Một trong những công cụ phổ biến nhất của xét nghiệm miễn dịch là Máy phát điện ESD, điều này là cần thiết để kiểm tra độ bền có thể đạt được của các sản phẩm điện tử liên quan đến phóng tĩnh điện. Mặc dù các kỹ sư thường bận tâm đến độ chính xác của dạng sóng, việc tuân thủ và quy trình kiểm tra, nhưng vấn đề an toàn và quy trình phù hợp vẫn là những vấn đề quan trọng. Máy phát ESD tạo ra các xung điện áp rất cao, lên đến hàng chục kilovolt (tùy thuộc vào kiểu máy), điều này có nghĩa là việc sử dụng không đúng cách có thể khiến thiết bị bị hỏng, kết quả kiểm tra bị sai lệch hoặc gây nguy cơ điện giật cho người vận hành.
Nhu cầu thực hiện các quy trình kiểm tra súng ESD an toàn và phù hợp đang gia tăng khi các sản phẩm ngày càng nhạy cảm hơn và tích hợp nhiều thiết bị điện tử. Các phòng thí nghiệm chuyên nghiệp đều có các quy trình xử lý an toàn để đảm bảo tất cả các hình thức phóng điện đều được thực hiện đúng cách, an toàn và tuân thủ đầy đủ các yêu cầu của quy định. IEC 61000-4-2.

Hiểu về rủi ro đằng sau máy phát điện ESD

Mặc dù máy phát ESD không sử dụng dòng điện liên tục như trong các thiết bị điện, nhưng xung phóng điện của nó có năng lượng rất cao và rất nhanh. Điện áp cao kết hợp với thời gian tăng nhanh và dòng điện tăng đột biến có thể gây hư hỏng phần cứng ngay lập tức nếu xử lý không đúng cách.
Những rủi ro bao gồm:
• Gây thương tích cá nhân không cố ý.
• Gây sốc cho người sử dụng, tiềm năng cơ thể không được tiếp đất.
• Các bộ phận mỏng manh trong thiết bị thử nghiệm bị hỏng.
• Phá hủy các nhóm bán dẫn hoặc bảng điều khiển.
• Các mẫu thử nghiệm bị ô nhiễm do xả thải kép.
• Trong quá trình thử nghiệm các chất dễ cháy, nguy cơ hỏa hoạn vẫn tồn tại.
• Việc thử nghiệm không kiểm soát các sản phẩm điện tử có thể dẫn đến những sai sót tiềm ẩn trong sản phẩm.
Những nguy hiểm này càng tăng cao khi sử dụng máy phát điện công suất cao như 15 kV, 20 kV hoặc 30 kV. Đây là lý do tại sao các hoạt động phòng thí nghiệm của các chuyên gia phải tuân thủ nghiêm ngặt các biện pháp phòng ngừa an toàn trước khi tiến hành thử nghiệm súng ESD.

Chuẩn bị môi trường trước khi thử nghiệm

Khu vực thử nghiệm phải sẵn sàng trước khi bật máy phát ESD. Môi trường phải không dẫn điện, khô ráo và sạch sẽ. Dụng cụ cầm tay và phụ kiện làm bằng kim loại phải được đặt cách xa đường xả. Độ ẩm cũng được biết là làm tăng độ dẫn điện trên bề mặt và có thể gây ra tia lửa điện không ổn định.
Bảng thử nghiệm phải được cấu hình theo IEC 61000-4-2, tức là được cách ly trừ khi có quy định khác. Không được có bất kỳ thiết bị nào có lớp bọc hoặc bề mặt làm từ máy phát tĩnh điện.
Mức độ thông gió phải đạt yêu cầu vì việc xả khí tần suất cao có thể dẫn đến lượng ozone sinh ra ở mức tối thiểu. Nồng độ ozone không quá cao, nhưng do thiếu thông gió thích hợp, việc kiểm tra liên tục có thể gây khó chịu.

