ESD je skratka pre elektrostatický výboj. Tento elektrický jav je definovaný ako uvoľnenie statickej elektriny pri kontakte dvoch predmetov. ESD najskôr vyžaduje nahromadenie elektrostatického náboja. K tomu dochádza, keď sa dva rôzne materiály o seba trú. Jeden z materiálov sa nabije kladne a druhý sa nabije záporne.
Ochranné opatrenia proti ESD sú užitočné a potrebné takmer v každej pracovnej oblasti: či už v laboratóriu, vo výrobe alebo v skladoch. Medzi odvetvia, v ktorých sú opatrenia na ochranu pred elektrostatickým výbojom obzvlášť dôležité, patrí elektronický priemysel, výpočtová technika a telekomunikačná technika, ako aj automobilový priemysel.
Aj keď ESD zvyčajne nie je samo o sebe nebezpečné, v pracovnom prostredí môže spôsobiť fatálne následky. Mnoho identifikovaných porúch elektronických súčiastok je spôsobených práve ESD. Ak dôjde k elektrickej reakcii v blízkosti citlivých elektronických zariadení, ako sú napríklad mikročipy, môže dôjsť k ich poškodeniu. Najviac znepokojujúce je, že poškodenie spôsobené ESD nie je vždy možné spozorovať počas kontroly kvality. Produkt sa môže javiť ako úplne v poriadku, keď prechádza finálnymi kontrolami, no akonáhle sa začne používať, môže mať nedostatočnú výkonnosť alebo sa „rozbije“.
Najčastejším nebezpečenstvom elektrostatického výboja je nielen zlyhanie elektroniky, ale aj požiar, či dokonca výbuch. Vo väčšine prípadov nie je možné odsledovať hlavné príčiny porúch ESD. Pri ESD pocítite iba mierny zásah elektrickým nábojom v malom rozpätí približne 3500 voltov, čo vám nemôže uškodiť. Ak sa vyskytne statická elektrina v prítomnosti horľavých plynov, kvapalín a iných horľavých materiálov, môže to mať fatálne dôsledky. Používanie horľavých látok na pracoviskách sa znížilo, no bez kontrol môže stále hroziť nebezpečenstvo požiarov a výbuchov, najmä v laboratóriách, na jednotkách intenzívnej starostlivosti a na operačných sálach.
Ako vzniká ESD?
Elektrostatický výboj (ESD) je náhly tok elektrického náboja medzi dvoma objektmi s rôznym elektrickým potenciálom, ktoré sa priblížia dostatočne blízko k sebe alebo sa dotýkajú. Statická elektrina sa vytvára trením alebo kontaktom medzi materiálmi, pri ktorom dochádza k presunu elektrónov z jedného povrchu na druhý, a to tak, že jeden objekt získa kladný náboj (strata elektrónov) a druhý záporný náboj (získanie elektrónov).
K ESD môže dôjsť rôznymi spôsobmi. Najčastejšou príčinou je trenie medzi materiálmi. Keď sa dva materiály (napr. plasty) o seba trú alebo sú od seba oddelené, môže dôjsť k prenosu elektrónov, čím vzniká elektrostatický náboj. Tento náboj zostáva na povrchu materiálov alebo sa môže preniesť na iné predmety, keď prídu do kontaktu.
Rýchlosť, akou kráčame po koberci, alebo akou odvíjame lepiacu pásku, rovnako vplýva na veľkosť náboja. Ak kráčame pomalšie, náboj nebude taký veľký, ako keby sme kráčali rýchlo. A v neposlednom rade je to veľkosť plochy kontaktov materiálov.
Problémy nastávajú, keď použité materiály neumožňujú elektrónom ich ľahký pohyb a tým pádom aj dosiahnutie rovnováhy. Keď sa tieto nabité miesta dotknú, alebo sa dostanú do tesnej blízkosti (ale ani nie priameho kontaktu) s iným objektom, môže dôjsť k náhlej výmene alebo „výboju“, pri ktorom dôjde k náhlej výmene elektrónov za účelom vytvorenia prirodzenej rovnováhy.
Elektrostatický výboj sa vyskytuje v prírode neustále, najmä v suchom podnebí a v zimnom období, keď vo vzduchu nie je dostatočná vzdušná vlhkosť, ktorá by pomáhala odvádzať prebytočné elektróny (voda je vodivá, takže umožňuje ľahší tok elektrónov). Nebezpečný náboj môže teda vzniknúť medzi dvoma separovanými materiálmi. V jednom materiáli je prebytok elektrónov, v druhom je nedostatok elektrónov.
Všimnete si, že dôležitou premennou je v tomto prípade práve vlhkosť. Je pravdou, že hodnoty vlhkosti ako 28% alebo 80% sa v praxi nevyskytujú, nakoľko normálna hodnota relatívnej vlhkosti v kanceláriách a dielňach je 50%. Všimnite si, že nemusíte nič cítiť, počuť alebo vidieť čo sa týka vlastného vybitia. Priemerný človek je necitlivý na výboje do 3 000 V. Aj keď nič necítite, nepočujete ani nevidíte, integrovaný obvod môže zniesť za určitých okolností napätie až 3 000 V.
