Kako nastaje opasnost od statičkog elektriciteta u elektroničkoj industriji?
Opasnosti od statičkog elektriciteta u elektroničkoj industriji mogu se podijeliti u dvije kategorije: jedna je adsorpcija prašine u zraku uzrokovana elektrostatičkim privlačenjem; drugi je dielektrični proboj uzrokovan elektrostatičkim pražnjenjem.
1. Elektrostatička adsorpcija
U procesu proizvodnje poluvodičkih komponenti, zbog opsežne upotrebe alata i materijala izrađenih od kvarca i polimera, koji imaju visoka izolacijska svojstva, neizbježno trenje tijekom upotrebe može uzrokovati kontinuirano nakupljanje površinskih naboja, povećavajući potencijal.
Zbog mehaničkih učinaka statičkog elektriciteta, prašina u zraku na radnom mjestu može se lako zalijepiti za površinu strugotine pod ovim uvjetima. Čak i male čestice prašine mogu utjecati na performanse poluvodičkih uređaja. Stoga se proizvodnja elektroničkih proizvoda mora odvijati u čistom okolišu, a operateri, alati i okoliš moraju poduzeti niz anti-statičkih mjera za sprječavanje i smanjenje opasnosti od stvaranja statičkog elektriciteta.
2. Klasifikacija dielektričnog proboja
Kvar komponenti uzrokovan statičkim elektricitetom glavni je oblik opasnosti od statičkog elektriciteta u elektroničkoj industriji. U jakom električnom polju, kako se jakost polja povećava, naboj se nakuplja. Kada dosegne određenu razinu, dielektrik gubi svoju polarizaciju i postaje vodič, što na kraju dovodi do toplinskog oštećenja. Ova pojava se naziva dielektrični proboj. Dielektrični proboj može se kategorizirati u tri vrste: toplinski proboj, kemijski proboj i električni proboj.
(1) Toplinski slom
Kada dielektrik radi, ako toplina nastala gubitkom energije premašuje toplinu koja se rasipa u okolni okoliš, temperatura dielektrika brzo raste, povećavajući vodljivost sve dok ne dođe do toplinskog oštećenja. Stoga je ključni problem kod toplinskog sloma rasipanje topline. Toplinski dizajn ključni je aspekt dizajna proizvoda.
(2) Kemijska razgradnja
Pod visokim naponom, jako električno polje može uzrokovati lokaliziranu ionizaciju sudara zraka u blizini defekata ili pora na površini dielektrika ili unutar dielektrika. Ova ionizacija uzrokuje dielektrični sjaj, stvarajući kemijske tvari-ozon i ugljični dioksid-koji smanjuju izolacijsku učinkovitost i dovode do oštećenja dielektrika.
(3) Električni kvar
Do električnog sloma dolazi kada je dielektrik izložen jakom električnom polju, uzrokujući da emitira slobodne elektrone. Slobodni elektroni se brzo povećavaju s povećanjem jakosti električnog polja, uništavajući tako izolacijska svojstva dielektrika. Očito je da je električni slom u biti uzrokovan nakupljanjem naboja; stoga, sprječavanje nakupljanja naboja može spriječiti električni kvar.
3. Elektrostatički proboj i pražnjenje
(1) Elektrostatičko pražnjenje
Iako su elektrostatičko pražnjenje i pražnjenje koje stvara vanjski stabilni izvor napajanja uzrokovani nakupljanjem naboja, imaju značajne razlike. Prvo, u slučaju elektrostatičkog pražnjenja, izvor pražnjenja je prostorni naboj, pa je stoga njegova pohranjena energija ograničena, za razliku od vanjskog izvora napajanja koji ima sposobnost kontinuiranog pražnjenja. Stoga može osigurati energiju samo za kratkoročni-lokalizirani kvar. Iako je energija elektrostatskog pražnjenja relativno mala, valni oblik njegovog pražnjenja vrlo je složen i teško ga je kontrolirati. Meki slom poluvodičkih uređaja povezan je s tim.
(2) Elektrostatički slom
Oštećenje kvara komponente uzrokovano elektrostatičkim pražnjenjem najčešća je i ozbiljna opasnost u elektroničkoj industriji, posebice u proizvodnji i sastavljanju elektroničkih proizvoda. Elektrostatičko pražnjenje može uzrokovati teški ili meki kvar uređaja. Teški kvar je-jednokratni trajni kvar uređaja, kao što je prekid strujnog kruga ili kratki spoj između izlaza i ulaza uređaja. Lagani kvar može pogoršati performanse komponenti i smanjiti njihove specifikacije, stvarajući potencijal za kvar. Budući da meki kvar uzrokuje povremeni kvar u krugovima (zbog smanjenih specifikacija) i teško ga je detektirati, uzrokuje značajne probleme za cjelokupni rad sustava i rješavanje problema. Tijekom laganog kvara, oprema još uvijek može raditi s "pogreškom", njezine performanse nisu bitno promijenjene i može proći tvorničku inspekciju, ali je sklona ponovnom kvaru u bilo kojem trenutku. Višestruki meki kvarovi mogu dovesti do teškog kvara, uzrokujući nenormalan rad opreme, rezultirajući gubicima za korisnike, štetom za ugled proizvođača i prodaju proizvoda, pa čak i nepopravljivim gubicima za državu.
