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SCARICARE ELETTROSTATICA ESD


    Contents
  1. Scarica elettrostatica
  2. Tappetini protettivi per scariche elettrostatiche - Tappeti Antifatica Notrax
  3. Sicurezza dalle scariche elettrostatiche
  4. Risolviamo il problema delle scariche elettrostatiche ESD

Una scarica elettrostatica viene prodotta quando, a causa di una grande differenza di potenziale, si generano scintille o scariche disruptive che provocano forti. La scarica elettrostatica (ESD) è una scintilla, come un flash in miniatura di un fulmine, che salta da una superficie conduttiva caricata ad un'altra superficie. Vediamo allora come nasce la scarica elettrostatica, di che cosa si tratta e cerchiamo di comprenderla al meglio per poterla evitare. Il concetto. Le scariche elettrostatiche (ESD) devono necessariamente essere La scarica elettrostatica non è altro che una scarica elettrica statica verso terra. È. La scarica elettrostatica (Electro Static Discharge, ESD in Inglese) è un fenomeno elettrostatico, fa che circoli una corrente elettrica repentina e.

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In pratica il campo elettrico che si crea fra due corpi determina una forte differenza di potenziale tra una porzione ed un'altra di uno stesso circuito, qualunque sia la sua dimensione. La scarica si manifesterà quando questi due corpi si avvicinano tra loro ad una distanza tale che il potenziale superi la rigidità dielettrica del mezzo.

Un esempio piuttosto comune è proprio l'aria che, per esempio, non permette che ci siano fenomeni di scariche tra i tralicci dell'alta tensione e terra. I fenomeni più comuni tramite i quali si manifesta la scarica elettrostatica riguardano l'intervento provocato dall'operatore stesso, il quale risulterebbe in questo caso essere già carico nel momento in cui si avvicina al componente, ma anche l'effetto dell'apparecchiatura, all'interno della quale si sono accumulate cariche.

Sempre parlando di circuiti integrati e di piste, durante il funzionamento è molto facile che si notino dei riscaldamenti localizzati, magari per effetto di vias non realizzati a regola d'arte oppure di piste che non sono state ben isolate oppure ancora integrati che risultano mal collegati.

Le origini sono molteplici e naturalmente è praticamente impossibile elencarle tutte. Una conseguenza tipica del non aver rispettato le normative sull'isolamento riguarda il fatto che il contenitore stesso possa essere fonte di accumulo di carica.

Le linee di interfaccia sono la seconda causa più comune: i vari organi di controllo e di comando, nonché il pannello frontale, per esempio, sono tra queste anche nel caso in cui ci sia un touchscreen oppure un display.

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Dal momento che abbiamo fatto esempi relativi ai circuiti integrati ed abbiamo parlato di condensatori, rimaniamo sul tema per far vedere alcune figure che possono spiegare in maniera estremamente intuitiva il concetto:.

C'è una sola maniera per risolvere questo problema: cortocircuitare tutto questo a massa. Pensate che basti? Questo è pressoché un luogo comune. Non è assolutamente vero che è sufficiente perché esattamente come l'esempio che abbiamo fatto per l'aria, anche la gomma, anche la distanza sono schematizzati e rappresentabili come isolanti. Il punto è che ciascun isolante propone una sua rigidità che è una caratteristica sua propria, intrinseca.

Ma tutto questo dipende da quanta differenza di potenziale il soggetto incontra e quali sono le dimensioni in gioco. Se prendiamo il caso dell'uomo che cammina con le suole di gomma, o di materiale isolante qualsiasi, e questo cammina su un pavimento isolante, egli causa lo strofinio fra le suole ed il pavimento e questo naturalmente è sufficiente per generare un accumulo di carica elettrica proprio sulle suole il che induce una carica opposta sulla pianta dei piedi mentre in altre parti del corpo, in particolare sulle mani, si manifesta una carica dello stesso segno rispetto a quella accumulata nelle suole.

