Hlavní příčiny statické elektřiny

Povrchový kontakt a separace materiálu jsou možná nejběžnějšími příčinami statické elektřiny při zpracování svitkových fólií a fólií. Statický náboj vzniká během procesu odvíjení/navíjení materiálů nebo pohybu různých vrstev materiálů vůči sobě. Tento proces není zcela jasný, ale nejpravdivější vysvětlení pro výskyt statické elektřiny v tomto případě lze získat nakreslením analogie s plochým kondenzátorem, ve kterém se mechanická energie přeměňuje na elektrickou energii, když se desky oddělují:

Výsledné napětí = počáteční napětí x
(konečná vzdálenost mezi deskami/počáteční vzdálenost mezi deskami)

Když se syntetický film dotkne podávacího/navíjecího hřídele, nízký náboj proudící z materiálu na hřídel způsobí nerovnováhu. Při průchodu materiálu kontaktní zónou s hřídelí se napětí zvyšuje stejně jako u kondenzátorových desek v okamžiku jejich oddělení. Praxe ukazuje, že amplituda výsledného napětí je omezena v důsledku elektrického průrazu, ke kterému dochází v mezeře mezi sousedními materiály, povrchové vodivosti a dalších faktorů. Když fólie opustí kontaktní zónu, můžete často slyšet slabé praskání nebo pozorovat jiskření. K tomu dochází v okamžiku, kdy statický náboj dosáhne hodnoty dostatečné k rozrušení okolního vzduchu. Před kontaktem s hřídelí je syntetický film elektricky neutrální, ale během procesu pohybu a kontaktu s podávacími plochami je proud elektronů nasměrován k filmu a nabíjí jej záporným nábojem. Pokud je hřídel kovová a uzemněná, její kladný náboj se rychle vybije.

Většina zařízení má mnoho šachet, takže množství náboje a jeho polarita se může často měnit. Nejlepší způsob kontroly statického náboje je jeho přesná detekce v oblasti bezprostředně před problémovou oblastí. Pokud je náboj neutralizován příliš brzy, může se obnovit dříve, než film dosáhne této problematické oblasti.

Teoreticky lze výskyt statického náboje znázornit jednoduchým elektrickým obvodem:

C – funguje jako kondenzátor, který ukládá náboj, jako baterie. Obvykle se jedná o povrch materiálu nebo produktu. R je odpor, který může oslabit náboj materiálu/mechanismu (obvykle při slabém oběhu proudu). Pokud je materiálem vodič, náboj teče k zemi a nezpůsobuje problémy. Pokud je materiálem izolant, náboj nebude moci odtékat a vznikají potíže. K jiskrovému výboji dochází, když napětí nahromaděného náboje dosáhne mezní prahové hodnoty.

Proudové zatížení je náboj generovaný například během procesu pohybu fólie podél hřídele. Nabíjecí proud nabíjí kondenzátor (předmět) a zvyšuje jeho napětí U. Zatímco napětí stoupá, proud protéká odporem R. Rovnováhy bude dosaženo v okamžiku, kdy se nabíjecí proud stane rovným proudu cirkulujícímu uzavřeným obvodem odpor. (Ohmův zákon: U = I x R).

Pokud má předmět schopnost akumulovat značný náboj a je-li přítomno vysoké napětí, statická elektřina způsobí vážné problémy, jako je jiskření, elektrostatické odpuzování/přitahování nebo úraz elektrickým proudem.

Polarita nabíjení

Statický náboj může být kladný nebo záporný. U stejnosměrných (AC) a pasivních (kartáčových) svodičů polarita náboje obvykle není důležitá.

Mnoho lidí zažívá elektrostatický výboj (ESD) při dotyku kovové kliky dveří, chůzi po koberci nebo sezení na autosedačce.

Úvod do ESD

Statická elektřina a ESD však představují po staletí vážné průmyslové problémy. Již ve 1400. století prováděly evropské vojenské pevnosti a pevnosti kontrolní testy ESD, aby se zabránilo náhodnému vznícení zásobníků střelného prachu v důsledku elektrostatického výboje. V 1860. letech 30. století používaly papírny ve Spojených státech uzemňovací zařízení, ionizaci a zvlhčování k rozptýlení statické elektřiny. Dříve či později se s problémem ESD setká každá výrobní společnost. Průmysl munice a výbušnin, petrochemický a farmaceutický průmysl, tiskařský, textilní, malířský a plastikářský průmysl jsou odvětví, kde je kontrola statické elektřiny nezbytná. Elektronický věk s sebou přinesl nové problémy související se statickou elektřinou a ESD. Kromě toho, jak se elektronická zařízení neustále zlepšují, stávají se rychlejšími, tenčími a kompaktnějšími, roste i jejich citlivost na ESD. A tento trend se zrychluje. Společnosti musí pečlivě zvážit schopnosti svých výrobních procesů v oblasti ESD. Dnes ESD ovlivňuje výkon a spolehlivost produktů prakticky ve všech oblastech globálního elektronického průmyslu. Navzdory maximálnímu úsilí v posledních XNUMX letech má elektrostatický výboj (ESD) stále vliv na příjmy z výroby, výrobní náklady, kvalitu výrobků, spolehlivost výrobků a ziskovost. Náklady na poškozená zařízení se pohybují od drobných za jednoduchou diodu až po stovky tisíc rublů za složité integrované obvody. Když započítáte náklady na opravy a přepracování, dopravu, práci a režijní náklady, existuje prostor pro úsilí o vytvoření a zlepšení oblastí chráněných před ESD. Většina společností zabývajících se výrobou elektroniky věnuje velkou pozornost průmyslově uznávaným principům kontroly statické elektřiny. Normy ESD jsou dnes k dispozici a tvoří základ pro to, aby výrobci zaváděli zásady a postupy kontroly statické elektřiny. Je nepravděpodobné, že by společnost, která ignoruje kontrolu statické elektřiny pro ESD, byla schopna úspěšně vyrábět a produkovat nepoškozené elektronické součástky a zařízení.

