Jak wyeliminować zagrożenia związane z elektrycznością statyczną
Elektryczność statyczna stanowi zagrożenie dla wszystkich produktów elektronicznych; skuteczne zapobieganie temu stanowi najwyższy priorytet w przemyśle elektronicznym.
I. Niebezpieczeństwo wyładowania elektrostatycznego dla chipów: Komputery składają się z płytek drukowanych i kart, z których większość jest produkowana przy użyciu technologii MOS; znajdujące się w nich obwody są bardzo wrażliwe na elektryczność statyczną-o wysokim napięciu. Kiedy osoba lub przedmiot przenoszący ładunek statyczny dotknie tych elementów, następuje wyładowanie elektrostatyczne (ESD). Kiedy elektryczność statyczna o wysokim-napięciu uderza w obwód MOS, wewnętrzna warstwa tlenku może zostać przebita lub zniszczona, co powoduje natychmiastową awarię lub nieprawidłowe działanie elementu. Oczywiście komponenty narażone na wyładowania elektrostatyczne nie zawsze ulegają natychmiastowej awarii-, dlatego wiele osób nie docenia tego problemu. W rzeczywistości, biorąc pod uwagę, że elektryczność statyczna jest wszechobecna w życiu codziennym, doświadczenie pokazuje, że elektryczność statyczna musi osiągnąć co najmniej 3,5 kV, aby można było ją wyczuć, ponad 4,5 kV, aby było słyszalne, i ponad 5 kV, aby wytworzyć widoczne iskry (takie jak te widoczne na swetrze).
Oprócz powodowania bezpośrednich uszkodzeń fizycznych, wyładowania elektrostatyczne mogą wywołać efekt „zatrzaśnięcia” (znany również jako pasożytniczy efekt tyrystorowy) w obwodach MOS. Powoduje to ogromny wzrost prądu wewnętrznego i awarię wewnętrznych funkcji logicznych. Gdy obwód MOS przejdzie w stan zatrzaśnięcia, pozostaje zablokowany tak długo, jak podłączone jest zasilanie; długotrwałe zatrzaskiwanie może spalić obwód lub pogorszyć jego działanie. Na przykład, jeśli „podłączanie-na gorąco” kabla drukarki powoduje nieprawidłowe działanie komputera (takie jak brak reakcji myszy lub ostrzeżenia o błędach drukarki), natychmiastowym rozwiązaniem jest wyłączenie komputera.
Aby rozwiązać ten problem, organizacje międzynarodowe ustanowiły szczegółowe standardy kategoryzujące awarie elektryczne-związane z wyładowaniami elektrostatycznymi w następujący sposób:
1. Awarie operacyjne ESD: występują, gdy użytkownik przenoszący ładunek statyczny dotknie zewnętrznych elementów komputera,-takich jak klawiatura, mysz lub przycisk resetowania. Może to prowadzić do problemów, takich jak nieoczekiwane ponowne uruchomienie, wstrzymanie lub awaria systemu. Drobne przypadki mogą wymagać zresetowania systemu lub ponownej instalacji oprogramowania, natomiast poważne przypadki mogą wymagać wymiany sprzętu.
2. Konserwacja Awarie ESD: Występują, gdy użytkownik przenoszący ładunek statyczny dotknie przewodzących metalowych części wewnątrz obudowy komputera. Na przykład dotknięcie rękami wewnętrznych płytek drukowanych lub kart może wywołać wyżej wymienione awarie. 3. Usterki ESD podczas konserwacji lub naprawy: Jeśli osoba obsługująca komputer przenosi ładunek statyczny i dotyka elementów, takich jak procesor lub płytki drukowane, powstałe wyładowania elektrostatyczne mogą spowodować uszkodzenie części.
II. Środki eliminujące ESD
1. Prawidłowe uziemienie: Nowoczesne komputery zazwyczaj zawierają przewód uziemiający podłączony do wejścia zasilania prądem zmiennym; ta linia uziemiająca jest połączona z liniami fazowymi i neutralnymi za pomocą dwóch małych kondensatorów. Słabe uziemienie może spowodować, że wrażliwi użytkownicy odczują łagodny porażenie prądem podczas dotykania metalowej obudowy (przy napięciu 110 V, ale bardzo niskim prądzie). Ponieważ chipy mają znacznie niższą tolerancję napięcia niż 110 V, nieprawidłowe uziemienie całego sprzętu komputerowego (takiego jak jednostka systemowa, drukarka i monitor) może prowadzić do uszkodzenia podzespołów, takich jak porty drukarki i karty graficzne. Wiele listew zasilających niskiej-jakości ma konstrukcję trzy-pinową, ale brakuje im rzeczywistego wewnętrznego połączenia z masą; użytkownicy powinni zachować szczególną ostrożność podczas zakupów.
2. Opakowanie do transportu chipów i płytek drukowanych: Producenci zazwyczaj traktują priorytetowo ochronę ESD, stosując-torby antystatyczne na komponenty komputerowe przed wysyłką. Materiały opakowaniowe o wysokich właściwościach izolacyjnych,-takie jak folia bąbelkowa lub styropian-są podatne na generowanie wyładowań elektrostatycznych i nie nadają się do pakowania podzespołów komputerowych.
3. Zarządzanie elektrycznością statyczną personelu: Operatorzy i technicy muszą stale mieć świadomość ryzyka związanego z wyładowaniami elektrostatycznymi i, jeśli to możliwe, unikać dotykania wewnętrznych płytek drukowanych. Jeśli konieczny jest kontakt z obwodami wewnętrznymi, należy nosić uziemiającą opaskę na nadgarstek.
4. Zarządzanie elektrycznością statyczną w miejscu pracy: Tam, gdzie to możliwe,-należy zainstalować podłogę antystatyczną (uwaga: chodzenie po dywanach może łatwo wygenerować elektryczność statyczną-o wysokim napięciu, podobnie jak niska wilgotność w pomieszczeniu). Idealny zakres wilgotności wynosi 40–60%.
5. Montaż chipów na płytkach drukowanych w celu poprawy odporności na ESD: Poszczególne chipy mają niską odporność na ESD, natomiast montaż ich na płytkach drukowanych znacznie zwiększa ich odporność. Zasada ta wyjaśnia, dlaczego podatne na ataki chipy CMOS są często transportowane ze zwartymi-pinami.