Si rimanda al lettore l'approfondimento sul perché le mani risultino cariche.

Scarica elettrostatica

Tuttavia vogliamo darvi una dritta: approfondite il cosiddetto "potere dispersivo delle punte". Scoprirete cosa davvero interessanti, ve lo promettiamo! La modalità di scarica in aria dipende anche dall'ambiente nel quale ci si trova: l'umidità, in particolare, gioca un ruolo fondamentale. Maggiore è il tasso di umidità, più basso sarà il valore di tensione relativo. La seconda modalità, invece, ovvero quella "per contatto" , si verifica, come il nome suggerisce, all'avvenuto contatto.

L'impulso dipende, naturalmente, sempre dalla quantità di carica accumulata. Esistono anche scariche più deboli e naturalmente meno temibili che noi per primi non possiamo avvertire ma che, nell'ambito di circuiti stampati, per esempio, possono essere altrettanto dannose e deleterie.

Quando parliamo di circuiti, specialmente digitali, tensioni dell'ordine dei V possono davvero fare gravi danni. E quand'anche non l'avessero fatti, tali accumuli di cariche, come dicevamo in precedenza parlando dei condensatori, potrebbero innescare reazioni pericolose per il futuro, minando l'isolamento già presente all'interno del circuito.

Dal momento che stiamo parlando di fenomeni che vengono definiti sia macroscopicamente sia microscopicamente, non possiamo non tenere conto del fatto che, a seconda del caso in cui ci troviamo, le tensioni di nostro interesse, che dobbiamo considerare pericolose, sono di diversi ordini di grandezza.

Come sappiamo bene, la nostra pelle propone una certa resistenza al passaggio di corrente. Quanta carica, allora, abbiamo accumulato? Naturalmente questo dipende. Supponiamo di avere un eccesso di carica tale che, integrato nel tempo, restituisca un valore di corrente pari a 6 uA. Se fissiamo un valore per la resistenza del nostro corpo al passaggio di corrente pari ad 1 MegaOhm, il valore di tensione sarà 6 V.

Poco, direte voi. Per comprendere meglio questi andamenti, queste relazioni, proviamo a dare una misura sperimentale dell'andamento della tensione in funzione della variazione dell'impedenza. Naturalmente ben poco cambierebbe esprimendo questo grafico su scala logaritmica, il concetto sarebbe identico.

L'unica vera soluzione del problema resta quello di realizzare una messa a terra del conduttore carico. Nel primo caso si capisce bene che lo scopo è quello di far transitare le cariche all'interno del materiale per creare un flusso di elettroni che dalla superficie carica porti verso massa.

Questa grandezza decade esponenzialmente in funzione del suo reciproco ovvero della resistivi tra del mezzo. Ma non solo, dal momento che noi abbiamo anche da tenere in considerazione la costante dielettrica del mezzo stesso in questo caso la consideriamo reale e non complessa! Tutte le grandezze che servono per definire questo valore sono riportata la seguente formula.

A sua volta questo ci suggerisce che la scelta del materiale isolante deve essere congrua al tipo di accumulo di carica che noi prevediamo ma anche e soprattutto alla quantità di carica che è possibile, nel caso peggiore, che si manifesti. Alcune soluzioni prevedono l'aggiunta di una seconda lastra di rame il cui scopo sia quello di favorire la dispersione delle cariche come mostrato in figura.

La disposizione geometrica non è casuale e proprio la distanza gioca un ruolo fondamentale dal momento che maggiore sarà la distanza, più grande sarà il tempo di decadimento. Il tempo di decadimento attraverso l'isolante aumenterà anche qualora in prossimità siano presenti apparecchi o altri dispositivi con parti metalliche già poste a terra. Senza contare che poi abbassare la resistività del materiale significa rendere in qualche modo conduttivo il materiale stesso.