4. Statički elektricitet iz ljudskog tijela
U industrijskoj proizvodnji, glavni uzrok oštećenja komponenti i smetnji u normalnom radu elektroničke opreme je elektrostatičko pražnjenje iz ljudskog tijela. Elektrostatičko pražnjenje iz ljudskog tijela može uzrokovati strujne udare i ozljede, a također može izazvati sekundarne nezgode (tj. oštećenje komponenti), stoga ga treba shvatiti ozbiljno. Statički elektricitet nastaje tako što ljudsko tijelo pretvara mehaničku energiju utrošenu tijekom svakodnevnog rada u električnu energiju. Ljudsko tijelo je statički dirigent. Kada je izoliran od zemlje (npr. cipelama od izolacijskog materijala), između tijela i zemlje stvara se kondenzator koji pohranjuje električni naboj. Napon punjenja je obično manji ili jednak 50 kV.
Vrlo uobičajena i suptilna radnja može generirati znatno visok statički napon. Kada ljudsko tijelo ispusti nabijenu tvar, ona će reagirati u različitim stupnjevima; ta se reakcija naziva osjetljivost na električni udar. Iako statički udar neće uzrokovati veću fiziološku štetu, može utjecati na zdravlje ili naškoditi tijelu.
Granica za ozljede strujnim udarom je 3,0 kV. Nadalje, dodirivanje uređaja-osjetljivih na statički elektricitet s nabijenim tijelom može oštetiti te uređaje.
III. Anti{1}}tehnologija kontrole statičkog elektriciteta (mjere)
Na temelju načela, opasnosti i zakona elektrostatičkog pražnjenja, sljedeća načela mogu se slijediti kako bi se uspostavile učinkovite anti{0}}kontrolne mjere za sprječavanje štete.
a) Uključite elektrostatičku kontrolu u dizajn
b) Spriječiti nakupljanje elektrostatičkog naboja i potisnuti i smanjiti stvaranje statičkog elektriciteta
c) Uspostavite brz i siguran kanal za pražnjenje
d) Otkrivanje i praćenje učinkovitosti anti{0}}statičkih mjera
1. Uključite elektrostatičku kontrolu u dizajn
(1) Anti{1}}antistatički dizajn proizvodnog okruženja
Anti{0}}antistatički dizajn proizvodnog okruženja za elektroničke proizvode ključ je za ESD kontrolu. Dizajn se temelji na izolacijskom filmu elektroničkih komponenti, elektrostatičkom probojnom naponu elektrostatički osjetljivih uređaja (ESDS) u cijelom stroju i anti-statičkom učinku proizvodne opreme. Proizvođači moraju odrediti određenu ESD razinu kontrole, koja je određena najosjetljivijim komponentama u proizvodnom procesu, a proizvodno okruženje mora osigurati sigurnost te razine. Prema DGJ08-83-2000 "Tehničke specifikacije za antistatički inženjering", inženjerski dizajn za kontrolu statičkog elektriciteta posebno je podijeljen u tri razine: Standard razine 1 je da apsolutna vrijednost elektrostatskog potencijala u kontrolnoj sobi nije veća od 100V; Standard razine 2 je da apsolutna vrijednost elektrostatskog potencijala u kontrolnoj sobi nije veća od 200V; Standard razine 3 je da apsolutna vrijednost elektrostatskog potencijala u kontrolnoj sobi nije veća od 1000V. Primjenjive lokacije za klasifikacijske standarde antistatičkog inženjerstva prikazane su u tablici 5 u nastavku:
Budući da je šteta od statičkog elektriciteta nevidljiva, uklanjanje ESD opasnosti zahtijeva prevenciju kao primarni pristup. U radnom području moraju biti postavljena elektrostatička zaštićena područja (EPA). Prema IEC 1340-5-1 (1995) "Opći zahtjevi za zaštitu elektroničkih uređaja", temeljni zahtjev za EPA je izjednačavanje potencijala, koje povezuje osoblje, materijale i radne površine zajedno te ih električno povezuje na zajedničko uzemljenje kako bi se spriječile potencijalne razlike između različitih objekata. Budući da se ESD ne događa između materijala koji održavaju isti potencijal ili nulti potencijal, uređaji ili sklopovne ploče s ESD-om u EPA okruženju zaštićeni su od ESD oštećenja.