Wytwarzanie, wpływ i ochrona elektryczności statycznej
I. Wytwarzanie elektryczności statycznej:
1. Tarcie: W życiu codziennym elektryczność statyczna powstaje, gdy dowolne dwa obiekty z różnych materiałów stykają się, a następnie rozdzielają. Najpopularniejszą metodą wytwarzania elektryczności statycznej jest tarcie. Im lepsza izolacja materiału, tym łatwiej jest wygenerować elektryczność statyczną w wyniku tarcia. Ponadto elektryczność statyczna może być również generowana, gdy dowolne dwa obiekty z różnych substancji zetkną się, a następnie rozdzielą.
2. Indukcja: W przypadku materiałów przewodzących elektrony mogą swobodnie przepływać po ich powierzchni. Umieszczone w polu elektrycznym elektrony dodatnie i ujemne będą przemieszczać się w wyniku odpychania podobnych ładunków i przyciągania różnych ładunków.
3. Przewodnictwo: W przypadku materiałów przewodzących elektrony mogą swobodnie przepływać po ich powierzchni. Jeśli wejdą w kontakt z naładowanym przedmiotem, nastąpi przeniesienie ładunku.
II. Wpływ elektryczności statycznej na przemysł elektroniczny
Miniaturyzacja obwodów, niższa odporność na napięcie i mniejsza powierzchnia obwodów w elementach układów scalonych osłabiają ich odporność na wyładowania elektrostatyczne (ESD). Pola i prądy elektrostatyczne stają się śmiertelnym zagrożeniem dla tych-komponentów o dużej gęstości. Jednocześnie powszechne stosowanie materiałów o wysokiej izolacji, takich jak tworzywa sztuczne, znacznie zwiększa ryzyko wytwarzania elektryczności statycznej. Elektryczność statyczna jest wytwarzana w życiu codziennym podczas takich czynności, jak chodzenie, ruch powietrza i manipulowanie przedmiotami. Chociaż powszechnie uważa się, że tylko chipy CMOS są wrażliwe na elektryczność statyczną, w rzeczywistości wysoce zintegrowane komponenty elektroniczne są dość wrażliwe.
A. Wpływ elektryczności statycznej na elementy elektroniczne
1. Elektryczność statyczna przyciąga kurz, zmieniając impedancję pomiędzy obwodami i wpływając na funkcjonalność i żywotność produktu.
2. Pola elektryczne lub prądy mogą uszkodzić izolację lub przewody elementów, powodując ich niesprawność (całkowite zniszczenie).
3. Ciepło generowane przez chwilowe pola elektryczne lub prądy może uszkodzić komponenty, umożliwiając im dalsze funkcjonowanie, ale skracając ich żywotność.
B. Charakterystyka uszkodzeń spowodowanych elektrycznością statyczną:
1. Podstępne: Ciało ludzkie nie jest w stanie bezpośrednio dostrzec elektryczności statycznej, chyba że nastąpi wyładowanie elektrostatyczne. Nawet wtedy nie zawsze odczuwa się wrażenie porażenia prądem. Dzieje się tak dlatego, że organizm ludzki może dostrzec jedynie napięcie wyładowania elektrostatycznego o wartości 2-3 KV.
2. Utajone: Niektóre komponenty elektroniczne nie wykazują wyraźnego spadku wydajności po uszkodzeniu przez elektryczność statyczną, ale powtarzające się wyładowania mogą powodować uszkodzenia wewnętrzne, tworząc ukryte zagrożenia i zwiększając wrażliwość komponentu na elektryczność statyczną. Nie ma lekarstwa na istniejące problemy.. 3. Losowość: w jakich okolicznościach komponenty elektroniczne ulegną uszkodzeniu w postaci wyładowań elektrostatycznych (ESD)? Można powiedzieć, że od momentu wyprodukowania komponentu aż do jego awarii, jest on zagrożony wyładowaniami elektrostatycznymi, a generowanie tego wyładowania elektrostatycznego ma charakter losowy. Ponieważ powstawanie i wyładowania ESD zachodzą natychmiast, trudno je przewidzieć i zabezpieczyć przed nimi.
