Elektrostatik Deşarj (ESD), statik elektrik enerjisinin bir nesneden toprağa, iki nesne arasında veya bir nesne ile bir kişi arasında ani şekilde boşalmasıdır. İki iletken cisim arasında farklı bir elektrostatik potansiyel var olduğu sürece bir deşarj meydana gelebilir. Ancak devam etmeden önce, statik elektriğin bazı temel özelliklerine kısaca değinelim.

Statik Elektrik Nedir

Temel ders kitabı anlatımlarında genellikle statik elektriğin, nesnelerdeki veya malzemelerdeki pozitif ve negatif yükler arasındaki bir dengesizliğin sonucu olarak ortaya çıktığı belirtilir. Bu durum genellikle bir malzemenin başka bir malzemeyle temas edip ayrılması (ya da hareket etmesi) sonucunda oluşur ve malzemeler arasında negatif yüklerin, yani elektronların aktarılmasına yol açar. Elektron kaybeden malzeme pozitif yüklü hale gelirken, elektron kazanan malzeme negatif yüklü hale gelir. Bu dengesizlik, diğer nesneleri etkileyebilecek ölçülebilir bir elektrik alanı oluşturur. 

Yer değiştiren elektronlar, alıcı nesnenin yüzeyinde birikebilse de, serbest bırakılana ya da deşarj olana kadar genellikle hareketsiz kalma eğilimindedir. Böylece, hareketsiz durumdaki, başka bir deyişle “statik” bir elektrik yüküne sahip oluruz.

Statik elektrik yükünün bu şekilde oluşması triboelektrik yüklenme olarak bilinir. Statik elektrik yükü coulomb cinsinden ölçülür. Coulomb (C), Uluslararası Birim Sistemi'nde (SI) elektrik yükü birimidir ve bir amperlik akımın bir saniyede taşıdığı elektrik miktarına eşittir. Ancak daha yaygın olarak, statik yük, ölçülen malzemenin elektrik alan şiddeti ya da yüzey voltajı cinsinden ifade edilir.

Triboelektrik yüklenme, atmosferdeki su ve is parçacıkları ile insan vücudu dahil olmak üzere neredeyse tüm malzemeleri bir dereceye kadar etkileyebilir. Kuru bir kış gününde halı üzerinde yürüdükten sonra siz ve evcil köpeğiniz ya da kediniz, birbirinize dokunarak bunu birlikte deneyimleyebilirsiniz.

ESD ile İlgili Sorun

Belirttiğimiz gibi, statik elektrik yükleri, serbest bırakılabilecekleri ya da ani şekilde deşarj olabilecekleri koşullar oluşana kadar bir nesnenin yüzeyinde birikebilir. ESD, elektrostatik yükün bir nesneden diğerine hızlı şekilde aktarılmasıdır. Temel olarak ESD, yüklü bir cismin aniden elektriksel olarak nötr hale gelmesiyle meydana gelir. Aktarılan bu yükün miktarı, nesneleri oluşturan malzemelerin özelliklerinden, aralarındaki temas alanından, havanın bağıl neminden, nesnelerin ayrılma hızından ve diğer faktörlerden etkilenir.

Aktarılan yük genellikle, iki iletken nesne birbirine yaklaştıkça aralarında oluşan bir kıvılcım aracılığıyla akar. Bu etki yüzyıllardır bilinmektedir ve kontrol altına alınmadığı takdirde ciddi sorunlara yol açabilir. Örneğin, ordular yüzyıllardır sahada ESD'nin barutu kazara tutuşturmasını önlemek amacıyla pirinç barut kutuları gibi cihaz ve malzemeler kullanmıştır. 

Mühimmat ve patlayıcı üretiminin yanı sıra, statik yük ve ESD; ilaç, petrokimya, tekstil, boya, plastik, baskı ve daha birçok alandaki operasyonları da etkileyebilir. Modern elektronik cihazların gelişimi ve giderek küçülmesi de ESD'nin elektronik tedarik zincirinin tüm seviyelerindeki olumsuz etkilerini artırmıştır. Bu durum ürün verimini, maliyeti, kaliteyi, güvenilirliği ve nihayetinde kârlılığı olumsuz yönde etkileyebilir. 

