Statische elektriciteit is het gevolg van elektronenbeweging binnen of tussen materialen (inclusief polarisatie en geleiding). Wanneer twee verschillende materialen in contact komen of zich op een zeer korte afstand bevinden (bijv. 10–25 cm), tunnelen elektronen over de interface als gevolg van het quantum tunneling-effect, wat leidt tot elektronenuitwisseling. Wanneer evenwicht is bereikt, ontstaat er een potentiaalverschil tussen de materialen, wat resulteert in gelijke hoeveelheden positieve en negatieve ladingen aan weerszijden van de interface. Als de materialen na contact worden gescheiden, zullen ze gelijke maar tegengestelde ladingen dragen. Dit is het fundamentele principe van de opwekking van statische elektriciteit.

Statische elektriciteit wordt voornamelijk op drie manieren gegenereerd:

• Tribo-elektrische lading: Wanneer twee verschillende materialen contact maken of over elkaar wrijven, worden elektronen overgedragen van het materiaal met een zwakkere elektronenbindingscapaciteit naar het materiaal met een sterkere bindingscapaciteit, waardoor het ene materiaal positief geladen wordt en het andere negatief.

• Geleidende lading: Voor geleiders bewegen elektronen vrij op het oppervlak. Wanneer een geleider in contact komt met een geladen object, worden elektronen overgedragen totdat er een ladingsbalans is bereikt, wat resulteert in statische elektriciteit.

• Inductieve lading: Wanneer een geleider in een extern elektrostatisch veld wordt geplaatst, herverdelen elektronen zich als gevolg van afstoting tussen gelijke ladingen en aantrekking tussen tegengestelde ladingen, waardoor er een onbalans in de lading ontstaat en statische elektriciteit.

Uitgaande van de basisprincipes en methoden van het genereren van statische elektriciteit, is het duidelijk dat veel stadia in de productie en fabricage van algemene elektronische producten statische elektriciteit kunnen genereren. Tijdens de elektronische fabricage kunnen operators, werkbanken, gereedschappen, componenten en verpakkingen allemaal geladen raken. Overal waar statische elektriciteit aanwezig is, zal er een ESD-gebeurtenis (Electro-Static Discharge) plaatsvinden. De belangrijkste gevaren zijn onder meer de onmiddellijke ontladingsstroom die ruis in circuits induceert en fluctuaties in de referentieaardpotentialen veroorzaakt (bijv. productaarde, signaalaarde), waardoor de normale werking van het circuit wordt verstoord.

Gevaren van statische elektriciteit hebben unieke kenmerken in vergelijking met bliksem of elektromagnetische interferentie:

• Verborgen aard: ESD-gebeurtenissen zijn vaak niet waarneembaar voor mensen, maar componenten kunnen onbewust beschadigd raken.

• Latentie en cumulatief effect: Sommige componenten kunnen een verminderde prestatie ervaren na ESD-blootstelling zonder onmiddellijke uitval, maar ze kunnen later tijdens gebruik uitvallen.

• Willekeurigheid: ESD-schade kan in elk stadium optreden - productie, fabricage of onderhoud - en tijdens contact met elk geladen object, waardoor het zeer onvoorspelbaar is.

• Complexiteit: ESD-schade wordt vaak verward met andere soorten storingen, wat leidt tot onjuiste diagnoses.

Voor de assemblage van elektronische producten heeft statische elektriciteit een ernstige impact op de productkwaliteit, de opbrengst en de betrouwbaarheid. Systematische antistatische maatregelen moeten in cleanrooms worden geïmplementeerd om ESD-risico's tijdens de productie te minimaliseren.

Effectieve bescherming tegen statische elektriciteit volgt doorgaans drie basisprincipes:

1. Verminder of voorkom de ophoping van elektrostatische ladingen.

2. Creëer veilige elektrostatische ontladingspaden.

3. Implementeer de nodige en effectieve elektrostatische bewakingssystemen.

Een robuust aardingssysteem is essentieel voor het voorkomen van ladingophoping en het bieden van veilige ontladingspaden. Elektrostatische aarding omvat het verbinden van geladen objecten of objecten die waarschijnlijk statische elektriciteit genereren (niet-isolatoren) met de aarde via geleiders, waardoor ze op hetzelfde potentieel blijven als de aarde. Dit versnelt de beweging en lekkage van ladingen, waardoor statische ladingen effectief worden vrijgegeven om ophoping te voorkomen.