Tiếp đất cho người vận hành và an toàn cá nhân

Người vận hành không được phép ở trên đường xả. Việc sử dụng máy phát điện ESD mà không tuân thủ các biện pháp nối đất là rất nguy hiểm:
• Đứng trên một tấm thảm cách nhiệt
• Tăng tốc, không va chạm trực tiếp với máy bay mặt đất.
• Mang giày chống tĩnh điện hoặc dây đeo tiếp đất khi cần thiết trong phòng thí nghiệm.
• Tay cũng phải khô để tránh sự thay đổi độ dẫn điện.
• Tháo bỏ tất cả các vật kim loại như nhẫn hoặc đồng hồ.
Người vận hành không được chạm vào bất kỳ bộ phận dẫn điện hở nào của DUT trong quá trình xả hoặc ngay sau khi xả. DUT có thể chứa điện tích còn sót lại sau những lần xả trước, đặc biệt là trong các chuỗi thử nghiệm súng ESD điện áp cao.
Theo các phòng thí nghiệm chuyên nghiệp, máy phát ESD chỉ nên được sử dụng bởi nhân viên có trình độ. Người vận hành mới nên được đào tạo bài bản để nắm rõ khoảng cách hồ quang, cực tính phóng điện và các khu vực có thể gây nguy hiểm.

Xử lý an toàn máy phát điện ESD

Máy phát ESD được trang bị hệ thống sạc điện áp cao. Lượng điện tích còn lại trên tụ điện bên trong có thể bị giữ lại nếu không được xử lý đúng cách. Người vận hành phải tắt thiết bị, sau đó để thiết bị xả hoàn toàn trước khi thực hiện bất kỳ thay đổi nào trên đầu xả hoặc phụ kiện.
Xử lý an toàn bao gồm:
• Cầm súng ESD bằng cách sử dụng những nơi cách điện.
• Chạm liên tục vào đầu xả.
• Sử dụng cả hai tay khi thiết kế của nhà sản xuất không chỉ định.
• Giơ súng chĩa về phía mọi người.
• Không lắc hoặc xoay đột ngột vì có thể vô tình làm nó tiếp xúc với bề mặt dẫn điện.
Trong trường hợp súng ESD bị rơi, cần kiểm tra lại và sử dụng lại. Việc xả điện không an toàn có thể xảy ra do sai lệch bên trong hoặc hư hỏng.

Vị trí chính xác trong quá trình thử nghiệm súng ESD

Khi tiến hành thử nghiệm súng ESD, độ chính xác định vị là một biện pháp an toàn và tuân thủ hơn. Người vận hành được yêu cầu ở tư thế ổn định, thoải mái và cầm chắc máy phát điện. Khoảng cách và góc phải tuân thủ theo kế hoạch thử nghiệm. Định vị sai có thể dẫn đến hiện tượng bắn nhầm hoặc đường đi của hồ quang không như mong đợi theo tiêu chuẩn.
Phóng điện tiếp xúc phải tiếp xúc chắc chắn, vuông góc với điểm kiểm tra. Khi người vận hành ấn súng ở một góc, súng có thể phóng điện bên trong hoặc trên bề mặt không phù hợp. Việc phóng điện bằng khí phải được thực hiện cẩn thận để tránh hình thành hồ quang trước, có thể dẫn đến kết quả không đều.

Hình: Máy phát điện ESD

Tránh các đường xả không mong muốn

Đường xả điện bị lỗi sẽ gây ra tác hại nghiêm trọng. Máy phát ESD có thể tạo ra hồ quang điện ngoài ý muốn, gây ra:
• Cạnh bàn
• Vít kim loại
• Tấm chắn cáp lộ ra
• Các bộ phận cơ thể của người vận hành
• Góc mặt đất
• Dụng cụ thử nghiệm
Mỗi hồ quang điện không mong muốn đều có khả năng gây hư hỏng, làm mất hiệu lực kết quả hoặc vô hiệu hóa DUT. Người vận hành sẽ kiểm tra thử thiết bị trước khi cấp điện. Họ cần định vị lại các thiết bị sao cho đầu ra xả điện duy nhất hướng đến vị trí kiểm tra mong muốn.

