Jak powstaje zagrożenie elektrycznością statyczną w przemyśle elektronicznym?
Zagrożenia związane z elektrycznością statyczną w przemyśle elektronicznym można podzielić na dwie kategorie: pierwsza to adsorpcja pyłu unoszącego się w powietrzu spowodowana przyciąganiem elektrostatycznym; drugim jest przebicie dielektryczne spowodowane wyładowaniami elektrostatycznymi.
1. Adsorpcja elektrostatyczna
W procesie produkcji elementów półprzewodnikowych, ze względu na szerokie zastosowanie narzędzi i materiałów wykonanych z kwarcu i polimerów, które posiadają wysokie właściwości izolacyjne, nieuniknione tarcie podczas użytkowania może powodować ciągłą akumulację ładunków powierzchniowych, zwiększając potencjał.
W takich warunkach pył unoszący się w powietrzu w miejscu pracy może z łatwością przylegać do powierzchni wiórów ze względu na mechaniczne działanie elektryczności statycznej. Nawet małe cząsteczki kurzu mogą wpływać na działanie urządzeń półprzewodnikowych. Dlatego produkcja produktów elektronicznych musi odbywać się w czystym środowisku, a operatorzy, narzędzia i środowisko muszą zastosować szereg-środków antystatycznych, aby zapobiegać powstawaniu zagrożeń związanych z elektrycznością statyczną i ograniczać je.
2. Klasyfikacja rozkładu dielektryka
Awaria elementów spowodowana elektrycznością statyczną jest główną formą zagrożenia elektrycznością statyczną w przemyśle elektronicznym. W silnym polu elektrycznym, wraz ze wzrostem natężenia pola, gromadzi się ładunek. Kiedy osiągnie pewien poziom, dielektryk traci swoją polaryzację i staje się przewodnikiem, co ostatecznie prowadzi do uszkodzeń termicznych. Zjawisko to nazywa się rozkładem dielektrycznym. Rozpad dielektryka można podzielić na trzy typy: rozkład termiczny, rozkład chemiczny i rozkład elektryczny.
(1) Rozkład termiczny
Kiedy dielektryk działa i ciepło wytworzone w wyniku utraty energii przekracza ciepło rozproszone do otaczającego środowiska, temperatura dielektryka gwałtownie wzrasta, zwiększając przewodność, aż do wystąpienia uszkodzenia termicznego. Dlatego też głównym problemem rozkładu termicznego jest rozpraszanie ciepła. Projekt termiczny jest kluczowym aspektem projektowania produktu.
(2) Rozkład chemiczny
Pod wysokim napięciem silne pole elektryczne może powodować miejscową jonizację zderzeń powietrza w pobliżu defektów lub porów na powierzchni dielektryka lub w dielektryku. Jonizacja powoduje świecenie dielektryka, wytwarzając substancje chemiczne-ozon i dwutlenek węgla-, które zmniejszają skuteczność izolacji i prowadzą do uszkodzenia dielektryka.
(3) Awaria elektryczna
Przebicie elektryczne następuje, gdy dielektryk jest poddawany działaniu silnego pola elektrycznego, powodując emisję wolnych elektronów. Wolne elektrony szybko rosną wraz ze wzrostem natężenia pola elektrycznego, niszcząc w ten sposób właściwości izolacyjne dielektryka. Jest oczywiste, że awaria elektryczna jest zasadniczo spowodowana gromadzeniem się ładunku; dlatego zapobieganie gromadzeniu się ładunku może zapobiec awarii elektrycznej.
3. Przebicie i wyładowanie elektrostatyczne
(1) Wyładowania elektrostatyczne
Chociaż wyładowania elektrostatyczne i wyładowania generowane przez zewnętrzne stabilne źródło zasilania są spowodowane akumulacją ładunku, istnieją między nimi znaczące różnice. Po pierwsze, w przypadku wyładowań elektrostatycznych źródłem wyładowań jest ładunek kosmiczny i dlatego zgromadzona w nim energia jest ograniczona, w przeciwieństwie do zewnętrznego źródła zasilania, które ma zdolność ciągłego rozładowywania. Dlatego może dostarczać energię jedynie w przypadku-krótkoterminowego, zlokalizowanego awarii. Chociaż energia wyładowania elektrostatycznego jest stosunkowo niewielka, kształt fali wyładowania jest bardzo złożony i trudny do kontrolowania. Z tym wiąże się miękki rozkład urządzeń półprzewodnikowych.
(2) Przebicie elektrostatyczne
Uszkodzenia podzespołów spowodowane wyładowaniami elektrostatycznymi są najczęstszym i najpoważniejszym zagrożeniem w przemyśle elektronicznym, zwłaszcza przy produkcji i montażu produktów elektronicznych. Wyładowania elektrostatyczne mogą powodować twardą lub miękką awarię urządzeń. Twarda awaria to jednorazowa-trwała awaria urządzenia, taka jak przerwa w obwodzie lub zwarcie między wyjściem a wejściem urządzenia. Awaria miękka może pogorszyć wydajność komponentów i zmniejszyć ich specyfikacje, stwarzając ryzyko awarii. Ponieważ awaria miękka powoduje sporadyczne awarie obwodów (ze względu na zmniejszoną specyfikację) i jest trudna do wykrycia, powoduje poważne problemy w ogólnym działaniu systemu i rozwiązywaniu problemów. Podczas miękkiej awarii sprzęt może nadal działać z „usterką”, jego działanie nie ulega zasadniczym zmianom i może przejść kontrolę fabryczną, ale w każdej chwili jest podatne na ponowną awarię. Liczne awarie miękkie mogą prowadzić do awarii twardych, powodujących nienormalną pracę sprzętu, co skutkuje stratami dla użytkowników, szkodami dla reputacji producenta i sprzedaży produktów, a nawet nieodwracalnymi stratami dla kraju.