Statická elektřina: Vytvoření náboje

Elektrostatický výboj (ESD) je rychlý, spontánní přenos elektrostatického náboje způsobený vysokonapěťovým elektrostatickým polem. Poznámka: Náboj se obvykle přenáší jiskrou mezi dvěma objekty s různými elektrostatickými potenciály, když se k sobě přibližují. ESD může ovlivnit elektrické vlastnosti polovodičového zařízení, degradovat ho nebo ho zničit. ESD může také narušit normální fungování elektronického systému a způsobit poruchu nebo selhání. Nabité povrchy mohou zachycovat nečistoty a prachové částice, které se obtížně čistí. Pokud je prach přitahován k povrchu křemíkového destičky, mohou tyto částice způsobit defekty destičky, které mohou snížit výkon produktu. Zvládání ESD začíná pochopením toho, jak k němu vůbec dochází. Elektrostatický náboj nejčastěji vzniká kontaktem a oddělením dvou materiálů. Materiály mohou být podobné nebo odlišné, i když odlišné materiály mají tendenci generovat vysoké hladiny statického náboje. Například osoba chodící po podlaze generuje statickou elektřinu, když se podrážky jejích bot dotýkají podlahy a poté se zvedají z povrchu podlahy. Elektronická součástka, která se během balení nebo vybalování posouvá po povrchu obalu, zásobníku nebo tuby, generuje statickou elektřinu, když se zařízení dotýká kovu a povrchu nádoby. Množství statické elektřiny se může v těchto příkladech lišit, ale statická elektřina se generuje v každém případě.
Obr. 1. Triboelektrický náboj. Příklad kontaktujících materiálů.
Obr. 2. Triboelektrický náboj – Separace. Vznik elektrostatického náboje kontaktem materiálů a jejich následným oddělením se nazývá triboelektrický jev. Slovo triboelektrický pochází z řeckého slova tribo, které znamená „třít“, a elektros, které znamená „jantar“ (zkamenělá pryskyřice prehistorických stromů). Zahrnuje přenos elektronů mezi materiály. Atomy materiálu bez statického náboje mají v jádře stejný počet kladných (+) protonů a záporných (-) elektronů obíhajících kolem jádra. Na obr. 1 je materiál „A“ tvořen atomy se stejným počtem protonů a elektronů. Materiál „B“ je také tvořen atomy se stejným (i když možná odlišným) počtem protonů a elektronů. Oba materiály jsou elektricky neutrální. Když se dva materiály dostanou do kontaktu a poté se oddělí, záporně nabité elektrony se přenesou z povrchu jednoho materiálu na povrch druhého materiálu. Který materiál elektrony ztrácí a který elektrony získává, bude záviset na povaze materiálů. Materiál, který elektrony ztrácí, se nabije kladně, zatímco materiál, který elektrony získává, se nabije záporně. Toto je znázorněno na obrázku 2. Statická elektřina se měří v coulombech. Náboj „q“ na objektu je určen součinem kapacity objektu „C“ a napěťového potenciálu na objektu (V):

q = životopis

Mluvíme však o elektrostatickém potenciálu na objektu, který je vyjádřen jako napětí. Tento proces kontaktu materiálu, přenosu a separace elektronů je složitější mechanismus, než je zde popsáno. Množství náboje vytvořeného triboelektrickou generací je ovlivněno kontaktní plochou, rychlostí separace, relativní vlhkostí a interakcí materiálů, pracovní plochou a dalšími faktory. Jakmile se na materiálu vytvoří náboj, stává se elektrostatickým nábojem (pokud na materiálu zůstane). Tento náboj může být z materiálu přenesen – vzniká elektrostatický výboj neboli ESD. Další faktory, jako je odpor samotného výbojového obvodu a kontaktní odpor na rozhraní mezi kontaktními povrchy, také ovlivňují skutečný uvolněný náboj. Typické scénáře generování náboje a výsledné úrovně napětí jsou uvedeny v tabulce 1. Kromě toho je znázorněn vliv vlhkosti na snížení akumulace náboje. Je však třeba poznamenat, že ke vzniku statického náboje dochází i při relativně vysoké vlhkosti.
Elektrostatický náboj může být na materiálu vytvořen i jinými způsoby, jako je indukce, bombardování ionty nebo kontakt s jiným nabitým objektem. Triboelektrický jev je však nejběžnější. Užitečné články na toto téma:

• Antistatická podlahová krytina
• Antistatické vybavení
• Základní principy řízení elektrostatického výboje
• Antistatické lepicí pásky
• Audit ESD, nutnost a četnost implementace
• Zásady efektivního školení zaměstnanců
• Tajemství správného balení elektronických součástek
• Často kladené otázky při výběru antistatického obalu
• Nástroj pro ruční instalaci
• Plastové kontejnery pro přepravu
• Ruční nástroj pro elektroniku
• Základy elektrostatického výboje
• Jak vlastnosti materiálů ovlivňují statický náboj