التفريغ الكهروستاتيكي

ما هو التفريغ الكهروستاتيكي ESD؟

هو ظاهرةٌ تحدث عندما يتلامس جسمان مشحونان بشحنةٍ كهربائيّةٍ ساكنةٍ، ممّا يؤدي إلى تحرير هذه الشحنة وتفريغها فجأةً، وهي ظاهرة شائعة في حياتنا اليومية؛ إذ نشعر بها عندما نمشي على السجّاد ونلمس مقبض الباب، أو عندما نرتدي الملابس الخارجة من آلة التجفيف، وتُعدّ ظاهرة البرق مثالاً على ذلك أيضاً، ومع أنّ أكثر ظواهر التفريغ الكهروستاتيكي غير ضارة بجسم الإنسان، إلا أنّه يسبب تعقيدات مكلفة في بعض البيئات الصناعيّة، مثل بيئات تصنيع الأجهزة الإلكترونيّة والطبيّة وتصنيع المركبات والصناعات البلاستيكيّة والورقيّة، إضافةً إلى تلك الصناعات التي تحتاج بيئات وغرف نظيفة، ويؤدي ذلك إلى تأخّر الإنتاج والتأثير سلباً على جودة المنتجات وجذب الملوثات والتسبب بمشكلات تتعلّق بالسلامة.

ما الذي يسبب ظاهرة التفريغ الكهروستاتيكي؟

تَعكس ظاهرة التفريغ الكهروستاتيكي تراكم الشحنات الكهربائيّة الساكنة، ويحدث ذلك في حال احتكاك مادتين ناقلتين مختلفتين معاً، فتُشحن إحدى هذه المواد بشحنة موجبة، بينما الأخرى بشحنة سالبة، وبالتالي تكتسب المادة ذات الشحنة الموجبة شحنة كهروستاتيكيّة، وعندما تتلامس هذه المادة المشحونة كهربائياً مع مادة موصلة أخرى مثل كوب الستايروفوم (Styrofoam) أو كيس بلاستيكي تنتقل الشحنة الساكنة ويحدث التفريغ الكهروستاتيكي.

كيف يؤثر التفريغ الكهروستاتيكي على المكونات الإلكترونية؟

تتأثّر العديد من الأجهزة الإلكترونيّة سلباً بالتفريغ الكهروستاتيكي، وليس بالضرورة أن تكون زيادة فولطية التفريغ هي المشكلة، إذ إنّ العديد من الأجهزة عرضة للتلف بسبب التفريغ الكهروستاتيكي منخفض الفولطية، وأحد الأمثلة على ذلك مكونات محرك الأقراص الصلبة hard drives، فهي حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي عند 10 فولت.

تولّد ظاهرة التفريغ الكهروستاتيكي حرارة شديدة قد لا نشعر بها عندما  نتعرّض للصدمة الكهربائيّة، ولكن يُمكن أن يؤدي تعرّض الأجهزة الإلكترونيّة مثل أشباه الموصلات أو منافذ وبطاقات التوسعة expansion slot or card لحرارة شحنة التفريغ إلى انصهار الأجزاء الصغيرة وتخريب الجهاز الإلكتروني.

يظهر هنا مصطلح العيب الخفيّ (latent defect) الذي يُشير إلى عيوب غير واضحة في المنتجات أو الأجهزة، ويُمكن أن يَظهر هذا العيب بعد فترة من الاستخدام، إذ يحدث ذلك في بعض الأحيان عند تعرّض الأجهزة الحساسة للتفريغ الكهروستاتيكي دونَ تخريبها بالكامل، ويصعب اكتشاف هذا العيب ولكنّه يُقلل من عمر الجهاز.

