Sử dụng máy đo CPM để kiểm tra mức độ tiêu tán tĩnh điện của vật liệu và các dụng cụ cầm tay và hiệu năng của thiết bị thổi ION

    Charged plate monitor(CPM) hay còn gọi là Máy đo CPM/ Máy đo chống tĩnh điện là một thiết bị thông dụng để tính toán hiệu năng và đặc tính của các thiết bị thổi ion hóa cũng như kiểm tra mức tương thích ESD của các dụng cụ cầm tay. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống CPM/ đo chống tĩnh điện  được thể hiện như hình 1, hình được lấy từ hiệp hội ESDA(Electrostatic Discharge Association) chuẩn “ ANSI/ESD STM3.1-2000 Ionization” 

Chuẩn này sẽ liên quan đến 3 quá trình kiểm tra riêng rẽ của thiết bị ion hóa:

Kiểm tra cân bằng ion.

Kiểm tra phóng điện dương.

Kiểm tra phóng điện âm.

Với tất cả các quá trình kiểm tra, một tấm kim loại bản 15x15cm với 1 tụ nối đất cố định với điện dung 20 pico F được sử dụng(hình 1). Một tấm dẫn được kết nối thường xuyên tới CPM để đo điện thế của tấm trong hình tham chiếu tới đất của CPM. Hoặc một vôn kế đo tĩnh điện tiếp xúc, không tiếp xúc,  hoặc một thiết bị đo cường độ từ trường, hoặc một thiết bị đo electron có thể được sử dụng như 1 CPM. Đối với quá trình đo kiểm tra cân bằng ion, một điện áp là kết quả của việc ion hóa tác động đến tấm đo. Các ion này sẽ được tạo ra bởi thiết bị ion hóa. Ở điều kiện lý tưởng, thiết bị ion hóa lý tưởng là thiết bị có làm cho vật bị ion hóa có điện áp bằng 0. Quá trình kiểm tra phóng điện dương hoặc âm liên quan đến tấm đo trước khi sạc tới giá trị điện áp sử dụng bởi một nguồn cung cấp điện áp cao.

Tiếp theo, tấm đo được gỡ ra khỏi nguồn cấp và được trung hòa bởi sự tác động của dòng ion hóa. Thời gian cần cho việc xả hết của tấm đo là sự đánh giá khả năng của sản phẩm và mức độ tiêu tán của dòng ion hóa.

Việc thiết kế hệ thống kiểm tra CPM cho phép sử dụng trong nhiều lĩnh vực vượt ra khỏi phạm vi tính toán sự ion hóa. Trong nội dung bài viết này chúng tôi sẽ đề cập đến 2 ứng dụng: Kiểm tra đặc tính phân tán tĩnh điện khi sạc của vật liệu và xác định mức độ phù hợp của việc xả tĩnh điện trong các dụng cụ cầm tay.

Kiểm tra đặc tính phân tán khi sạc của vật liệu

Ứng dụng trong kiểm tra vật liệu

Việc kiểm tra vật liệu với đặc tính phân tán tĩnh điện rất quan trọng, đặc biệt trong môi trường nhạy cảm ESD, để đảm bảo rằng vật liệu được chọn được sử dụng đúng trong các lĩnh vực như vậy thì trong thực tế cần loại bỏ các hiện tượng ESD. Quá trình kiểm tra như vậy được thực hiện bởi nhân viên sản xuất trong nhà máy và nhân viên nghiên cứu để đưa ra hướng dẫn.

Các phương pháp kiểm tra

Qua nhiều năm nghiên cứu, đã xác định được rằng bề mặt và đặc tính điện dẫn không hoàn toàn đại điện cho khả năng loại bỏ các vấn đề từ việc sạc tĩnh điện. Công nghệ của việc đo lường tính phân rã đã được giới thiệu như một phương pháp bổ xung để đánh giá vật liệu. Công nghệ này cung cấp một cách để xác định mức độ sạc điện có thể phân giã thông qua một lượng lớn và thời gian dài của vật liệu, đi xuống đất. Rất nhiều phương pháp được sử dụng hiện nay cho việc đo lường độ phân giã, Bộ giám sát sạc(CPM) được sử dụng trong nhiều phương pháp và sẽ được thảo luận như phần dưới.

