Stvaranje, utjecaj i zaštita statičkog elektriciteta
I. Stvaranje statičkog elektriciteta:
1. Trenje: U svakodnevnom životu, statički elektricitet nastaje kada bilo koja dva predmeta od različitih materijala dođu u dodir i zatim se razdvoje. Najčešći način stvaranja statičkog elektriciteta je trenje. Što je bolja izolacija materijala, lakše je stvoriti statički elektricitet trenjem. Osim toga, statički elektricitet također može nastati kada bilo koja dva predmeta od različitih tvari dođu u dodir i zatim se razdvoje.
2. Indukcija: Za vodljive materijale, elektroni mogu slobodno teći po njihovoj površini. Ako se stave u električno polje, pozitivni i negativni elektroni će se prenijeti zbog odbijanja istovjetnih naboja i privlačenja različitih naboja.
3. Kondukcija: Za vodljive materijale, elektroni mogu slobodno teći po njihovoj površini. Ako dođu u kontakt s nabijenim objektom, doći će do prijenosa naboja.
II. Utjecaj statičkog elektriciteta na elektroničku industriju
Minijaturizacija sklopova, sposobnost podnošenja nižeg napona i manja površina sklopova u komponentama integriranog kruga slabi njihovu otpornost na elektrostatičko pražnjenje (ESD). Elektrostatička polja i struje postaju smrtonosna prijetnja tim-komponentama visoke gustoće. Istodobno, raširena uporaba visoko izolacijskih materijala kao što je plastika uvelike povećava šanse za stvaranje statičkog elektriciteta. Statički elektricitet se stvara u svakodnevnom životu kroz aktivnosti kao što su hodanje, kretanje zraka i rukovanje. Iako se općenito vjeruje da su samo CMOS čipovi osjetljivi na statički elektricitet, u stvarnosti su visoko integrirane elektroničke komponente prilično osjetljive.
A. Učinci statičkog elektriciteta na elektroničke komponente
1. Statički elektricitet privlači prašinu, mijenjajući impedanciju između krugova i utječući na funkcionalnost i životni vijek proizvoda.
2. Električna polja ili struje mogu oštetiti izolaciju ili vodiče komponenti, čineći ih neispravnim (potpuno uništenim).
3. Toplina koju stvaraju trenutna električna polja ili struje mogu oštetiti komponente, dopuštajući im nastavak rada, ali skraćujući im životni vijek.
B. Karakteristike oštećenja od statičkog elektriciteta:
1. Podmuklo: Ljudsko tijelo ne može izravno osjetiti statički elektricitet osim ako ne dođe do elektrostatičkog pražnjenja. Čak i tada se ne osjeća uvijek osjećaj strujnog udara. To je zato što ljudsko tijelo može osjetiti samo napon elektrostatičkog pražnjenja od 2-3KV.
2. Latentno: Neke elektroničke komponente ne pokazuju očigledan pad performansi nakon oštećenja od statičkog elektriciteta, ali ponovljena pražnjenja mogu uzrokovati unutarnja oštećenja, stvarajući skrivene opasnosti i povećavajući osjetljivost komponente na statički elektricitet. Ne postoji lijek za postojeće probleme. 3. Slučajnost: Pod kojim okolnostima će elektroničke komponente pretrpjeti oštećenja od elektrostatičkog pražnjenja (ESD)? Može se reći da od trenutka kada je komponenta proizvedena do njenog kvara, prijeti joj ESD, a generiranje ovog ESD-a je nasumično. Budući da se stvaranje i pražnjenje ESD-a događa trenutačno, teško ih je predvidjeti i zaštititi se od njih.
4. Složenost ESD oštećenja: složena i osjetljiva struktura elektroničkih proizvoda čini rad ESD-a dugotrajnim-, radno-intenzivnim i skupim. Često zahtijeva sofisticiranu tehnologiju, često zahtijeva upotrebu preciznih instrumenata kao što su skenirajući elektronski mikroskopi. Unatoč tome, neke fenomene ESD oštećenja teško je razlikovati od oštećenja uzrokovanih drugim razlozima, što dovodi do pogrešnog tumačenja ESD kvarova kao drugih vrsta kvarova. Prije nego što se postigne potpuno razumijevanje ESD štete, ona se često pripisuje ranim kvarovima ili kvarovima nepoznatog porijekla, čime se nesvjesno prikriva pravi uzrok kvara.
5. Ozbiljnost: Iako se može činiti da ESD problemi utječu samo na korisnike gotovih proizvoda, oni zapravo utječu na proizvođače na svim razinama, kao što su troškovi jamstva, troškovi popravka i ugled tvrtke.
III. Tri vrste ESD-a
1. Tip ljudskog tijela: ovo se odnosi na naboj trenja koji se stvara između tijela i odjeće tijekom ljudske aktivnosti. 1. Kada ljudi drže ESD-uređaje osjetljive bez prethodnog uzemljenja, triboelektrični naboji će se prenijeti na ESD-osjetljive uređaje i uzrokovati štetu.
2. Vrsta punjenja mikroelektroničkih uređaja: Ovo se odnosi na ESD-osjetljive uređaje, posebno plastične dijelove. