Debit Listrik Statis

Di awal buku ini, kita membahas listrik statis dan bagaimana listrik itu dibuat. Ini memiliki arti yang jauh lebih penting daripada yang diperkirakan pertama kali, karena kontrol listrik statis memainkan peran besar dalam elektronik modern dan profesi lainnya. Peristiwa Pelepasan Elektrostatis adalah saat muatan statis dikeluarkan secara tidak terkendali dan selanjutnya akan disebut sebagai ESD.

ESD hadir dalam berbagai bentuk, bisa dari listrik yang sekecil 50 volt disamakan hingga puluhan ribu volt. Kekuatan sebenarnya sangat kecil, sangat kecil sehingga tidak ada bahaya yang umumnya ditawarkan kepada seseorang yang berada di jalur pelepasan ESD. Biasanya dibutuhkan beberapa ribu volt bagi seseorang untuk menyadari ESD dalam bentuk percikan api dan sengatan listrik yang menyertainya. Masalah dengan ESD adalah bahkan debit kecil yang dapat benar-benar tidak diperhatikan dapat merusak semikonduktor. Muatan statis ribuan volt adalah umum, namun, alasan itu bukan ancaman adalah tidak ada arus dengan durasi substansial di belakangnya. Tegangan ekstrim ini memungkinkan ionisasi udara dan memungkinkan bahan lain terurai, yang merupakan akar dari asal kerusakan.

ESD bukanlah masalah baru. Manufaktur bubuk hitam dan industri kembang api lainnya selalu berbahaya jika peristiwa ESD terjadi dalam keadaan yang salah. Selama era tabung (katup AKA), ESD adalah masalah yang tidak ada untuk elektronik, tetapi dengan munculnya semikonduktor, dan peningkatan miniaturisasi, itu menjadi jauh lebih serius.

Kerusakan pada komponen dapat, dan biasanya terjadi, saat komponen berada di jalur ESD. Banyak bagian, seperti dioda daya, sangat kuat dan dapat menangani pelepasan, tetapi jika bagian memiliki geometri kecil atau tipis sebagai bagian dari struktur fisiknya maka tegangan dapat memecah bagian semikonduktor tersebut. Arus selama peristiwa ini menjadi cukup tinggi tetapi berada dalam kerangka waktu nanodetik hingga mikrodetik. Bagian dari komponen dibiarkan rusak secara permanen oleh ini, yang dapat menyebabkan dua jenis mode kegagalan:bencana dan laten. Bencana adalah yang mudah, meninggalkan bagian yang sama sekali tidak berfungsi. Yang lain bisa jauh lebih serius. Kerusakan laten memungkinkan komponen bermasalah untuk bekerja selama berjam-jam, berhari-hari atau bahkan berbulan-bulan setelah kerusakan awal sebelum kegagalan katastropik. Sering kali bagian-bagian ini disebut sebagai "luka berjalan" karena berfungsi tetapi buruk. Gambar di bawah ini ditampilkan sebagai contoh kerusakan ESD laten ("luka berjalan"). Jika komponen ini berakhir dalam peran pendukung kehidupan, seperti penggunaan medis atau militer, maka konsekuensinya bisa suram. Bagi sebagian besar penghobi, ini merupakan ketidaknyamanan, tetapi bisa juga mahal.

Bahkan komponen yang dianggap cukup tangguh pun bisa dirusak oleh ESD. Transistor bipolar, penguat solid-state paling awal, tidak kebal, meskipun kurang rentan. Beberapa komponen berkecepatan tinggi yang lebih baru dapat rusak hanya dengan 3 volt. Ada komponen yang mungkin tidak dianggap berisiko, seperti beberapa resistor dan kapasitor khusus yang diproduksi menggunakan teknologi MOS (Metal Oxide Semiconductor), yang dapat rusak melalui ESD.