Tipicamente gli isolanti sono plastiche e polimeri in cui eventuali cariche depositate sulla superficie possono sopravvivere a lungo e questo aumenta la probabilità che gli apparecchi in prossimità dell'isolante possano subire un danno. Ecco per quale motivo si utilizzano frequentemente agente antistatici nei materiali isolanti per abbassare la resistività anche di qualche ordine di grandezza. Questi sono, infatti, distribuiti con buste e contenitori appositi che chiunque abbia comprato componenti elettronici, specie discreti, già conosce.

La limitata conduttività di per sé è un ottimo sistema ma è necessario anche, come abbiamo già detto, assorbire l'umidità dall'ambiente circostante.

Eventuali sostanze conduttive possono rendere elettricamente conduttive le plastiche; negli anni 50 era uso, a questo scopo, utilizzare la polvere di carbone. Quando il bisogno di sicurezza aumenta, quando è criticamente a rischio la vita delle persone, come in ambito sanitario, ben altre sostanze e ben altri strumenti vengono impiegati: nelle camere operatorie, per esempio viene utilizzata la cosiddetta "gomma conduttiva" per rendere le scarpe antistatiche.

Ma non solo, dal momento che le gomme delle automobili e i pavimenti realizzati ad hoc prevedono lo stesso tipo di soluzione.

La loro creazione e realizzazione in laboratorio permette di effettuare ingegnerizzazioni tali da poter decidere, con precisione atomica, quali debbano essere le loro caratteristiche. Il secondo metodo di cui abbiamo parlato tiene conto del fatto che è possibile far decadere la carica in maniera superficiale. Da un lato, questa tecnica permette di sfruttare a proprio vantaggio la caratteristica che gli isolanti hanno di localizzare l'eccesso di carica.

Dall'altro, quando si utilizzano dei materiali conduttori aggiunti, questo rende più semplice la dissipazione. Uno svantaggio di questa tecnica è che l'ambiente circostante influenza in maniera critica il risultato che possiamo ottenere: ancora una volta, infatti, fattori esterni ed ambientali, come l'umidità giocheranno un ruolo rilevante, tutt'altro che trascurabile.

Un tasso di umidità eccessivo nell'aria provoca, infatti, un aumento di spessore dello strato di umidità, che si accumula sulle superfici del materiale isolante e questo causa la neutralizzazione delle cariche presenti per effetto dell'azione degli ioni elettrolitici.

Possiamo rendere conduttivi degli isolanti trattando le superfici con agente antistatici, una tecnica ampiamente utilizzata nell'industria tessile e grafica. Si lavora anche sui pavimenti con questo genere di metodologia ma dopo ogni lavaggio sarà necessario ritrattare la superficie. È buona norma tenere a mente che anche i tappeti, qualora presenti, vanno trattati nello stesso modo.

Nell'industria elettronica è il polietilene l'elemento base e viene realizzato aggiungendo agenti antistatici al polimero. Esempi del suo utilizzo sono davvero frequenti nel campo dell'imballaggio piuttosto che dell'immagazzinamento e del trasporto dei componenti, specie quando sensibili. Questa scoperta di Coulomb ha avuto ripercussioni rivoluzionarie ed oggi, grazie a questa considerazione, sappiamo che l'utilizzo di ioni dell'aria rappresenta un metodo utilissimo per neutralizzare le cariche all'interno degli isolanti.

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Il fenomeno è molto breve, velocissimo. Ecco perché viene definito "impulso". Esso genera disturbi che si possono accoppiarsi col circuito ma, come dicevamo, il metodo dipende dalla localizzazione dell'impulso rispetto al circuito nonché dalla sua forma.

Quest'ultima dipende da fattori quali la dimensione dell'operatore che lo genera, le condizioni ambientali ma anche l'impedenza di terra. La Norma CEI EN rappresenta la formalizzazione in legge di tutti i parametri che sono stati riconosciuti "responsabili" dei fenomeni di scarica elettrostatica.