التحكم بالتفريغ الكهروستاتيكي والوقاية منه

يُمكن أن يَحدث التفريغ الكهروستاتيكي دونَ سابق إنذار، وتتطلّب الوقاية منه فهم بيئة تصنيع واستخدام  الجهاز الإلكتروني واتّخاذِ إجراءاتٍ للحد من احتمال حدوثه، لذا تتخذ شركات تصنيع الإلكترونيات تدابير مختلفة للحماية من التفريغ الكهروستاتيكي  بهدف منع حدوث مشكلات في عمليّة الإنتاج، والتي تشمل التصنيع والاختبار والشحن والاستعمال، وتَتضمّن التدابير الوقائيّة في مجال التفريغ الكهروستاتيكي ما يلي:

• استخدام الأجهزة والكراسي والأدوات الأخرى المصنفة على أنها آمنة ضد التفريغ الكهربائي.
• التأكد أن جميع الأجهزة والآلات مؤرضة وفقاً لمقاييس المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (American National Standards Institute “ANSI”).
• استخدام معدات ووسائل التأريض الشخصيّة، مثل أساور المعصم والأحذية المضادة للشحنات الساكنة.
• تغطية الأرضيات بحصائر ضدّ الشحنات الساكنة لتفريغ الشحنات في الأرض بعيداً عن      الأجهزة.
• تخزين الأجهزة في حاويات تحدّ من تراكم الشحنات الساكنة.
• تغليف الإلكترونيّات باستخدام مواد تحميها من التفريغ الكهربائي.
• توفير الرذاذ المضاد للشحنات الساكنة عند اللزوم.
• استخدام المكونات الجاذبة للشحنات الساكنة فقط في منطقة محدودة الشحنات.
• تجنُّب ملامسة الأجزاء أو المكونات المعدنيّة، مثل الأسلاك والوصلات.
• إزالة المكونات غير الضرورية من مناطق العمل المحمية من الشحنات الساكنة.

أي يمكن أن يسبب التفريغ الكهروستاتيكي تلف المعدّات الإلكترونيّة، وبالتالي يجب تضمين تدابير مضادة للكهرباء الساكنة في العمليات التقنيّة اليوميّة.

معايير التفريغ الكهروستاتيكي:

تُساعد المعايير المختلفة في معالجة مشاكل التحكّم بالتفريغ الكهروستاتيكي وإنشاء مناطق محميّة من الشحنات الساكنة، إذ إنّها تُحدّد حساسيّة المنتجات للتفريغ الكهروستاتيكي ومتطلبات التدابير المحددة في البيئات التي تمثّل فيها المجالات الكهروستاتيكية مشكلة، ولا تُلزم الشركات في الولايات المتحدة الأمريكية قانونياً بتطبيق هذه المعايير ولكن يمكن إدراجها في اتفاقيّات البيع والعقود الأخرى لإلزامها بها.

توجد أيضاً مؤسسة EOS/ESD (مؤسسة تهتم بتعزيز التوعية حول تأثيرات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) والإجهاد الكهربائي (Electrical Overstress ” EOS”) على الأجهزة الإلكترونية وأساليب الوقاية منها) التي تساهم في تطوير المعايير والتوجيهات لحماية الأجهزة الإلكترونية من التلف الناتج عن التفريغ الكهروستاتيكي والإجهاد الكهربائي، وهي مُعتمدة من طرف ANSI لتطوير معايير التفريغ وطرق الاختبار، وفيما يلي بعض المعايير المتاحة:

• ANSI/ESD S20.20-2021: حماية الأجزاء الكهربائيّة والإلكترونيّة.
• IEC 61340-5-1 (اللجنة الكهروتقنية الدولية International Electrotechnical Commission): حماية الأجهزة الإلكترونية من الظواهر الكهروستاتيكية – المتطلبات العامة.
• ANSI/ESD S8.1-2021: معيار لحماية العناصر الحسّاسة للتفريغ الكهروستاتيكي – الرموز symbols.
• ANSI/ESD S6.1-2019: تأريض التفريغ الكهروستاتيكي.
• ANSI/ESD S541-2019: معيار لتغليف المواد الحسّاسة للتفريغ الكهروستاتيكي.

---