای کلیدی مرتبط با کنترل ESD توضیح داده می‌شود:

1. ند مچ ضد استاتیک (Anti-Static Wrist Strap):
– نوار الاستیک رسانا: این نوار معمولاً از الیاف کربن یا نخ‌های نقره‌پوشیده ساخته شده که رسانایی الکتریکی را تضمین می‌کند. این نوار به دور مچ دست بسته می‌شود.
– مقاومت داخلی: معمولاً یک مقاومت ۱ مگا اهم یا بیشتر در بند تعبیه شده تا جریان تخلیه به‌صورت کنترل‌شده انجام شود و از شوک الکتریکی به کاربر جلوگیری کند.
– قلاب اتصال چرخشی : یک قلاب ۳۶۰ درجه که امکان تنظیم و حرکت آزاد را فراهم می‌کند.
– گیره تمساحی (Alligator Clip): این گیره به نقطه زمین متصل می‌شود تا بار استاتیک به زمین منتقل شود.
– سیم اتصال به زمین: سیمی با خاصیت رسانایی بالا که بند را به نقطه زمین متصل می‌کند.

2. تشک‌های ضد استاتیک (Anti-Static Mats):
– این تشک‌ها روی میزهای کاری قرار می‌گیرند و از مواد رسانا یا پخش‌کننده بار (مانند لاستیک پرشده با کربن) ساخته شده‌اند. آن‌ها به زمین متصل می‌شوند تا بار استاتیک را تخلیه کنند.

3. نقطه زمین (Grounding Point):
– یک اتصال ایمن به زمین که باید عاری از نشتی الکتریکی باشد. این نقطه می‌تواند بخشی از سیستم زمین ساختمان یا یک میله زمین اختصاصی باشد.

4. کفپوش‌ها و کفش‌های ضد استاتیک:
– کفپوش‌های رسانا و کفش‌های مخصوص با مواد رسانا (مانند کربن یا فلزات خاص) برای جلوگیری از انباشت بار استاتیک در بدن فرد هنگام حرکت.

5. دستگاه‌های یونیزه‌کننده هوا (Ionizers):
– این دستگاه‌ها با تولید یون‌های مثبت و منفی، بارهای استاتیک را در محیط خنثی می‌کنند و از انباشت بار روی سطوح جلوگیری می‌کنند.

ساختار این تجهیزات به گونه‌ای طراحی شده که بار استاتیک را به‌صورت ایمن و کنترل‌شده به زمین منتقل کند، بدون اینکه به کاربر یا تجهیزات الکترونیکی آسیبی برسد.

 کاربرد ESD در ابزار دقیق

ابزار دقیق به طراحی، ساخت و استفاده از تجهیزات اندازه‌گیری و کنترل دقیق در صنایع مختلف (مانند نفت و گاز، پتروشیمی، الکترونیک، پزشکی و هوافضا) اشاره دارد. در این حوزه، ESD می‌تواند اثرات مخربی داشته باشد، اما با مدیریت صحیح، از آن به‌عنوان بخشی از فرآیندهای ایمنی و حفاظت استفاده می‌شود. کاربردهای مدیریت ESD در ابزار دقیق عبارتند از:

1. حفاظت از قطعات الکترونیکی حساس:
– ابزار دقیق شامل مدارهای مجتمع (IC)، میکروکنترلرها، حسگرها و سایر قطعات الکترونیکی حساس است. ESD می‌تواند باعث خرابی فوری یا کاهش عمر این قطعات شود. بندهای ضد استاتیک و تشک‌ها از انتقال بار به این قطعات جلوگیری می‌کنند.
– مثال: در ساخت و تعمیر حسگرهای فشار یا دما، ESD می‌تواند به لایه‌های نازک نیمه‌رساناها آسیب بزند. استفاده از تجهیزات ضد استاتیک این خطر را کاهش می‌دهد.

