静電放電

この本の冒頭で、静電気とその生成方法について説明しました。静電気の制御は現代の電子機器やその他の職業で大きな役割を果たしているため、これは最初に想定されていたよりもはるかに重要です。静電放電イベントは、静電荷が制御されていない方法で放出された場合であり、以降、ESDと呼びます。

ESDにはさまざまな形態があり、50ボルトの電気を数万ボルトまで均等化することができます。実際の電力は非常に小さいため、ESDの放電経路にいる人には一般的に危険はありません。人が火花の形のESDとそれに伴うおなじみのザップにさえ気付くのに通常数千ボルトかかります。 ESDの問題は、わずかな放電でも完全に気付かれずに半導体を破壊する可能性があることです。数千ボルトの静電荷が一般的ですが、それが脅威ではない理由は、その背後に実質的な持続時間の電流がないためです。これらの極端な電圧は、空気のイオン化を可能にし、他の材料を分解することを可能にします。これは、損傷の原因の根本です。

ESDは新しい問題ではありません。間違った状況でESDイベントが発生した場合、黒色火薬製造やその他の花火産業は常に危険です。チューブ（別名バルブ）の時代には、ESDは電子機器にとって存在しなかった問題でしたが、半導体の出現と小型化の進展により、ESDははるかに深刻になりました。

コンポーネントの損傷は、部品がESD経路にあるときに発生する可能性があり、通常は発生します。パワーダイオードなどの多くの部品は非常に堅牢で放電を処理できますが、部品の物理的構造の一部として小さいまたは薄い形状の部品の場合、電圧によって半導体のその部分が破壊される可能性があります。これらのイベント中の電流は非常に高くなりますが、ナノ秒からマイクロ秒の時間枠にあります。これにより、コンポーネントの一部が恒久的に損傷したままになり、壊滅的および潜在的な2種類の障害モードが発生する可能性があります。壊滅的なものは簡単なものであり、パーツは完全に機能しなくなります。もう1つは、はるかに深刻な場合があります。潜在的な損傷により、問題のあるコンポーネントが最初の損傷から数時間、数日、さらには数か月間、壊滅的な障害が発生する前に機能する場合があります。多くの場合、これらの部品は機能しているが不良であるため、「ウォーキング負傷」と呼ばれます。下の図は、潜在的な（「歩行中の負傷した」）ESD損傷の例として示されています。これらのコンポーネントが医療や軍事用途などの生命維持の役割を果たした場合、その結果は悲惨なものになる可能性があります。ほとんどの愛好家にとって、それは不便ですが、高価なものになる可能性があります。

かなり頑丈であると見なされるコンポーネントでさえ、ESDによって損傷する可能性があります。ソリッドステートアンプの最も初期のバイポーラトランジスタは、影響を受けにくいものの、影響を受けません。新しい高速コンポーネントのいくつかは、わずか3ボルトで台無しになる可能性があります。 MOS（Metal Oxide Semiconductor）テクノロジを使用して製造された特殊な抵抗器やコンデンサなど、ESDによって損傷する可能性のある、危険とは見なされない可能性のあるコンポーネントがあります。

ESD損傷防止

ESDを防ぐ前に、ESDの原因を理解することが重要です。一般に、ワークベンチ周辺の資料は3つのカテゴリに分類できます。これらは、ESD生成、ESDニュートラル、およびESD散逸（またはESD導電性）です。 ESD生成材料は、ほとんどのプラスチック、猫の毛、ポリエステルの衣類などのアクティブな静電気発生器です。 ESDニュートラル材料は一般に絶縁性ですが、静電荷を生成または保持する傾向はあまりありません。この例には、木、紙、綿が含まれます。これは、静電気発生器やESDの危険性がないということではありませんが、他の要因によってリスクがある程度最小限に抑えられます。たとえば、木材や木製品は湿気を保持する傾向があるため、わずかに導電性になる可能性があります。これは多くの有機材料に当てはまります。光沢は通常、非常に効率的な絶縁体であるプラスチックまたはワニスであるため、高度に研磨されたテーブルはこのカテゴリに分類されません。 ESD導電性材料は非常に明白であり、それらは周りに置かれている金属工具です。プラスチック製のハンドルは問題になる可能性がありますが、金属が接地された表面にある場合、金属は発生するのと同じ速さで静電荷を放出します。導電性になるように設計されたプラスチックなど、他にも多くの材料があります。それらはESD散逸の見出しに分類されます。汚れやコンクリートも導電性であり、ESD散逸性の見出しに該当します。