Pencegahan Kerusakan ESD

Sebelum ESD dapat dicegah, penting untuk memahami apa penyebabnya. Secara umum, material di sekitar meja kerja dapat dibagi menjadi 3 kategori. Ini adalah ESD Generatif, ESD Netral, dan ESD Dissipative (atau ESD Konduktif). Bahan Generatif ESD adalah generator statis aktif, seperti kebanyakan plastik, bulu kucing, dan pakaian poliester. Bahan netral ESD umumnya bersifat insulatif tetapi tidak cenderung menghasilkan atau menahan muatan statis dengan baik. Contohnya termasuk kayu, kertas, dan kapas. Ini bukan untuk mengatakan mereka tidak bisa menjadi generator statis atau bahaya ESD, tetapi risikonya agak diminimalkan oleh faktor lain. Kayu dan produk kayu, misalnya, cenderung menahan kelembapan, yang dapat membuatnya sedikit konduktif. Ini berlaku untuk banyak bahan organik. Meja yang sangat mengkilap tidak termasuk dalam kategori ini karena kilapnya biasanya plastik, atau pernis, yang merupakan isolator yang sangat efisien. Bahan Konduktif ESD cukup jelas, mereka adalah alat logam yang tergeletak di sekitar. Pegangan plastik bisa menjadi masalah, tetapi logam akan mengeluarkan muatan statis secepat yang dihasilkan jika berada di permukaan yang diarde. Ada banyak bahan lain, seperti beberapa plastik, yang dirancang untuk menjadi konduktif. Mereka akan jatuh di bawah judul Disipatif ESD. Kotoran dan beton juga bersifat konduktif, dan termasuk dalam kategori Disipatif ESD.

Ada banyak aktivitas yang menghasilkan statis, yang perlu Anda waspadai sebagai bagian dari rejimen kontrol ESD. Tindakan sederhana menarik selotip dari dispenser dapat menghasilkan tegangan yang ekstrim. Berguling-guling di kursi adalah generator statis lainnya, seperti menggaruk. Faktanya, aktivitas apa pun yang memungkinkan 2 atau lebih permukaan saling bergesekan pasti akan menghasilkan muatan statis. Ini disebutkan di awal buku ini, tetapi contoh dunia nyata bisa jadi tidak kentara. Inilah sebabnya mengapa metode untuk terus mengeluarkan tegangan ini diperlukan. Hal-hal yang menghasilkan statis dalam jumlah besar harus dihindari saat mengerjakan komponen.

Plastik biasanya dikaitkan dengan pembangkitan statis. Ini telah beredar dalam bentuk plastik konduktif. Cara umum untuk membuat plastik konduktif adalah aditif yang mengubah karakteristik listrik plastik dari isolator menjadi konduktor, meskipun kemungkinan besar masih memiliki hambatan jutaan ohm per inci persegi. Telah dikembangkan plastik yang dapat digunakan sebagai konduktor dalam aplikasi berbobot rendah, seperti pada industri penerbangan. Ini adalah aplikasi khusus dan umumnya tidak terkait dengan kontrol ESD.

Tidak semua berita buruk untuk perlindungan ESD. Tubuh manusia adalah konduktor yang cukup baik. Kelembaban tinggi di udara juga akan memungkinkan muatan statis menghilang tanpa bahaya, serta membuat bahan ESD Netral lebih konduktif. Inilah sebabnya mengapa hari-hari musim dingin, di mana kelembaban di dalam rumah bisa sangat rendah, dapat meningkatkan jumlah bunga api pada kenop pintu. Musim panas, atau hari hujan, Anda harus bekerja cukup keras untuk menghasilkan sejumlah besar statis. Kamar bersih industri dan lantai pabrik berupaya mengatur suhu dan kelembapan karena alasan ini. Lantai beton juga bersifat konduktif, jadi mungkin ada beberapa komponen yang ada di rumah yang dapat membantu dalam menyiapkan perlindungan.

Untuk membangun perlindungan ESD harus ada tingkat tegangan standar yang semuanya dirujuk. Tingkat seperti itu ada dalam bentuk tanah. Ada alasan keamanan yang sangat baik bahwa tanah digunakan di sekitar rumah di outlet. Dalam beberapa hal, ini berhubungan dengan statis, tetapi tidak secara langsung. Itu memberi kita tempat untuk membuang kelebihan elektron kita atau memperoleh beberapa jika kita kekurangan, untuk menetralkan muatan apa pun yang mungkin diperoleh tubuh dan alat kita. Jika segala sesuatu di meja kerja terhubung secara langsung atau tidak langsung ke ground melalui konduktor, maka statis akan menghilang jauh sebelum peristiwa ESD terjadi.