Pomerne veľa užívateľov však podceňuje tento problém. Komentáre ako „Predtým, ako začnem osádzať / opravovať PCB, sa krátko dotknem radiátora ústredného kúrenia. Potom budem úplne vybitý a môžem začať bez problémov ďalej pracovať“ naozaj nedáva veľký zmysel.
Dopady ESD na elektroniku
Elektrostatický výboj ovplyvňuje elektronické výrobky a ich komponenty mnohými spôsobmi. Veľké statické napätie môže vniknúť do zariadení a spôsobiť ich poškodenie. Zistilo sa, že niektoré elektronické zariadenia sú citlivejšie na ESD ako iné.
Ako elektronická technológia napreduje, elektronické obvody sa postupne zmenšujú. So znižovaním veľkosti komponentov sa znižuje aj mikroskopický rozstup izolátorov a obvodov v nich, čím sa zvyšuje ich citlivosť na ESD.
Logické obvody technológie SMOS môžu byť poškodené pri napätí 250 až 3 000 voltoch, zariadenia s pamäťami EPROM až do 100 voltov a mikroprocesorové čipy už od 10 voltov.
ESD môže spôsobiť značné poškodenie elektronických zariadení. Mikročipy a iné citlivé súčiastky môžu byť poškodené alebo zničené výbojom ESD. Vplyv ESD môže byť aj latentný, čo znamená, že zariadenie môže byť poškodené výbojom ESD, ale zlyhá až po určitom čase. To môže mať za následok poruchy, stratu údajov alebo dokonca bezpečnostné riziká.
Najzákernejšie na ESD je fakt, že môže elektroniku poškodiť len čiastočne, pričom súčiastka môže fungovať ďalej. Takéto poškodenia neodhalí ani výstupná kontrola. Často sú tak malé, že ich nie sme schopní odhaliť pohľadom. Mieru poškodenia môže ukázať až niekoľko tisíc násobné priblíženie. Časom sa však môže poškodenie zväčšovať až vyústi do úplného zlyhania výrobku.
Prevencia a ochrana pred ESD
Najlepšia vec, ktorú môžete urobiť pre bezpečný pracovný priestor, je zabezpečiť prostredie tak, aby sa predišlo ESD. Táto oblasť sa často označuje ako oblasť chránená pred elektrostatickým výbojom (EPA - ElectroStatic Discharge Protected Area).
Ochrana pracovného prostredia
Chrániť svoj pracovný priestor je možné investovaním do ESD bezpečných povrchov. Dajú sa zakúpiť bezpečné podlahové rohože, ktoré musia byť umiestnené na podlahe, aby sa zabránilo elektrostatickému výboju. Keď pracovníci namiesto sedenia stoja, zvyšuje sa tým pravdepodobnosť, že zažijú ESD. Je nevyhnutné chrániť vaše pracovné prostredie pred poškodením, a preto by ste mali investovať do správneho vybavenia.
Väčšina predmetov vo vašom bežnom pracovnom prostredí môže prispieť k ESD udalostiam, napríklad papiere, perá, poháre, skrutkovače, kliešte, či pracovné stoly.
Pre účinné a efektívne zamedzenie vzniku ESD odporúčame vo firme zaviesť program na potláčanie ESD. V rámci neho je okrem iného nutné zriadiť tzv. „EPA priestor“. Je to priestor, v rámci ktorého je minimalizované riziko vzniku ESD. Môže to byť jedno pracovisko, na ktorom sa pracuje s jemnou elektronikou, alebo aj celá výrobná hala.
Osobné ochranné prostriedky
Antistatický remienok na zápästie sa zvyčajne používa s antistatickou podložkou alebo inými typmi zariadení ESD na pracovisku. Remienok na zápästie obsahuje vodivé vlákna, ktoré vedú k uzemňovaciemu vodiču, aby sa bezpečne vybila statická elektrina. Ľudia sú hlavným zdrojom statickej elektriny, takže ak osoba nie je uzemnená, riziko poškodenia je veľmi vysoké.
Tip: Ak pracujete prevažne v sede a do kontaktu s elektronikou prichádzate len na jednom pracovnom stole, zadovážte si minimálne ESD náramky. Dokážu efektívne odvádzať statický náboj.
Antistatické odevy majú veľký vplyv na vznik ESD. Väčšina antistatických odevov je vyrobená z bavlny alebo polyesteru a potom sú osadené mriežkou z uhlíkových vlákien. Tieto vlákna efektívne vytvárajú takzvaný efekt Faradayovej klietky okolo tela nositeľa. Čím viac uhlíka, tým je oblečenie viac antistatické. Antistatické odevy ESD sa najčastejšie vyrábajú z umelých tkanín, pretože na rozdiel od prírodných materiálov sa ich vlákna nerozkladajú. To pomáha minimalizovať statickú elektrinu a robí priestor ešte bezpečnejším. Všetky antistatické odevy musia spĺňať normy, aby riadne chránili nositeľa a okolité prostredie.
