Kipinäpurkaus
Wikipedia
Kipinäpurkaus eli ESD (engl. Electrostatic discharge) on staattisen sähkövarauksen purkautumisilmiö. ESD näkyy käytännössä pienenä kipinäpurkauksena ja sen voi tuntea, kun se tapahtuu esimerkiksi sormenpäässä.
[muokkaa] Kipinäpurkauksen synty ja vaikutukset
Staattisia varauksia syntyy muun muassa materiaalien kontaktin, ionisaation tai johtumalla siirtyvien varausten kautta. Materiaalien välillä varauksia syntyy helposti nk. hankaussähkö-ilmiön takia. Varauksen syntyminen riippuu voimakkaasti materiaalien laadusta ja materiaalipareista. Staattinen sähkö voi varata ihmisen, koneen tai esineen helposti kilovolttien tasoiseen jännitteeseen.
Staattisen varauksen purkautuminen kipinänä kestää purkauspiirin resistanssista ja induktanssista riippuen alle nanosekunnista aina satoihin nanosekunteihin ja sen hetkellinen virta voi olla useita kymmeniä ampeereja. Varautuneiden laitteiden välillä purkautumisvirran huippu nousee helposti satoihin ampeereihin.
ESD voi sytyttää herkästi syttyviä aineita. Elektroniikassa ESD tuhoaa helposti puolijohdekomponentteja, koska hetkelliset jännite-, energia-, teho- ja virta-arvot ovat suuria.
ESD aiheuttaa myös hetkellisen voimakkaan sähkömagneettisen pulssin eli radiosignaalin. Tämän takia ESD:n lähellä olevien digitaalipiirien toiminta voi helposti häiriintyä.
[muokkaa] Varausjännite ja kipinän pituus
Ilman läpilyöntilujuus on noin 3 kV/mm, mutta jännitteen läpilyöntietäisyys riippuu vahvasti kappaleiden muodosta, joka vaikuttanee sähkökentän voimakkuuteen. Purkauskipinän pituudesta voi päätellä myös varausjännitteen suuruuden: esimerkiksi 2 mm kipinä syntyy noin 6 kV jännitteellä. Kuivalla pakkassäällä sopivissa keinokuituvaatteissa ihmisen varausjännite voi olla luokkaa 20 kV.
[muokkaa] ESD:ltä suojautuminen
ESD:ltä suojautuminen esimerkiksi elektroniikka-alan työskentelyssä tapahtuu pääasiassa johtamalla staattiset varaukset hallitusti maadoituksen tai varausta poistavan materiaalin kautta sähköjärjestelmän maatasoon. Varausta poistavan osittain johtavan materiaalin resistanssi on tyypillisesti 100 kΩ ja 100 GΩ välillä. Eristeiden pinta varautuu helposti ja aiheuttaa ympärilleen staattisen sähkökentän. ESD-suojauksen periaatteena onkin poistaa eristävät materiaalit tai estää eristeestä lähtöisin olevan varausten kerääntyminen johtavan materiaalin avulla.
Henkilösuojaukseen on olemassa ESD-suojavarusteita, esimerkiksi megaohmin resistanssilla varustettuja maadoitusrannekkeita ja varausta poistavia jalkineita. Varausta poistavat jalkineet vaativat johtavan tai varausta poistavan lattiamateriaalin toimiakseen.
Laitteet voidaan suojata ESD:ltä tyypillisesti eristämällä tai maadoittamalla kosketeltavat osat. Laitteen sähköiset liitännät suojataan usein ESD suojakomponenteilla kuten ferriiteillä, aktiivikomponenteilla, diodikytkennöillä tai sarjavastuksella.