Titik landasan yang baik dapat dibuat dengan beberapa cara berbeda. Di rumah-rumah dengan kabel modern yang sesuai dengan kode, pin ground pada plugin AC dapat digunakan, atau sekrup yang menahan pelat penutup outlet. Ini karena kabel rumah sebenarnya memiliki kabel atau paku yang masuk ke bumi di suatu tempat di mana daya disadap dari saluran listrik utama. Untuk orang yang kabel rumahnya tidak tepat, paku yang ditancapkan ke tanah setidaknya 3 kaki atau sambungan listrik sederhana ke pipa logam (opsi terburuk) dapat digunakan. Yang utama adalah membuat jalur listrik ke bumi di luar rumah.

Sepuluh megaohm dianggap sebagai konduktor di dunia kontrol ESD. Listrik statis adalah tegangan tanpa arus nyata, dan jika muatan dikeluarkan beberapa detik setelah dihasilkan, itu dibatalkan. Umumnya, resistor 1 hingga 10 megaohm digunakan untuk menghubungkan perlindungan ESD apa pun karena alasan ini. Ini memiliki manfaat memperlambat laju pelepasan selama peristiwa ESD, yang meningkatkan kemungkinan komponen bertahan tanpa kerusakan. Semakin cepat debit, semakin tinggi lonjakan arus yang melalui komponen. Alasan lain resistensi semacam itu dianggap diinginkan adalah jika pengguna secara tidak sengaja mengalami korsleting ke tegangan tinggi, seperti arus rumah tangga, bukan perlindungan ESD yang mematikannya.

Sebuah industri besar telah tumbuh di sekitar pengendalian ESD di industri elektronik. Pokok dari setiap konstruksi elektronik adalah meja kerja dengan permukaan konduktif atau disipatif statis. Permukaan ini dapat dibeli secara komersial, atau dibuat di rumah dalam bentuk lembaran logam atau foil. Dalam hal permukaan logam, mungkin ide yang baik untuk meletakkan kertas tipis di atas, meskipun tidak perlu jika Anda tidak melakukan tes bertenaga di permukaan. Versi komersial biasanya beberapa bentuk plastik konduktif yang ketahanannya cukup tinggi untuk tidak menjadi masalah, yang merupakan solusi yang lebih baik. Jika Anda membuat permukaan sendiri untuk meja kerja, pastikan untuk menambahkan resistor 10 megaohm ke ground, jika tidak, Anda tidak memiliki perlindungan sama sekali.

Item besar lainnya yang membutuhkan ESD adalah Anda. Orang-orang berjalan dengan generator statis. Tubuh Anda bersifat konduktif, relatif mudah untuk membumikannya, ini biasanya dilakukan dengan tali pergelangan tangan. Versi komersial sudah memiliki resistor bawaan dan memiliki tali lebar untuk menawarkan permukaan kontak yang baik dengan kulit Anda. Versi sekali pakai dapat dibeli dengan harga beberapa dolar. Tali jam tangan logam juga merupakan titik koneksi perlindungan ESD yang baik. Cukup tambahkan kabel (dengan resistor) ke titik pentanahan Anda. Sebagian besar industri menangani masalah ini dengan cukup serius untuk menggunakan monitor waktu nyata yang akan membunyikan alarm jika operator tidak terhubung ke ground dengan benar.

Cara lain untuk membumikan diri Anda adalah tali tumit. Bagian plastik konduktif melilit tumit sepatu Anda, dengan tali plastik konduktif naik dan di bawah kaus kaki Anda untuk kontak yang baik dengan kulit. Ini hanya bekerja di lantai dengan lilin konduktif atau beton. Metode ini akan mencegah seseorang menghasilkan muatan besar yang dapat membebani perlindungan ESD lainnya dan dianggap tidak memadai dengan sendirinya. Anda bisa mendapatkan efek yang sama dengan berjalan tanpa alas kaki di lantai beton.

Namun perlindungan ESD lainnya adalah mengenakan baju luar konduktif ESD. Seperti tali tumit, ini adalah perlindungan sekunder, tidak dimaksudkan untuk menggantikan tali pergelangan tangan. Mereka dimaksudkan untuk menghubungkan arus pendek segala muatan yang mungkin ditimbulkan oleh pakaian Anda.