Grazie all'applicazione di questa norma possiamo tenere in salvo i nostri dispositivi da diversi tipi di fenomeni potenzialmente letali. Il fenomeno è particolarmente breve nel tempo e si parla di durate inferiori al ns, davvero molto breve. La caratterizzazione in frequenza indica uno spettro che si estende oltre gli MHz.

Questo vi dà la dimensione di quale sia il contributo energetico dell'impulso. Le contromisure agli effetti della scarica si basano principalmente, come abbiamo già avuto modo di dire, sulla sua caratterizzazione.

Bisogna studiare i percorsi conduttivi, soprattutto quelli facilitati, che le cariche trovano e grazie ai quali si esplica il fenomeno; dalla sorgente alla scarica attraverso il contenitore fino a terra e ritorno.

Ogni discontinuità nel circuito verso terra diventa una sorgente di campo elettrico radiato e, come abbiamo detto, l'irradiazione è una possibile fonte di accumulo di cariche.

Sicurezza dalle scariche elettrostatiche

Nel fenomeno della scarica i disturbi sono prodotti sia in maniera radiata sia condotta e mentre i primi si propagano attraverso l'aria e si accoppiano ai circuiti, quelli condotti entrano direttamente grazie agli ingressi dei circuiti e questo avviene quando la scarica viene applicata, per esempio, direttamente l'apparecchio.

Ci sono componenti che potrebbero non essere considerati a rischio, come alcuni resistori e condensatori specializzati realizzati usando la tecnologia MOS Metal Oxide Semiconductor , che possono essere danneggiati tramite ESD.

Prima di poter prevenire l'ESD è importante capire cosa lo causa.

Generalmente, i materiali attorno al banco di lavoro possono essere suddivisi in 3 categorie. ESD I materiali generativi sono generatori statici attivi, come la maggior parte delle materie plastiche, i peli di gatto e gli indumenti in poliestere. ESD I materiali neutri sono generalmente isolanti ma non tendono a generare o mantenere molto bene le cariche statiche. Esempi di questo includono legno, carta e cotone.

Questo non vuol dire che non possono essere generatori statici o un rischio ESD, ma il rischio è alquanto ridotto al minimo da altri fattori. Questo è vero per molti materiali organici. Un tavolo molto lucido non rientrerebbe in questa categoria perché la lucentezza è solitamente plastica, o vernice, che sono isolanti altamente efficienti. ESD I materiali conduttivi sono piuttosto ovvi, sono gli strumenti di metallo che giacciono intorno.

Le maniglie in plastica possono essere un problema, ma il metallo emette una carica statica lontano dalla velocità con cui viene generata se si trova su una superficie con messa a terra. Ci sono molti altri materiali, come alcuni materiali plastici, progettati per essere conduttivi. Sarebbero sotto il titolo di Dissipativo ESD. La sporcizia e il calcestruzzo sono anche conduttivi e cadono sotto la direzione dissipativa ESD.

Esistono molte attività che generano elettricità statica, di cui è necessario essere a conoscenza come parte di un regime di controllo ESD. In effetti, qualsiasi attività che permetta a 2 o più superfici di sfregarsi l'una contro l'altra è abbastanza sicura di generare una carica statica.

Questo è stato menzionato all'inizio di questo libro, ma gli esempi del mondo reale possono essere sottili.

Questo è il motivo per cui è necessario un metodo per spurgare continuamente questa tensione. Le cose che generano enormi quantità di elettricità statica dovrebbero essere evitate mentre si lavora sui componenti. La plastica è solitamente associata alla generazione di elettricità statica. Questo è stato ottenuto sotto forma di plastica conduttiva. Il solito modo di rendere plastica conduttiva è un additivo che cambia le caratteristiche elettriche della plastica da un isolante a un conduttore, anche se probabilmente avrà ancora una resistenza di milioni di ohm per pollice quadrato.

Sono stati sviluppati materiali plastici che possono essere utilizzati come conduttori in applicazioni di peso ridotto, come quelle nei settori delle compagnie aeree. Queste sono applicazioni specialistiche e generalmente non sono associate al controllo ESD. Non sono tutte brutte notizie per la protezione ESD.