静電気を発生させる活動はたくさんありますが、ESD制御レジメンの一部として知っておく必要があります。ディスペンサーからテープを引き抜くという単純な行為は、極端な電圧を生成する可能性があります。椅子の中で転がるのは、引っかき傷と同様に、もう1つの静電発電機です。実際、2つ以上の表面が互いに擦れ合うことを可能にする活動は、ある程度の静電荷を生成することはかなり確実です。これはこの本の冒頭で言及されていますが、実際の例は微妙な場合があります。このため、この電圧を継続的にブリードオフする方法が必要です。コンポーネントで作業している間は、大量の静電気を発生させるものは避けてください。

プラスチックは通常、静電気の発生に関連しています。これは、導電性プラスチックの形で入手されています。導電性プラスチックを作成する通常の方法は、プラスチックの電気的特性を絶縁体から導体に変える添加剤ですが、それでも1平方インチあたり数百万オームの抵抗がある可能性があります。航空業界などの軽量用途で導体として使用できるプラスチックが開発されました。これらは特殊なアプリケーションであり、通常はESD制御とは関係ありません。

それはESD保護にとってすべて悪いニュースではありません。人体はかなりまともな指揮者です。空気中の湿度が高いと、静電荷が無害に放散され、ESDニュートラル材料の導電性が高まります。これが、家の中の湿度が非常に低くなる可能性がある寒い冬の日が、ドアノブの火花の数を増やす可能性がある理由です。夏や雨の日には、かなりの量の静力学を生成するためにかなりの努力が必要になります。このため、業界のクリーンルームと工場の床は、温度と湿度の両方を調整するために努力しています。コンクリートの床も導電性であるため、保護の設定に役立つ既存のコンポーネントが家にある場合があります。

ESD保護を確立するには、すべてが参照される標準の電圧レベルが必要です。そのようなレベルは地面の形で存在します。家の周りのコンセントで地面が使用されているという非常に良い安全上の理由があります。ある意味では、これは静的に関連していますが、直接には関連していません。それは私たちに私たちの体や道具が獲得するかもしれないどんな電荷も中和するために私たちの余分な電子を捨てるか、私たちが不足しているならいくつかを獲得する場所を私たちに与えます。ワークベンチ上のすべてのものが導体を介して直接または間接的にアースに接続されている場合、ESDイベントが発生するずっと前に静電気が放散されます。

適切な接地点は、いくつかの異なる方法で作成できます。 ACプラグインのアースピンをコード化するまでの最新の配線を備えた家では、またはコンセントのカバープレートを固定するネジを使用できます。これは、家の配線には、実際には、主電力線から電力が供給される場所のどこかで、アースにつながるワイヤまたはスパイクがあるためです。家の配線が正しくない人のために、少なくとも3フィートのスパイクを地球に打ち込むか、金属配管への単純な電気接続（最悪のオプション）を使用できます。主なことは、家の外の地球への電気経路を確立することです。

10メガオームは、ESD制御の世界では導体と見なされます。静電気は実際の電流がない電圧であり、電荷が生成されてから数秒後にブリードオフされると無効になります。このため、ESD保護を接続するには、通常、1〜10メガオームの抵抗が使用されます。これには、ESDイベント中の放電速度を遅くするという利点があり、コンポーネントが損傷を受けずに存続する可能性が高くなります。放電が速いほど、コンポーネントを流れる電流スパイクが大きくなります。このような抵抗が望ましいと考えられるもう1つの理由は、ユーザーが家庭用電流などの高電圧に誤って短絡した場合、ユーザーを殺すのはESD保護ではないということです。

大規模な産業は、電子産業におけるESDの制御を中心に成長してきました。電子機器構造の定番は、静的な導電性または散逸性の表面を備えたワークベンチです。この表面は、商業的に購入することも、金属またはホイルのシートの形で自家製にすることもできます。金属表面の場合、表面に動力テストを行っていない場合は必要ありませんが、薄い紙を上に置くことをお勧めします。商用バージョンは通常、抵抗が問題にならないほど高い導電性プラスチックの一種であり、これがより良い解決策です。ワークベンチ用に独自の表面を作成する場合は、必ず10メガオームの抵抗をアースに追加してください。そうしないと、保護がまったくできなくなります。