Udara yang bergerak juga dapat menghasilkan muatan statis yang substansial. Ketika Anda meniup debu dari elektronik Anda akan dihasilkan secara statis. Solusi industri untuk masalah ini ada dua:Pertama, senapan angin memiliki bahan radioaktif kecil yang terlindung dengan baik yang ditanamkan di dalam senapan angin untuk mengionisasi udara. Udara terionisasi adalah konduktor, dan akan mengalirkan muatan statis dengan cukup baik. Kedua, menggunakan listrik tegangan tinggi untuk mengionisasi udara yang keluar dari kipas angin, yang memiliki efek yang sama dengan pistol udara. Ini akan secara efektif membantu workstation mengurangi potensi pembuatan ESD dalam jumlah besar.

Perlindungan ESD lainnya, yang paling sederhana, adalah jarak. Banyak industri memiliki aturan yang menyatakan bahwa semua bahan Netral dan Generatif setidaknya berukuran 12 inci atau lebih dari pekerjaan apa pun yang sedang berlangsung.

Pengguna juga dapat mengurangi kemungkinan kerusakan ESD hanya dengan tidak melepas bagian dari kemasan pelindungnya sampai saatnya untuk memasukkannya ke dalam sirkuit. Ini akan mengurangi kemungkinan paparan ESD, dan meskipun sirkuit masih rentan, komponen akan memiliki sedikit perlindungan dari komponen lainnya, karena komponen lain akan menawarkan jalur pelepasan yang berbeda untuk ESD.

Penyimpanan dan Transportasi komponen dan papan sensitif ESD

Tidak ada gunanya mengikuti perlindungan ESD di meja kerja jika bagian-bagiannya rusak saat disimpan atau dibawa. Cara paling umum adalah dengan menggunakan variasi kandang Faraday, tas ESD. Kantong ESD mengelilingi komponen dengan pelindung konduktif dan biasanya memiliki lapisan insulatif pembangkit nonstatis di dalamnya. Di kandang Faraday permanen, pelindung ini diarde, seperti dalam kasus ruang RFI, tetapi dengan wadah portabel, ini tidak praktis. Dengan meletakkan tas ESD di permukaan yang diarde, hal yang sama dilakukan. Kandang Faraday bekerja dengan merutekan muatan listrik di sekitar konten dan segera membumikannya. Sebuah mobil yang tersambar petir adalah contoh ekstrim dari sangkar Faraday.

Tas statis sejauh ini merupakan metode penyimpanan komponen dan papan yang paling umum. Mereka dibuat menggunakan lapisan logam yang sangat tipis, sangat tipis hingga hampir transparan. Tas dengan lubang, bahkan yang kecil, atau yang tidak dilipat di atasnya untuk menutup isi dari muatan luar tidak efektif.

Metode lain untuk melindungi bagian dalam penyimpanan adalah tas jinjing atau tabung. Dalam kasus ini, bagian-bagiannya dimasukkan ke dalam kotak konduktif, dengan penutup dari bahan yang sama. Ini secara efektif membentuk sangkar Faraday. Tabung dimaksudkan untuk IC dan perangkat lain dengan banyak pin, dan menyimpan suku cadang dalam tabung plastik konduktif yang dibentuk yang menjaga suku cadang tetap aman baik secara mekanis maupun elektrik.

Kesimpulan

ESD dapat berupa peristiwa kecil yang tidak dirasakan yang berukuran beberapa volt, atau peristiwa besar yang menghadirkan bahaya nyata bagi operator. Semua perlindungan ESD dapat kewalahan oleh keadaan, tetapi ini dapat dielakkan dengan kesadaran tentang apa itu dan bagaimana mencegahnya. Banyak proyek telah dibangun tanpa perlindungan ESD sama sekali dan bekerja dengan baik. Mengingat bahwa melindungi proyek-proyek ini adalah ketidaknyamanan kecil, lebih baik untuk melakukan upaya.

Industri menangani masalah ini dengan sangat serius, baik sebagai masalah yang berpotensi mengancam jiwa maupun masalah kualitas. Seseorang yang membeli barang elektronik yang mahal atau perangkat keras berteknologi tinggi tidak akan senang jika mereka harus mengembalikannya dalam waktu 6 bulan. Ketika reputasi dipertaruhkan, lebih mudah untuk melakukan hal yang benar.