2. مونتاژ و تعمیر تجهیزات ابزار دقیق:
– هنگام مونتاژ یا تعمیر دستگاه‌های ابزار دقیق، مانند ترانسمیترها، کنترل‌کننده‌ها یا سیستم‌های PLC، تکنسین‌ها از بندهای مچ و تشک‌های ضد استاتیک استفاده می‌کنند تا از آسیب به قطعات جلوگیری شود.
– مثال: در اتاق‌های تمیز (Clean Rooms) برای تولید حسگرهای پزشکی یا تجهیزات هوافضا، کنترل ESD حیاتی است.

3. جلوگیری از خطاهای اندازه‌گیری:
– ESD می‌تواند باعث ایجاد نویز الکتریکی در حسگرها یا تجهیزات اندازه‌گیری شود که منجر به داده‌های نادرست می‌شود. مدیریت ESD با استفاده از تجهیزات ضد استاتیک، دقت اندازه‌گیری را تضمین می‌کند.
– مثال: در سیستم‌های کالیبراسیون دقیق، مانند کالیبراسیون فشارسنج‌ها، ESD می‌تواند خطای اندازه‌گیری ایجاد کند.

4. ایمنی در محیط‌های خطرناک:
– در صنایعی مانند نفت و گاز، جایی که گازهای قابل اشتعال وجود دارند، جرقه ناشی از ESD می‌تواند خطر انفجار ایجاد کند. بندهای ضد استاتیک و کفپوش‌های رسانا در این محیط‌ها برای جلوگیری از جرقه استفاده می‌شوند.
– مثال: در پالایشگاه‌ها، تکنسین‌های ابزار دقیق هنگام کار با تجهیزات کنترلی از بندهای ضد استاتیک استفاده می‌کنند.

5. تست و عیب‌یابی سیستم‌ها:
– در فرآیندهای تست و عیب‌یابی تجهیزات ابزار دقیق، مانند تسترهای مدار یا اسیلوسکوپ‌ها، ESD می‌تواند به قطعات در حال آزمایش آسیب بزند. استفاده از تجهیزات ضد استاتیک محیط تست را ایمن می‌کند.

6. افزایش طول عمر تجهیزات:
– آسیب‌های ناشی از ESD ممکن است بلافاصله قابل مشاهده نباشند، اما می‌توانند به‌مرور زمان باعث خرابی قطعات شوند. مدیریت ESD در ابزار دقیق باعث افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان تجهیزات می‌شود.

 نکات کلیدی در مدیریت ESD در ابزار دقیق

– اتصال به زمین ایمن: نقطه زمین باید کاملاً ایمن و بدون نشتی باشد. استانداردهای بین‌المللی مانند ANSI/ESD S20.20 الزامات زمین کردن را مشخص می‌کنند.
– نگهداری منظم:بندهای مچ و تشک‌های ضد استاتیک باید به‌طور دوره‌ای بررسی شوند تا از عملکرد صحیح آن‌ها اطمینان حاصل شود.
– کنترل رطوبت: محیط‌های با رطوبت 40-60٪ تولید بار استاتیک را کاهش می‌دهند، که در اتاق‌های ابزار دقیق رایج است.
– آموزش پرسنل: تکنسین‌های ابزار دقیق باید آموزش ببینند تا از روش‌های صحیح استفاده از تجهیزات ضد استاتیک آگاه شوند.

نتیجه‌گیری

مدیریت الکترودشارژ استاتیک در ابزار دقیق برای حفاظت از تجهیزات حساس، افزایش دقت اندازه‌گیری، ایمنی محیط کار و افزایش طول عمر دستگاه‌ها حیاتی است. ساختار تجهیزات ضد استاتیک، مانند بندهای مچ، تشک‌ها و یونیزه‌کننده‌ها، به گونه‌ای طراحی شده که بار استاتیک را به‌صورت ایمن تخلیه کند. با رعایت استانداردها و استفاده از این تجهیزات، می‌توان از خسارات مالی و خطرات ایمنی ناشی از ESD در محیط‌های ابزار دقیق جلوگیری کرد.