L'elettricità statica è il risultato del movimento degli elettroni all'interno o tra i materiali (compresa la polarizzazione e la conduzione). Quando due materiali diversi entrano in contatto o si trovano a una distanza molto breve (ad esempio, 10–25 cm), gli elettroni attraversano il confine tramite l'effetto tunnel quantistico, portando allo scambio di elettroni. Quando si raggiunge l'equilibrio, si forma una differenza di potenziale tra i materiali, con conseguente quantità uguale di cariche positive e negative su entrambi i lati dell'interfaccia. Se i materiali vengono separati dopo il contatto, trasporteranno cariche uguali ma opposte. Questo è il principio fondamentale della generazione di elettricità statica.

L'elettricità statica viene generata principalmente in tre modi:

• Carica triboelettrica: Quando due materiali diversi entrano in contatto o si sfregano l'uno contro l'altro, gli elettroni si trasferiscono dal materiale con minore capacità di legame degli elettroni a quello con maggiore capacità di legame, facendo sì che un materiale si carichi positivamente e l'altro negativamente.

• Carica conduttiva: Per i conduttori, gli elettroni si muovono liberamente sulla superficie. Quando un conduttore entra in contatto con un oggetto carico, gli elettroni si trasferiscono fino a raggiungere l'equilibrio della carica, con conseguente elettricità statica.

• Carica induttiva: Quando un conduttore viene posto in un campo elettrostatico esterno, gli elettroni si ridistribuiscono a causa della repulsione tra cariche simili e dell'attrazione tra cariche opposte, causando uno squilibrio di carica ed elettricità statica.

Dai principi e dai metodi di base della generazione di elettricità statica, è evidente che molte fasi della produzione e della fabbricazione di prodotti elettronici generici possono generare elettricità statica. Durante la produzione elettronica, gli operatori, i banchi di lavoro, gli strumenti, i componenti e gli imballaggi possono tutti caricarsi. Ovunque esista elettricità statica, si verificherà un evento ESD (Electro-Static Discharge). I pericoli principali includono la corrente di scarica istantanea che induce rumore nei circuiti e causa fluttuazioni nei potenziali di riferimento a terra (ad esempio, terra del prodotto, terra del segnale), interferendo così con il normale funzionamento del circuito.

I pericoli dell'elettricità statica hanno caratteristiche uniche rispetto ai fulmini o alle interferenze elettromagnetiche:

• Natura nascosta: Gli eventi ESD sono spesso impercettibili per gli umani, ma i componenti possono essere danneggiati senza saperlo.

• Latenza ed effetto cumulativo: Alcuni componenti possono subire prestazioni degradate dopo l'esposizione a ESD senza un guasto immediato, ma potrebbero guastarsi in seguito durante l'uso.

• Casualità: I danni da ESD possono verificarsi in qualsiasi fase: produzione, fabbricazione o manutenzione e durante il contatto con qualsiasi oggetto carico, rendendoli altamente imprevedibili.

• Complessità: I danni da ESD vengono spesso scambiati per altri tipi di guasti, portando a diagnosi errate.

Per l'assemblaggio di prodotti elettronici, l'elettricità statica influisce gravemente sulla qualità, sulla resa e sull'affidabilità del prodotto. Nelle camere bianche devono essere implementate misure antistatiche sistematiche per ridurre al minimo i rischi ESD durante la produzione.

Una protezione efficace dall'elettricità statica segue in genere tre principi fondamentali:

1. Ridurre o prevenire l'accumulo di cariche elettrostatiche.

2. Stabilire percorsi di scarica elettrostatica sicuri.

3. Implementare sistemi di monitoraggio elettrostatico necessari ed efficaci.

Un solido sistema di messa a terra è essenziale per prevenire l'accumulo di carica e fornire percorsi di scarica sicuri. La messa a terra elettrostatica prevede il collegamento di oggetti carichi o oggetti che potrebbero generare elettricità statica (non isolanti) alla terra tramite conduttori, assicurando che rimangano allo stesso potenziale della terra. Questo accelera il movimento e la dispersione della carica, rilasciando efficacemente le cariche statiche per prevenire l'accumulo.