Phương pháp dựa trên ANSI/ESD STM4.2-1998[1] và IEC 61340-2-1[3]

Phương pháp này có nhiều hạn chế. Đầu tiên, nó quá khó để đảm bảo mối tiếp xúc thích hợp giữa mẫu cần kiểm tra và đất. Vấn đề tương tự tồn tại ở việc tiếp xúc giữa mẫu và đĩa, nơi có khe hở có thể là nhân tố ảnh hưởng tới kết quả. Thứ 2, Đĩa đôi khi bị “Bật lại” trên bề mặt mẫu kiểm tra trong suốt các bước thấp, vì vậy nó là nguyên nhân tạo lỗi lặp lại với các giá trị đọc điện áp của máy CPM

Phương pháp VTT

Việc sạc ngẫu nhiên không mong muốn của vật đè xuống có thể là nguyên nhân gây ra sự không chính xác trong việc đọc giá trị phân giã điện áp. Kể từ khi phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho việc kiểm tra vật liệu quần áo thì vấn đề trên có thể được loại bỏ với những mẫu rắn số lượng lớn.

Một máy tính cá nhân có thể được kết nối tới thiết bị đo điện trường để ghi đường cong phân giã.

Nói theo cách khác, một bộ định thời, được kết nối với một vài thiết bị CPM có thể chỉ thị về được tính xả tĩnh điện của vật liệu theo thời gian.

Phương pháp Suggested CPM

Giải pháp hiệu quả

Phương pháp được đề xuất ở đây là sử tổng hợp của 2 phương pháp đã đề cập ở trên và xử lý được các vấn đề của 2 phương pháp trên đó.

Thời gian xả sẽ dễ dàng được đo kể từ khi các CPM được hỗ trợ bộ định thời. Phương pháp này mặc dù không phải 1 chuẩn, nhưng có thể được sử dụng để tính toán và so sánh đặc tính tiêu tán của rất nhiều laọi vật liễu mẫu cần kiểm tra.

Tóm lược

Có 3 phương pháp khác nhau cho việc kiểm tra đặc tính xả tĩnh điện của vật liệu đã được chúng tôi trình bày.

Tất cả chúng sử dụng 1 máy CPM cho việc đo sự phóng tĩnh điện. Một vấn đề quan trọng cần ghi nhớ là sự so sánh các vật liệu khác nhau sử dụng bất kì một trong  phương pháp đã nêu có thể được thực hiện khi mẫu của vật liệu ở cùng kích thước và hình dạng. Mặc dù kết quả thu được từ phương pháp này không thể đem so sánh trực tiếp với các kết quả từ các phương pháp khác.

Xác định mức độ tương thích ESD của các công cụ cầm tay

Sự giám sát định kỳ của các thiết bị được sử dụng trong vùng bảo vệ phóng tĩnh điện(EPA) được yêu cầu đối với việc quản lý ESD hiệu quả. Một ví dụ tốt của việc giám sát ESD với một không gian được kiểm soát EPA là việc định kì đánh giá các thiết bị bảo vệ như: các dây mát tiêu tan tĩnh điện/ sàn nhà, quần áo bảo hộ, thiết bị nối đất cho người như dây đeo cổ tay, gót chân, hệ thống quạt thổi ion.

Các vật liệu cho các dụng cụ cầm tay

Dụng cụ cầm tay được sử dụng nhiều trong lắp ráp, kiểm tra, hiệu chuẩn và và sửa chữa các thiết bị điện tử đã đưa ra một thách thức với việc tạo chương trình kiểm soát ESD. Các công cụ cầm tay này được tạo ra từ các vật liệu không tiêu tán tĩnh điện.

