Ионизация воздуха для защиты от статического электричества

Основным методом борьбы со статическим электричеством является заземление объектов и персонала. Однако этот метод «не работает» для диэлектриков — материалов, имеющих сопротивление более 100 ГОм, заземление которых через проводник не приводит к стеканию статического заряда на землю. Корпуса приборов, органы управления, шнуры питания, пластмассовые детали и изоляционные материалы могут представлять реальную опасность для электронных компонентов, чувствительных к электростатике. Стандарт IEC61340-5 рекомендует по возможности не использовать диэлектрики в ESD-защищенной зоне, а при вынужденном их присутствии нейтрализовать заряд ионизацией воздуха. Кроме того, упоминается, что ионизация воздуха иногда полезна даже для проводящих поверхностей объектов, если по каким-то причинам их не удается заземлить (например, в движении).

Для того, чтобы эффективно нейтрализовать заряд на диэлектрике, необходимо увеличить проводимость окружающего воздуха. При работе с чувствительными электронными компонентами достаточно мгновения для повреждения их разрядом статического электричества. Есть два пути снижения остроты проблемы: повышение влажности воздуха и его ионизация. Первый способ проще, но он нередко влечет вторичные проблемы, такие как дискомфорт персонала, коррозия металла и ухудшение качества пайки. Оптимальная относительная влажность воздуха в зоне ESD-защиты обычно не превышает 55%, хотя во многом зависит от специфики производства. В любом случае влажность воздуха на рабочем месте должна быть строго контролируемым параметром, мониторинг которого осуществляется непрерывно или дискретно с высокой периодичностью при помощи специальных приборов. Тем не менее, поддержание оптимального уровня влажности является лишь благоприятным фоном, тогда как наиболее действенным способом нейтрализации заряда на диэлектриках является именно ионизация воздуха. Ионизатор генерирует поток положительно и отрицательно заряженных ионов, которые, притягиваясь к молекулам противоположной полярности, нейтрализуют статический заряд на объектах рабочей зоны. Для доставки ионов к рабочим поверхностям объектов ионизаторы обычно оснащаются встроенным вентилятором. В промышленности наиболее широко используются коронные (игольчатые) ионизаторы трех разновидностей.

Ионизаторы переменного тока (AC ionizers) наиболее типичны для электроники в качестве компонента ESD-защиты. Они имеют один или несколько игольчатых электродов — эмиттеров, которые поочередно генерируют положительные и отрицательные ионы с частотой питающей сети 50 Гц, так что вокруг них создается концентрированное «ионное облако». Объект, несущий статический заряд, находясь или продвигаясь вблизи ионного облака, привлекает ионы противоположной полярности, следствием чего является нейтрализация заряда на объекте. При отсутствии статически заряженного объекта разнополярные ионы рекомбинируются между собой или стекают на землю. Преимущество таких ионизаторов состоит в сбалансированной генерации ионов и возможности размещения ионизатора в непосредственной близости от объектов, требующих нейтрализации заряда. Кроме того, ионизаторы переменного тока являются самыми недорогими.

Ионизаторы постоянного тока непрерывного действия (Steady-state DC ionizers) используют раздельные эмиттеры для выработки разнополярных ионов. Они обеспечивают более высокую концентрацию ионов в воздухе, поскольку каждый эмиттер непрерывно испускает положительные (отрицательные) ионы, и интенсивность их рекомбинации невелика. В отличие от ионизаторов переменного тока эти ионизаторы эффективно нейтрализуют заряд даже на быстродвижущихся объектах. Не рекомендуется устанавливать их слишком близко к объекту, поскольку в этом случае может нарушаться сбалансированность ионного потока. Ионизаторы данного типа являются наиболее дорогостоящими и требуют точной балансировки. Ионизаторы постоянного тока импульсного действия (Pulsed DC ionizers) представляют собой линейку игольчатых эмиттеров разной полярности, подсоединенных к раздельным генераторам положительных и отрицательных импульсов высокого напряжения, работающим поочередно. Преимуществом таких ионизаторов является возможность регулирования количественного соотношения вырабатываемых положительных и отрицательных ионов. Если известно, что объекты рабочей зоны несут положительный заряд, то для его более эффективной нейтрализации следует увеличить цикл генерации отрицательных ионов, и наоборот. Импульсные ионизаторы вырабатывают разнополярные ионы с достаточно низкой частотой (2..20 Гц), что позволяет нейтрализовать заряд на значительном расстоянии без использования принудительного потока воздуха. Степень рекомбинации ионов незначительна благодаря чередованию циклов полярности и большому расстоянию между эмиттерами. Недостатком таких ионизаторов является вероятность перепадов напряжения, опасных для наиболее чувствительных компонентов.

Все три выше описанные технологии широко используются в производстве современных ионизаторов, начиная от комплексных установок для ионизации воздуха в помещении и заканчивая компактными устройствами размером с ладонь для целей местной ионизации. Ионизаторы локального действия являются наиболее эффективными, поскольку поток ионизированного воздуха направляется именно на те диэлектрические поверхности, где присутствует заряд. В результате заряд нейтрализуется на порядок быстрее, чем при использовании комплексной ионизации воздуха во всем помещении.