4. Złożoność uszkodzeń wywołanych wyładowaniami elektrostatycznymi: złożona i delikatna struktura produktów elektronicznych sprawia, że prace związane z wyładowaniami elektrostatycznymi są-czasochłonne, pracochłonne-i kosztowne. Często wymaga zaawansowanej technologii, często wymagającej użycia precyzyjnych instrumentów, takich jak skaningowy mikroskop elektronowy. Mimo to niektóre zjawiska uszkodzeń ESD są trudne do odróżnienia od uszkodzeń spowodowanych innymi przyczynami, co prowadzi do błędnej interpretacji awarii ESD jako innych rodzajów awarii. Zanim zostanie osiągnięte pełne zrozumienie uszkodzeń ESD, często przypisuje się je wczesnym awariom lub awariom nieznanego pochodzenia, w ten sposób nieświadomie przesłaniając prawdziwą przyczynę awarii.
5. Dotkliwość: Chociaż może się wydawać, że problemy ESD dotykają tylko użytkowników gotowych produktów, w rzeczywistości wpływają one na producentów na wszystkich poziomach, takich jak koszty gwarancji, koszty napraw i reputacja firmy.
III. Trzy typy ESD
1. Typ ciała ludzkiego: odnosi się do ładunku tarcia generowanego pomiędzy ciałem a ubraniem podczas aktywności człowieka.. 1. Kiedy ludzie trzymają urządzenia-wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne bez uprzedniego ich uziemienia, ładunki tryboelektryczne będą przenoszone na urządzenia-wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne i spowodują ich uszkodzenie.
2. Rodzaj ładowania urządzeń mikroelektronicznych: odnosi się to do urządzeń wrażliwych na wyładowania elektrostatyczne-, zwłaszcza części plastikowych. Podczas zautomatyzowanej produkcji generowane są ładunki tryboelektryczne. Ładunki te mogą zostać szybko rozładowane przez linie o niskiej-oporności do silnie przewodzącej, mocno uziemionej powierzchni, powodując uszkodzenia; lub mogą spowodować naładowanie metalowych części urządzenia wrażliwego na wyładowania elektrostatyczne-wyładowaniami elektrostatycznymi, w wyniku indukcji, co może spowodować uszkodzenie.
3. Typ indukowany polem-: Dzieje się tak, gdy urządzenie otacza silne pole elektryczne, które może pochodzić od materiałów plastikowych lub odzieży. Konwersja elektronów zachodzi w poprzek warstwy tlenku. Jeśli różnica potencjałów przekroczy stałą dielektryczną warstwy tlenku, wytworzy się łuk elektryczny, który zniszczy warstwę tlenku, co spowoduje zwarcie.
IV. Ochrona elektrostatyczna
1. Uziemienie
Uziemienie bezpośrednio odprowadza elektryczność statyczną do ziemi poprzez połączenie przewodowe. Jest to najbardziej bezpośredni i skuteczny środek antystatyczny. W przypadku przewodników powszechnie stosuje się uziemienie, na przykład poprzez noszenie-antystatycznych opasek na nadgarstki i uziemianie powierzchni roboczych.
Uziemienie realizuje się następującymi metodami:
1) Uziemienie ciała ludzkiego za pomocą opasek na nadgarstki.
2) Uziemienie ciała ludzkiego za pomocą-butów antystatycznych (lub sznurowadeł) i-podłogi antystatycznej.
3) Uziemienie powierzchni stołu warsztatowego.
4) Uziemienie przyrządów testowych, uchwytów narzędziowych i lutownic.
5) Uziemienie-antystatycznych podłóg i mat.
6) Jeśli to możliwe, uziemiaj-antystatyczne wózki transportowe, pudła i stojaki.
7) Uziemienie-antystatycznych krzeseł ESD.
2. Ekranowanie elektrostatyczne
Elementy wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne mogą być narażone na działanie elektryczności statycznej podczas przechowywania lub transportu. Ekranowanie elektrostatyczne może zmniejszyć wpływ zewnętrznej elektryczności statycznej na elementy elektroniczne. Najpopularniejszymi metodami ochrony są worki z ekranem elektrostatycznym i-antystatyczne skrzynki obrotowe. Ponadto-odzież antystatyczna zapewnia pewną ochronę przed elektrycznością statyczną.