La generazione e l'entità dell'elettricità statica sono strettamente correlate all'umidità ambientale e alla concentrazione di ioni nell'aria. Il potenziale elettrostatico è inversamente proporzionale all'umidità. In ambienti ultra-puliti come le camere bianche, le basse concentrazioni di ioni rendono l'elettricità statica更容易 generata.

La stessa azione può generare tensioni elettrostatiche che differiscono di un ordine di grandezza a diversi livelli di umidità. Tuttavia, un'umidità eccessivamente elevata non è consigliabile, in quanto potrebbe causare condensa sulle apparecchiature. L'umidità deve essere mantenuta entro un intervallo ragionevole, ad esempio 30%–75%.

Un'elevata umidità può ridurre l'elettricità statica a livelli impercettibili per gli umani, ma potrebbe comunque danneggiare i componenti sensibili. L'approccio corretto è riconoscere che l'elevata umidità sopprime la generazione statica, mentre la bassa umidità la esacerba. Per i prodotti che richiedono un rigoroso controllo statico, oltre alle tradizionali misure protettive, è necessario monitorare e registrare la generazione di elettricità statica. Le soluzioni pratiche includono sistemi di controllo accessi antistatici e sistemi di monitoraggio elettrostatico online in tempo reale.

Per controllare l'elettricità statica alla fonte, nelle aree critiche vengono implementati sistemi di controllo accessi antistatici. Questi sistemi verificano se il personale che entra nelle zone a controllo statico dispone di adeguate misure o attrezzature antistatiche. I moduli funzionali includono:

• Verifica dell'identità e delle autorizzazioni

• Test di cinturini da polso e scarpe antistatici

• Pannelli di controllo del livello

Per migliorare l'efficacia, in ambienti che richiedono un'elevata pulizia, il sistema di controllo accessi può essere integrato con sistemi di doccia ad aria. Incorporando i segnali di accesso nel sistema di controllo della porta della doccia ad aria, la validità delle apparecchiature antistatiche è garantita dal momento in cui il personale entra nell'area di lavoro.

Nella produzione elettronica generale, i tester elettrostatici vengono comunemente utilizzati per controllare i cinturini da polso antistatici dei dipendenti. Per conformarsi alla norma ISO 9001, i registri vengono spesso contrassegnati manualmente sui moduli. Tuttavia, se un cinturino da polso antistatico si guasta durante il funzionamento o se una parte del sistema di messa a terra si scollega, è difficile rilevare immediatamente il guasto.

Per risolvere questo problema, alcune fabbriche di elettronica incorporano moduli di monitoraggio online in tempo reale nei loro sistemi di messa a terra. Sfruttando l'integrità del circuito di messa a terra, il sistema attiva un avviso con luce rossa (e facoltativamente un allarme acustico) se una parte del circuito è aperta o ha una resistenza eccessivamente elevata (ad esempio, >10 Ω). Questo sistema consente il monitoraggio in tempo reale, eliminando la necessità di registrazioni cartacee noiose e cerimoniali.

L'elettricità statica è generalmente "invisibile e intangibile", eppure è onnipresente e sempre presente. Pertanto, la protezione dall'elettricità statica è un progetto sistematico completo. In linea di principio, dovrebbe comportare il controllo sia della generazione che della dissipazione dell'elettricità statica. Il controllo della generazione prevede principalmente la gestione dei processi e la selezione dei materiali, mentre il controllo della dissipazione si concentra sul rilascio o sulla neutralizzazione sicura e rapida delle cariche statiche.

Questo articolo ha brevemente introdotto i principi e i pericoli dell'elettricità statica. Sulla base dell'esperienza pratica, ha sottolineato il ruolo fondamentale dei sistemi di messa a terra e del controllo ambientale nella protezione statica. Ha inoltre evidenziato il valore pratico del controllo accessi e dei sistemi di monitoraggio online in tempo reale implementati in una fabbrica di elettronica. Questi metodi sono semplici, convenienti e producono risultati rapidi, offrendo preziose informazioni per le fabbriche di elettronica in generale nell'implementazione di misure di protezione dall'elettricità statica.