Bezpečnostná obuv ESD je potrebné nosiť najmä v elektrotechnických a strojárskych oblastiach, kde sa nachádzajú veľmi citlivé elektronické zariadenia. Je to veľmi dôležité, pretože pohybom sa neustále a postupne staticky nabíjame a napätie sa vybije, len čo sa následne dotkneme vodivých materiálov.
Ak sa pri práci potrebujete aj presúvať a kráčať, investujte aj do kvalitnej ESD podlahy. Bezpečná podlahová ESD rohož funguje podobným princípom, takže odvádza náboj z čohokoľvek na svojom povrchu.
Antistatické rukavice sú špeciálne navrhnuté rukavice na ochranu citlivých elektronických súčiastok, alebo zariadení pred poškodením elektrostatickým výbojom. Rukavice sú vyrobené z materiálov, ako sú uhlíkové vlákna, ktoré odvádzajú statickú elektrinu alebo zabraňujú jej vzniku, čím chránia nielen citlivé komponenty, ale aj pracovníkov pred elektrickými výbojmi.
Správne skladovanie a označovanie
Pre uchovávanie elektronických komponentov používajte vždy špeciálne obaly na to určené. Antistatický sáčok je obalový materiál, ktorý je špeciálne navrhnutý tak, aby zabránil interakcii statickej elektriny s citlivými elektrickými komponentmi. Tieto vrecká sú vyrobené z plastového polyetyléntereftalátu a často sa používajú na skladovanie a prepravu elektrostaticky citlivých zariadení.
Jedným z ďalších, a pritom veľmi jednoduchých, opatrení je správne označovanie akýchkoľvek prvkov, ktoré sú citlivé na ESD. Medzinárodne štandardizovaný piktogram, ktorý musí byť pripevnený na všetkých obaloch obsahujúcich výrobky citlivé na ESD, má zvyčajne žlté pozadie a čierny text.
Školenia a testovanie
Poskytnúť svojim zamestnancom školenie o kontrole ESD je jedným z najlepších postupov, ktoré môžete urobiť. Koniec koncov, problém ESD sa týka všetkých v spoločnosti, a nie len samotného manažmentu.
Testovanie ESD je nevyhnutné na zabezpečenie účinnosti ochranných opatrení. Patrí sem kontrola pracovísk ESD a školenie zamestnancov o postupoch ochrany pred ESD.
Vodné chladenie ako riešenie
Stále častejšie sa stretávame s počítačmi, ktoré sú chladené vodným chladením. Vodné chladenie kráča rukou v ruke s pretaktovaním (overclockingom), ktoré násobne zvyšuje požiadavky na chladenie jednotlivých komponentov počítača. Vysoký chladiaci výkon vodného chladenia sa diametrálne líši od ostatných typov chladenia, ako napr. chladenie vzduchom. Prináša oveľa lepší výkon pri pretaktovaní komponentov.
Princíp fungovania vodného chladenia
Bežný popis práce vodného chladenia je nasledujúci: vodné bloky odoberajú teplo z komponentov a odovzdávajú ho vode. Vodná pumpa v okruhu ženie ohriatu vodu do radiátora, kde sa voda následne ochladí a putuje ďalej do expanznej nádoby. Tento proces sa neustále dookola opakuje.
Komponenty vodného chladenia
- Vodné bloky: Slúžia na odvod stratového tepla z procesora a ďalších zdrojov produkujúcich teplo. Všeobecne sa neodporúčajú bloky alebo radiátory vyrobené z hliníka, okrem prípadu, keď je celý vodný okruh z hliníka a bez medených súčastí.
- Fitinky a závity: V Európe existujú dve normy fitiniek (fitting), respektíve závitov. Väčšina kvalitných výrobcov používa 1/4" závity, pretože príliš neobmedzujú prietok vody v okruhu.
- Hadice: Hadice sa vyrábajú v rôznych veľkostiach, od 8/6mm cez 10/8mm, 11/8mm až napríklad po 19/13mm. Najlacnejším variantom sú klasické PVC hadice, no oplatí sa investovať do kvalitnejších hadíc (napr. Tygon), ktoré sa lepšie tvarujú.
- Čerpadlá: Na trhu existuje mnoho čerpadiel od rôznych výrobcov, ktoré sa líšia výkonom aj cenou. Medzi užívateľmi sú najviac obľúbené čerpadlá Laing (DDC a D5).
- Expanzné nádoby: Predávajú sa v rôznych prevedeniach, najčastejšie klasického valcového typu alebo do 5,25" pozícií.
- Radiátory: Pri pasívnych radiátoroch sa teplo odvádza samovoľným prúdením vzduchu. Pri aktívnych radiátoroch sa používajú ventilátory. Lamely radiátorov sú vyrábané z ocele, hliníka alebo medi.
- Kvapalina: Najlepšie je používať vopred namiešané náplne, ktoré obsahujú okrem filtrovanej vody aj potrebné inhibítory na ochranu vodného okruhu pred riasami a pod.
Počiatočná investícia do kvalitného vodného chladenia je pomerne vysoká, no odmení sa neporovnateľným tichom a obrovským chladiacim potenciálom oproti vzduchovému chladeniu.