Elektrostatik Deşarj (ESD – Electrostatic Discharge), farklı elektrik potansiyeline sahip iki nesne arasında gerçekleşen ani ve kontrolsüz elektrik yük transferidir. Bu olay, genellikle triboelektrik (sürtünme yoluyla yüklenme), endüksiyon (yakın bir elektrik alan nedeniyle yük ayrışması) ve korona boşalması (yüksek elektrik alan yoğunluğu nedeniyle hava gibi yalıtkanlarda iyonizasyon) gibi fiziksel süreçlerin sonucunda oluşur.

Bu mekanizmalarda yüklenen cisimlerin ani şekilde birbirine yaklaşması veya temas etmesiyle, yük farkı hızlı bir şekilde ark (kıvılcım) şeklinde deşarj olur.

Örneğin, %10 bağıl nem koşullarında bir kişinin halı üzerinde yürümesiyle 35.000 volt seviyelerine kadar çıkabilen potansiyeller oluşabilir. Yalnızca 3.500 V’tan büyük gerilimler acı hissi yaratabilirken, 8.000 V’tan büyük olanlar gözle görünür arklar oluşturabilir.

^{ESD Oluşumunu Temsil Eden Bir Görsel (Yapay Zeka İle Oluşturulmuştur.)}

Statik Elektrik Kaynakları ve Yüklenme Biçimleri

Statik elektrik oluşumu iki ana biçimde sınıflandırılır:

• Volumetrik Statik Elektrik: Malzemenin iç yapısında oluşur.
• Yüzey Statik Elektrik: Malzemenin dış yüzeyinde meydana gelir ve endüstride karşılaşılan problemlerin büyük çoğunluğu buradan kaynaklanır.

Yüklenmeye neden olan başlıca etkenler:

• Sürtünme (triboelektrik etki): Örneğin yün halı üzerinde yürümek.
• Temas ve ayrılma: İki malzemenin temas ettikten sonra ayrılması.
• İndüksiyon: Güçlü bir elektrik alanın yakınında durmak.

Bu yüklenme, malzemenin kapasitansı (C) ve biriken yük miktarına (Q) bağlı olarak gerilim (V) oluşturur.

ESD'nin Tehlikeleri ve Etkileri

ESD, özellikle mikroelektronik devrelerde ciddi arızalara yol açar. Örneğin CMOS yapılı entegre devreler yalnızca 250V'luk bir ESD’ye maruz kalarak bozulabilir. Üretim ortamlarında %30-50 oranında ürün arızalarının nedeni ESD olarak tanımlanmıştır. 5V–100V aralığındaki ESD olayları bile mikroçiplerde kalıcı arızalara sebep olabilir.

Elektronik üretim sektöründe, arızalı mal iadelerinin neden olduğu yıllık zarar yaklaşık 45 milyar ABD doları düzeyindedir.

Deşarj sonucu zarar gören bir çipte $5 kayıp oluşurken bu çip bir devreye monte edilirse zarar $50, sistem seviyesinde $500 ve sahaya çıkan bir ürünün tamiri ise $5.000’a kadar ulaşabilmektedir.

ESD Kazalarının Gerçekleştiği Ortamlar

Soğuk ve düşük nemli bölgelerde ESD daha kolay meydana gelir. Örneğin, Alaska ve Alberta gibi bölgelerde personelin termo-koruyucu giysiler giymesi, elektrostatik yük birikimini artırır. Polietilen döşeme üzerinde yürüyen bir kişi düşük nemde 12.000 V’a kadar, el yapımı halı üzerinde ise 35.000 V’a kadar yüklenebilir.

Koruyucu Önlemler ve ESD Kontrolü

ESD’ye karşı alınan önlemler:

• Topraklama Sistemleri: Bakır levha tipi topraklayıcılar yüzey alanını artırarak topraklamanın etkinliğini artırır. İletkenliğin yüksek, yayılma direncinin düşük olduğu yapılar tercih edilir. Topraklama sistemi ile elektriksel yükler kontrollü şekilde yere iletilir.
• Antistatik Giysiler: ESD koruyucu giysiler genellikle pamuk ve iletken lif (örneğin alüminyum kaplı) karışımından üretilir. Bu giysilerin örgü topolojisi, hem yükün yayılmasını hem de ani boşalmasını önleyecek şekilde tasarlanır. Konvansiyonel topolojiler; homojen yüzey, iletken kaplama, tek yönlü iletken yapı ve ızgara şeklindedir.
• Çalışma İstasyonları: Yalıtkan yüzeyler yerine iletken malzeme kullanılan antistatik masalar, halılar ve bilekliklerle statik yük birikimi engellenir. Kurulan istasyonlar, ESD duyarlı bileşenlerin AR-GE sürecinde güvenli biçimde kullanılmasını sağlar.
• Ortam Nem Kontrolü: Bağıl nemin %40–60 aralığında tutulması statik yük birikimini büyük ölçüde azaltır. Nem oranı arttıkça yük miktarı düşmektedir.

Havacılıkta Statik Elektrik ve Yıldırım Riski

Uçaklar seyir halindeyken buz kristalleri, yağmur, kum ve egzoz gazlarıyla temas sonucu triboelektrik yüklenmeye maruz kalır. Ayrıca dışsal atmosferik alanlar da yük birikimine yol açar. Bu yükler:

• Korona boşalması
• Elektriksel akış (streaming)
• Ark (arcing)

yoluyla deşarj olur.

Yüksek voltajlara ulaşan bu yükler, radyo ve navigasyon sistemlerinde elektromanyetik parazite neden olabilir. Bu nedenle uçaklara yerleştirilen statik deşarj çubukları, yüklerin kontrollü biçimde atmosfere boşaltılmasını sağlar. Modern uçaklarda özellikle kompozit gövde kullanımı arttığı için düşük iletkenliğe sahip bu yapıların içinde iletken ağ (mesh) yapılarla yıldırım akımının yayılması sağlanır.