De generatie en grootte van statische elektriciteit zijn nauw verbonden met de omgevingsvochtigheid en de concentratie van luchtionen. Elektrostatische potentiaal is omgekeerd evenredig met de vochtigheid. In ultrareine omgevingen zoals cleanrooms, maken lage ionenconcentraties statische elektriciteit更容易 gegenereerd.

Dezelfde actie kan elektrostatische spanningen genereren die een orde van grootte verschillen bij verschillende vochtigheidsniveaus. Overmatig hoge luchtvochtigheid is echter niet aan te raden, omdat dit condensatie op apparatuur kan veroorzaken. De luchtvochtigheid moet binnen een redelijk bereik worden gehouden, zoals 30%–75%.

Een hoge luchtvochtigheid kan statische elektriciteit verminderen tot niveaus die voor mensen niet waarneembaar zijn, maar het kan nog steeds schade toebrengen aan gevoelige componenten. De juiste aanpak is om te erkennen dat een hoge luchtvochtigheid de statische generatie onderdrukt, terwijl een lage luchtvochtigheid deze verergert. Voor producten die strenge statische controle vereisen, zijn naast traditionele beschermende maatregelen ook bewaking en registratie van de generatie van statische elektriciteit noodzakelijk. Praktische oplossingen zijn onder meer antistatische toegangscontrolesystemen en real-time online elektrostatische bewakingssystemen.

Om statische elektriciteit bij de bron te beheersen, worden antistatische toegangscontrolesystemen geïmplementeerd in kritieke gebieden. Deze systemen controleren of personeel dat statisch gecontroleerde zones betreedt, over de juiste antistatische maatregelen of apparatuur beschikt. Functionele modules omvatten:

• Identiteits- en toestemmingsverificatie

• Testen van antistatische polsbandjes en schoenen

• Niveauregelingspanelen

Om de effectiviteit te vergroten, kan het toegangscontrolesysteem in omgevingen die een hoge reinheid vereisen, worden geïntegreerd met luchtdouchesystemen. Door toegangssignalen in het deurcontrolesysteem van de luchtdouche op te nemen, wordt de geldigheid van de antistatische apparatuur gegarandeerd vanaf het moment dat het personeel het werkgebied betreedt.

In de algemene elektronicafabricage worden elektrostatische testers vaak gebruikt om de antistatische polsbandjes van werknemers te controleren. Om te voldoen aan ISO 9001, worden records vaak handmatig op formulieren gemarkeerd. Als een antistatisch polsbandje echter tijdens de werking defect raakt, of als een deel van het aardingssysteem wordt losgekoppeld, is het een uitdaging om de storing onmiddellijk te detecteren.

Om dit aan te pakken, integreren sommige elektronicafabrieken real-time online bewakingsmodules in hun aardingssystemen. Door gebruik te maken van de integriteit van het aardingscircuit, activeert het systeem een rood licht (en optioneel een hoorbaar alarm) als een deel van het circuit open is of een overmatig hoge weerstand heeft (bijv. >10 Ω). Dit systeem maakt real-time bewaking mogelijk, waardoor de behoefte aan vervelende en ceremoniële papieren documenten wordt geëlimineerd.

Statische elektriciteit is over het algemeen "onzichtbaar en ongrijpbaar", maar toch alomtegenwoordig en altijd aanwezig. Daarom is bescherming tegen statische elektriciteit een uitgebreid systematisch project. In principe moet het zowel het genereren als het afvoeren van statische elektriciteit omvatten. Het beheersen van de generatie omvat voornamelijk het beheer van processen en materiaalselectie, terwijl het beheersen van de afvoer zich richt op het veilig en snel vrijgeven of neutraliseren van statische ladingen.

Dit artikel introduceerde kort de principes en gevaren van statische elektriciteit. Op basis van praktische ervaring benadrukte het de fundamentele rol van aardingssystemen en milieuregeling bij statische bescherming. Verder benadrukte het de praktische waarde van toegangscontrole en real-time online bewakingssystemen die in een elektronicafabriek zijn geïmplementeerd. Deze methoden zijn eenvoudig, kosteneffectief en leveren snelle resultaten op, en bieden waardevolle inzichten voor algemene elektronicafabrieken bij het implementeren van maatregelen ter bescherming tegen statische elektriciteit.