ESDを接地する必要がある他の大きなアイテムは、あなたです。人々は静的発電機を歩いています。あなたの体は導電性であり、それを接地するのは比較的簡単ですが、これは通常リストストラップで行われます。市販のバージョンにはすでに抵抗が組み込まれており、肌との良好な接触面を提供するために幅の広いストラップが付いています。使い捨てバージョンは数ドルで購入できます。金属製の時計バンドも優れたESD保護接続ポイントです。接地点に（抵抗器付きの）ワイヤーを追加するだけです。ほとんどの業界はこの問題を真剣に受け止めており、オペレーターが適切に接地されていない場合にアラームを鳴らすリアルタイムモニターを使用しています。

自分を接地するもう1つの方法は、ヒールストラップです。導電性のプラスチックパーツが靴のかかとに巻き付けられ、導電性のプラスチックストラップが靴下の下に上がり、肌に密着します。導電性ワックスまたはコンクリートのある床でのみ機能します。この方法は、他のESD保護を圧倒する可能性があり、それ自体では適切であるとは見なされない大きな電荷を人が生成するのを防ぎます。コンクリートの床を裸足で歩くことでも同じ効果が得られます。

さらに別のESD保護は、ESD導電性スモックを着用することです。ヒールストラップと同様に、これは二次保護であり、リストストラップを交換するためのものではありません。彼らはあなたの服が生成するかもしれないどんな電荷も短絡させることを意図しています。

空気が移動すると、かなりの静電荷が発生する可能性もあります。電子機器からほこりを吹き飛ばすと、静電気が発生します。この問題の産業上の解決策は2つあります。1つは、エアガンには、空気をイオン化するためにエアガン内に埋め込まれた、小さくて十分にシールドされた放射性物質があります。イオン化された空気は導体であり、静電荷を非常によく放出します。次に、高電圧の電気を使用して、ファンから出てくる空気をイオン化します。これは、エアガンと同じ効果があります。これは、ワークステーションがESD発生の可能性を大幅に減らすのに効果的に役立ちます。

最も単純なもう1つのESD保護は、距離です。多くの業界には、すべてのニュートラルおよびジェネレーティブマテリアルが、進行中の作業から少なくとも12インチ以上離れているという規則があります。

ユーザーは、回路に挿入するときまで部品を保護パッケージから取り出さないことで、ESDによる損傷の可能性を減らすこともできます。これにより、ESDにさらされる可能性が低くなります。回路は依然として脆弱ですが、他のコンポーネントはESDに対して異なる放電経路を提供するため、コンポーネントは残りのコンポーネントからわずかに保護されます。

ESDに敏感なコンポーネントとボードの保管と輸送

部品の保管または運搬中に部品が損傷している場合は、ワークベンチのESD保護に従うのはよくありません。最も一般的な方法は、ESDバッグであるファラデーケージのバリエーションを使用することです。 ESDバッグは、コンポーネントを導電性シールドで囲み、通常、内部に非静電気発生性の絶縁層があります。恒久的なファラデーケージでは、RFIルームの場合と同様に、このシールドは接地されていますが、ポータブルコンテナの場合、これは実用的ではありません。接地面にESDバッグを置くことにより、同じことが達成されます。ファラデーケージは、内容物の周りに電荷をルーティングし、すぐに接地することで機能します。落雷した車はファラデーケージの極端な例です。

静的バッグは、コンポーネントやボードを保管するための最も一般的な方法です。それらは非常に薄い金属の層を使用して作られているので、ほとんど透明になるほど薄いです。小さなものでも穴の開いたバッグや、中身を外部から密閉するために上に折りたたまれていないバッグは効果がありません。

保管中の部品を保護する別の方法は、トートまたはチューブです。このような場合、部品は同じ材料の蓋が付いた導電性の箱に入れられます。これは効果的にファラデーケージを形成します。チューブは、ピンの多いICやその他のデバイス向けであり、成形された導電性プラスチックチューブに部品を保管して、機械的および電気的に部品を安全に保ちます。

結論

ESDは、数ボルトの小さな感じられないイベント、またはオペレーターに実際の危険をもたらす大規模なイベントである可能性があります。すべてのESD保護は状況によって圧倒される可能性がありますが、これはそれが何であるか、そしてそれを防ぐ方法を認識することによって回避することができます。多くのプロジェクトはESD保護なしで構築されており、うまく機能しています。これらのプロジェクトを保護することは小さな不便であることを考えると、努力するほうがよいでしょう。

業界は、生命を脅かす可能性のある問題と品質の問題の両方として、この問題を非常に深刻に受け止めています。高価な電子機器やハイテクハードウェアを購入した人は、6か月以内に返品しなければならない場合は満足できません。評判が上がれば、正しいことをするのが簡単になります。