Il corpo umano è un conduttore discreto. L'elevata umidità dell'aria consente inoltre di dissipare in modo innocuo la carica statica e di rendere i materiali neutrali ESD più conduttivi. Estate, o giorni di pioggia, dovresti lavorare abbastanza duramente per generare una notevole quantità di elettricità statica.

Risolviamo il problema delle scariche elettrostatiche ESD

Per questo motivo, le clean room e gli stabilimenti industriali del settore si sforzano di regolare sia la temperatura che l'umidità. Anche i pavimenti in cemento sono conduttivi, quindi potrebbero esserci alcuni componenti esistenti nella casa che possono aiutare a creare protezioni. Per stabilire la protezione ESD deve esserci un livello di tensione standard a cui viene fatto riferimento a tutto. Un tale livello esiste sotto forma di terreno.

Ci sono ottime ragioni di sicurezza che il terreno viene utilizzato intorno alla casa in punti vendita.

In qualche modo, questo si riferisce a statico, ma non direttamente. Ci dà un posto per scaricare i nostri elettroni in eccesso o acquisirne alcuni se siamo corti, per neutralizzare eventuali cariche che i nostri corpi e strumenti potrebbero acquisire.

Se tutto su un banco di lavoro è collegato direttamente o indirettamente a terra tramite un conduttore, allora la statica si dissiperà molto prima che si verifichi un evento ESD. Questo perché il cablaggio della casa ha effettivamente un filo o un picco che entra nella Terra da qualche parte dove viene tolta la corrente dalle linee elettriche principali. Per le persone il cui cablaggio di casa non è del tutto corretto, è possibile utilizzare una punta inserita nella terra di almeno 3 piedi o una semplice connessione elettrica alle tubature metalliche opzione peggiore.

La cosa principale è stabilire un percorso elettrico verso la terra all'esterno della casa. Dieci megohms sono considerati un conduttore nel mondo del controllo ESD. L'elettricità statica è una tensione priva di corrente reale e, se una carica viene scaricata dopo pochi secondi dalla generazione, viene annullata.

Generalmente, un resistore da 1 a 10 megahm viene utilizzato per collegare qualsiasi protezione ESD per questo motivo. Ha il vantaggio di rallentare la velocità di scarica durante un evento ESD, il che aumenta la probabilità che un componente sopravviva integro.

Più veloce è lo scarico, più alta è la corrente che passa attraverso il componente. Un'altra ragione per cui una tale resistenza è considerata desiderabile è che se l'utente viene accidentalmente in cortocircuito verso l'alta tensione, come la corrente domestica, non saranno le protezioni ESD ad ucciderle.

Una grande industria è cresciuta intorno al controllo dell'ESS nel settore dell'elettronica. L'elemento principale di qualsiasi struttura elettronica è il banco da lavoro con una superficie conduttiva o dissipativa statica.

Nel caso di una superficie metallica, potrebbe essere una buona idea appoggiare la carta sottile sulla parte superiore, anche se non è necessario se non si eseguono test alimentati sulla superficie. La versione commerciale è solitamente una qualche forma di plastica conduttiva la cui resistenza è abbastanza alta da non costituire un problema, che è una soluzione migliore.

Se stai creando la tua superficie per il banco di lavoro, assicurati di aggiungere la resistenza da 10 megohm a terra, altrimenti non hai alcuna protezione. L'altro grande oggetto che ha bisogno di ESD è te. Le persone stanno camminando generatori statici. Essendo il tuo corpo conduttivo, è relativamente facile farlo a terra, solitamente con un cinturino da polso.

Le versioni commerciali hanno già il resistore integrato e hanno una cinghia larga per offrire una buona superficie di contatto con la pelle. Le versioni usa e getta possono essere acquistate per pochi dollari. Un cinturino di metallo è anche un buon punto di connessione di protezione ESD. Basta aggiungere un filo con il resistore al punto di messa a terra.