Thuộc cụm ứng dụng gia công theo ngành, bài này trình bày nguyên tắc kiểm soát tĩnh điện (ESD — electrostatic discharge) khi gia công cơ khí các chi tiết tiếp xúc trực tiếp hoặc gần linh kiện điện tử nhạy cảm (khay đỡ mạch, đồ gá lắp ráp, vỏ chứa linh kiện).
ANSI/ESD S20.20 là gì
ANSI/ESD S20.20 là tiêu chuẩn hệ thống (systems standard) — quy định cách XÂY DỰNG, triển khai và duy trì một chương trình kiểm soát ESD, KHÔNG phải một thông số kỹ thuật cho từng sản phẩm cụ thể. Điều này có nghĩa việc "đạt ESD S20.20" không phải là một con số đơn lẻ ghi trên bản vẽ, mà là cả một quy trình vận hành có tài liệu, có kiểm tra định kỳ — quan trọng khi trao đổi yêu cầu với xưởng gia công: cần nêu rõ MỨC ĐỘ kiểm soát cần thiết cho từng loại chi tiết, không chỉ ghi chung chung "cần đạt ESD".
Nguyên tắc nối đất — yêu cầu cốt lõi
Tiêu chuẩn quy định: mọi vật dẫn điện trong khu vực bảo vệ ESD (EPA — ESD Protected Area), bao gồm người thao tác, bàn gá, xe đẩy, thiết bị, đều phải được liên kết/nối đất vào cùng một điểm đất chung (hoặc đất tạo lập — contrived ground) đã xác định. Với đồ gá cơ khí dùng trong khu vực lắp ráp/gia công linh kiện điện tử, điều này có nghĩa: bàn gá không chỉ cần làm từ vật liệu dẫn điện (hoặc tiêu tán tĩnh điện) mà còn phải có đường nối đất xác định rõ ràng — bàn gá dẫn điện nhưng không nối đất KHÔNG đáp ứng yêu cầu.
Ngưỡng điện trở cho nối đất người thao tác
Tiêu chuẩn quy định điện trở tổng hợp (người + giày/dép + sàn) xuống đất phải nhỏ hơn 3,5×10⁷ Ω (35 megaohm) — đây là ngưỡng cụ thể duy nhất mang tính "thông số" trong một tiêu chuẩn về cơ bản là quy trình quản lý; các dây đeo cổ tay hoặc vòng nối đất gót chân là phương tiện phổ biến nhất để đạt ngưỡng này trong thực tế.
Áp dụng khi thiết kế đồ gá/khay gia công cho linh kiện điện tử
- Vật liệu bàn gá/khay: ưu tiên vật liệu tiêu tán tĩnh điện (static dissipative) hoặc dẫn điện có kiểm soát — không dùng nhựa/vật liệu cách điện thông thường (dễ tích tụ điện tích) cho các bề mặt tiếp xúc trực tiếp linh kiện nhạy cảm.
- Thiết kế đường nối đất rõ ràng: đồ gá cần có điểm nối đất xác định (ốc vít/lỗ nối dây tiếp đất), không chỉ dựa vào tiếp xúc ngẫu nhiên với bàn máy.
- Tránh vật liệu cách điện không cần thiết: các chi tiết phụ trợ (giá đỡ, kẹp) tiếp xúc gần linh kiện cũng nên xem xét vật liệu dẫn điện/tiêu tán tĩnh điện thay vì nhựa cách điện mặc định.
Thuật ngữ
- EPA (ESD Protected Area): khu vực được kiểm soát tĩnh điện theo quy trình xác định, nơi mọi vật dẫn điện đều được nối đất.
- Vật liệu tiêu tán tĩnh điện (static dissipative): vật liệu có điện trở suất trung gian giữa vật dẫn điện và vật cách điện, cho phép điện tích thoát dần có kiểm soát thay vì tích tụ hoặc phóng đột ngột.
Tài liệu tham khảo
- ANSI Blog, ANSI/ESD S20.20-2021: Protection of Electrical and Electronic Parts: https://blog.ansi.org/ansi/ansi-esd-s20-20-2021-protection-electronic-parts/
- ESDGate, Understanding ANSI/ESD S20.20: Key Concepts and Strategies: https://www.esdgate.com/ansi-esd-s20-20/