ESD'nin Elektronik Üzerindeki Etkisi

ESD, birçok farklı elektronik bileşene zarar vererek bunların yayımlanmış özellikleri karşılayamamasına ya da hatta cihazın tamamen arızalanmasına neden olabilir. Hassas bileşenler, basit diyotlardan pahalı entegre devrelere (IC'ler) kadar geniş bir yelpazede olabilir. ESD voltajları birkaç volttan kilovoltlara kadar değişebilir, ancak 100V veya daha düşük deşarjlar bile sorunlara yol açabilir. Bir tezgahtan basitçe plastik bir poşet kaldırmanın 1.200 ila 20.000 volt üretebileceğini düşünürsek, sorunun boyutu ortaya çıkar.

IC cihazlarda, ESD akımı çiplerde delikler açabilir, temas ve arayüz hasarına ve yanmalara neden olabilir. ESD kaynaklı hasar, IC'lerdeki ısı üretimini de artırabilir ve kart üzerindeki yakın bileşenlerde termal hasara yol açabilir.

Bir cihaz üzerinde statik yükün birikmesi, aynı zamanda etrafında bir elektrostatik alan ve kuvvet çizgilerinin oluştuğu anlamına da gelir. Bu alana yaklaşan diğer iletken cihazlar, endüksiyon yoluyla kutuplanabilir. Topraklanmış durumdaki başka bir ESD'ye duyarlı cihaz bu alana girerse, yük transferi meydana gelebilir.

Hassas bileşenlerde meydana gelen ESD hasarı genellikle bir malzeme veya kişiden hassas bir cihaza deşarj olması, hassas bir cihazdan deşarj olması veya alan kaynaklı yüklerden kaynaklanır. Hasarın meydana gelip gelmeyeceği, hassas cihazın söz konusu voltaja dayanma kapasitesine ya da deşarj enerjisini yayabilme yeteneğine bağlıdır. Mevcut bazı ESD önleme ve azaltma çözümlerini ayrı bir makalede ele alıyoruz.

ESD Kaynaklı Bileşen Hasarı Türleri

Bir ESD olayının neden olabileceği bileşen hasarı türleri şunlardır:

• Parametrik Arızalar – bir ESD olayının, etkilenen bileşenin belirtilen performans parametrelerinden bir veya daha fazlasını değiştirmesi ancak bileşeni işlevsiz hale getirmemesi durumudur.
• Felaket Niteliğinde Arıza – bir ESD olayının hassas bileşene tamamen zarar vererek onu işlevsiz hale getirmesi durumunda meydana gelir.
• Gizli Hasar – ölçüm veya görsel muayene ile tespit edilemeyen ancak bileşen üzerindeki işletim stresi ve azalan kullanım ömrü nedeniyle zamanla cihazın bozulmasına ve arızalanmasına neden olabilen ESD kaynaklı bileşen hasarıdır.

Daha Fazla Bilgi

CircuitBread'deki dostlarımız, topraklama ve devre koruması dahil olmak üzere elektronik bileşenlerle çalışma konusunda pek çok yararlı bilgiye sahiptir. İçeriklerini şu adresten görüntüleyebilirsiniz: www.circuitbread.com. Ayrıca CircuitBread'in bu konuda söylediklerine göz atmanızı da öneririz: Elektrostatik Boşalma Nedir?

Bu web sitesinde bulunan “Elektrostatik Boşalma Nasıl Önlenir?” başlıklı makalemizle ESD bilginizi bir üst düzeye de taşıyabilirsiniz. 

Özet

İnsanlar dahil olmak üzere hemen hemen tüm malzemeler, aniden serbest bırakıldığında nesnelere zarar verebilecek bir statik yük biriktirebilir. Bu yükün miktarı, malzemelerin yapısına, temas ve ayrılma hızlarına, havadaki neme ve diğer faktörlere göre belirlenir. 

ESD, elektronik bileşenler dahil olmak üzere cihazlara zarar verebilir. Bu hasar, üretimden test, kullanım, sevkiyat ve sahadaki başka bir sisteme veya hizmete entegrasyona kadar tedarik zincirinin herhangi bir noktasında meydana gelebilir. Bu hasar yalnızca hasar gören bileşenler açısından değil, aynı zamanda bunların parçası olduğu kartın onarım ve yeniden işlenmesi açısından da maliyetli olabilir. ESD'ye duyarlılık, bileşen türüne göre büyük ölçüde farklılık gösterebilir. ESD önleme ve azaltma prosedürleri ve sistemleri faydalıdır ve bu web sitesindeki başka bir makalede ele alınmaktadır.