Đầu tiên, Các công cụ cầm tay được tạo ra từ các vật liệu như: polyurethane, polystyrene, polypropylene, và PVC có xu hưỡng bị tĩnh điện bởi hiện tượng gọi là triboelectrification, nó sát sảy ra khi các vật liệu tiếp xúc với nhau sau đó lại bị tách ra, phụ thuộc vào loại vật liệu, mức độ di chuyển thì mức độ tĩnh điện cũng tương ứng.

Một mối liên quan đến các dụng cụ cầm tay là việc giữ tĩnh điện, Sau khi quá trình ion hóa sảy ra, một vật liệu có khả năng xả tĩnh điện, quá trình này là một đặc tính quan trọng . Các công cụ cầm tay cách điện như ở trên đã đề cập, Các đặc tính này duy trì và cộng dồn viện tạo ra tĩnh điện và là nguyên nhân cho các nguy cơ về ESD.

Kiểm tra cân chỉnh

Kiểm tra các công cụ cầm tay được thực hiện trong nhiều tiến trinh sản xuất và được khuyến nghị bởi ESDA và các nhà quản lý ESD, họ đóng vai trò tích cực trong việc đảm bảo an toàn,hiệu quả và giảm sự thay đổi của các sự cố ESD không mong muốn và đảm bảo tương thích với chương trình quản lý ESD. Việc kiểm tra các công cụ cầm tay nên được thực hiện, bất kể là khởi tạo một chương trình kiểm soát ESD mới hay nâng cấp chương trình hiện hành.

Thêm nữa sẽ giảm được chi phí bị phát sinh khi thực hiện kiểm soát hoặc giảm các thiệt hại về ESD, và tiết kiệm có thể được tích lỹ thêm khi không phải mua thêm công cụ mới hoặc thay thế các công cụ.

Quá trình kiểm tra các công cụ hiện hành, khi thực hiện kiểm toán ESD, các công cụ này sẽ được kiểm tra và theo dõi, cho phép việc sử dụng công cụ này được tối ưu nhất.

Tính hiệu quả khi sử dụng máy CPM/ Máy đo chống tĩnh điện

Một phương pháp hiệu quả của việc kiểm tra các công cụ cầm tay xem có tương thích ESD không là thực hiện bằng việc sử dụng máy CPM. Tiến trình này là một phương pháp chuẩn được thừa nhận bởi IEC. Một phương pháp tương tự cho việc kiểm tra  bề mặt làm việc được đưa ra bởi hiệp hổi ESD.

Có 2 khía cạnh ở đây nên được lưu tâm:

Công cụ cầm tay nên được kiểm tra ngay sau khi sử dụng, nghĩa là nó không nên được làm sạch trước khi kiểm tra

Công cụ nên được làm sạch với từ 70 – 100% isoprolyl alcohot và sau đó kiểm tra lại. .

Việc loại bỏ ESD là một nhiệm vụ quan trọng trong ngành sản xuất thiết bị điện tử. Mặc dù không loại bỏ được hoàn toàn nhưng việc thực hiện một kế hoạch tốt về việc kiểm soát ESD sẽ mang lại hiệu quả cao và giảm thiểu đi rất nhiều chi phí phát sinh do ESD. Kiểm soát ESD tốt sẽ giúp các nhà sản xuất có được sản phẩm chất lượng hơn với chi phí thấp hơn do giảm được thời gian sản xuất và thời gian phải làm lại sản phẩm do các vấn đề liên quan tới ESD.

Máy đo CPM/Đo chống tĩnh điện cung cấp cho nhà sản xuất một cung cụ mạnh, hiệu quả trong chương trình kiểm soát ESD, Nhà sản xuất sẽ có một cung cụ đơn giản nhưng hiệu quả để kiểm tra mức tương thích ESD của các dụng cụ cầm tay, thiết bị thổi ion.