4. Elektryczność statyczna z ciała ludzkiego
W produkcji przemysłowej główną przyczyną uszkodzeń podzespołów i zakłóceń w normalnej pracy sprzętu elektronicznego są wyładowania elektrostatyczne wydzielane przez organizm człowieka. Wyładowania elektrostatyczne z ludzkiego ciała mogą powodować porażenie prądem i obrażenia, a także mogą być przyczyną wypadków wtórnych (tj. uszkodzenia podzespołów), dlatego należy je traktować poważnie. Prąd statyczny wytwarzany jest przez organizm ludzki, który przetwarza energię mechaniczną zużywaną podczas codziennej pracy na energię elektryczną. Ciało ludzkie jest przewodnikiem statycznym. Po odizolowaniu od ziemi (np. butami wykonanymi z materiału izolacyjnego) pomiędzy korpusem a ziemią tworzy się kondensator, przechowujący ładunek elektryczny. Napięcie ładowania jest zwykle mniejsze lub równe 50 kV.
Bardzo częste i subtelne działanie może wygenerować znacznie wysokie napięcie statyczne. Kiedy organizm ludzki wypuści naładowaną substancję, zareaguje w różnym stopniu; reakcja ta nazywana jest wrażliwością na porażenie prądem. Chociaż wstrząs statyczny nie spowoduje poważnych uszkodzeń fizjologicznych, może mieć wpływ na zdrowie lub zaszkodzić ciału.
Limit porażenia prądem elektrycznym wynosi 3,0 kV. Ponadto dotykanie naładowanymi urządzeniami-wrażliwymi na ładunki elektrostatyczne może spowodować ich uszkodzenie.
III. Technologia kontroli-antystatycznej (środki)
W oparciu o zasady, zagrożenia i prawa dotyczące wyładowań elektrostatycznych można przestrzegać poniższych zasad, aby ustalić skuteczne-środki kontroli antystatycznej zapobiegające uszkodzeniom.
a) Uwzględnij w projekcie sterowanie elektrostatyczne
b) Zapobiegać gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych oraz tłumić i ograniczać wytwarzanie elektryczności statycznej
c) Ustanowić szybki i bezpieczny kanał odprowadzający
d) Wykrywanie i monitorowanie skuteczności-środków antystatycznych
1. Uwzględnij w projekcie kontrolę elektrostatyczną
(1)-Antystatyczny projekt środowiska produkcyjnego
Antystatyczna konstrukcja środowiska produkcyjnego produktów elektronicznych jest kluczem do kontroli ESD. Projekt opiera się na warstwie izolacyjnej elementów elektronicznych, napięciu przebicia elektrostatycznego urządzeń wrażliwych na ładunki elektrostatyczne (ESDS) w całej maszynie oraz-działaniu antystatycznym sprzętu produkcyjnego. Producenci muszą określić konkretny poziom kontroli ESD, który wyznaczają najbardziej wrażliwe elementy w procesie produkcyjnym, a środowisko produkcyjne musi zapewniać bezpieczeństwo tego poziomu. Zgodnie z DGJ08-83-2000 „Specyfikacja techniczna inżynierii antystatycznej” projekt techniczny dotyczący kontroli elektryczności statycznej jest szczegółowo podzielony na trzy poziomy: Norma poziomu 1 stanowi, że wartość bezwzględna potencjału elektrostatycznego w sterowni nie jest większa niż 100 V; Standard poziomu 2 stanowi, że wartość bezwzględna potencjału elektrostatycznego w sterowni nie jest większa niż 200 V; Standard poziomu 3 stanowi, że wartość bezwzględna potencjału elektrostatycznego w sterowni nie jest większa niż 1000 V. Obowiązujące lokalizacje norm klasyfikacji inżynierii antystatycznej przedstawiono w Tabeli 5 poniżej:
Ponieważ uszkodzenia spowodowane przez ładunki elektrostatyczne są niewidoczne, głównym podejściem do eliminacji zagrożeń ESD jest zapobieganie. W obszarze pracy należy utworzyć obszary chronione przed wyładowaniami elektrostatycznymi (EPA). Zgodnie z normą IEC 1340-5-1 (1995) „Ogólne wymagania dotyczące ochrony urządzeń elektronicznych” podstawowym wymaganiem dla EPA jest połączenie wyrównawcze, które łączy ze sobą personel, materiały i powierzchnie robocze oraz łączy je elektrycznie ze wspólnym uziemieniem, aby zapobiec różnicom potencjałów między różnymi obiektami. Ponieważ ESD nie występuje pomiędzy materiałami, które zachowują ten sam lub zerowy potencjał, urządzenia lub płytki drukowane podatne na ESD w środowisku EPA są chronione przed uszkodzeniami ESD.