Xử lý an toàn cực tính điện áp cao

Máy phát ESD thường có tùy chọn cực tính dương và âm. Các thiết bị bán dẫn dễ bị cực tính âm, gây ra ứng suất lớn hơn. Không nên thay đổi cực tính trừ khi súng chạm vào DUT. Việc này có thể nguy hiểm khi thực hiện giữa chừng vì có thể tích tụ quá nhiều tĩnh điện, dẫn đến hồ quang điện hoặc có thể xảy ra bất cứ lúc nào.
Ngoài ra, người vận hành cần kiểm tra các chỉ báo phân cực trên màn hình và đảm bảo sử dụng đúng phân cực theo kế hoạch kiểm tra. Việc hiểu sai phân cực có thể gây ra hư hỏng do quá tải.

Duy trì tính toàn vẹn của thiết bị

Tình trạng vật lý của máy phát điện cũng ngụ ý về độ an toàn. Việc kiểm tra định kỳ sẽ đảm bảo rằng:
• Sân xả nước sạch sẽ và nguyên vẹn.
• Cáp nối đất còn nguyên vẹn.
• Lớp cách điện của tay cầm không có vết nứt nào.
• Các bộ phận bên trong không có độ ẩm.
• Các bản vá an toàn được thực hiện trên phần mềm.
• Súng chống tĩnh điện ESD có tình trạng pin ổn định.
LISUN và các nhà sản xuất khác đã khuyến nghị lịch bảo trì định kỳ để vận hành an toàn. Những thiết bị không đạt chuẩn tự kiểm tra nội bộ không nên được sử dụng trước khi bảo dưỡng.

Ngăn ngừa DUT và thiệt hại trong phòng thí nghiệm

Khi tiến hành thử nghiệm súng ESD, người vận hành phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa rất nghiêm ngặt để ngăn ngừa hư hỏng do DUT hoặc thiết bị xung quanh.
Các thực hành chính bao gồm:

• Không sử dụng điện áp lớn hơn mức cần thiết.
• Công suất UT được giới hạn đột biến bằng mạch giới hạn đột biến khi cần thiết.
• Khoảng thời gian phục hồi giữa các lần xuất viện
• Không để khu vực thông gió xả khí trực tiếp trừ khi cần thiết.
• Bảo vệ cảm biến, cổng và đầu nối
Một số DUT có thể vẫn còn điện tích. Sau khi vượt qua các bài kiểm tra, người vận hành nên nối đất thủ công các bề mặt dẫn điện hở bằng que tiếp địa cách điện.

Quy trình an toàn và xả thải sau thử nghiệm

Sau khi hoàn tất thử nghiệm, máy phát ESD phải được tắt và cất giữ ở nơi an toàn. Người vận hành phải đảm bảo thiết bị đã được xả hết điện bên trong. Không được cất giữ bất kỳ máy phát ESD nào đã sạc, đặc biệt là trong cơ sở thử nghiệm chung.
Cần nối đất tất cả các bề mặt DUT có thể mang điện tích dư. Cần quét sạch các vật dẫn điện trong buồng hoặc khu vực phòng thí nghiệm và kiểm tra lại trước khi tiến hành thử nghiệm tiếp theo.

Kết luận

Máy phát điện ESD là thiết bị cần thiết để kiểm tra khả năng miễn nhiễm ESD nhưng cần được vận hành với mức độ an toàn cao. Chuẩn bị trước khi kiểm tra, nối đất, định vị, quản lý cực tính, phục hồi sau kiểm tra, v.v. Tất cả đều quan trọng trong việc bảo vệ người vận hành và DUT. Các chuyên gia nhận thức rằng kiểm tra súng ESD chính xác chỉ có thể được thực hiện khi các hướng dẫn an toàn được tuân thủ cẩn thận. Thông qua việc thực hành thường xuyên, môi trường được kiểm soát đầy đủ và lời khuyên hữu ích từ các nhà sản xuất uy tín như LISUN, các phòng thí nghiệm có thể thực hiện phân tích ESD có độ biến động cao với độ tin cậy, độ chính xác và không gây hại.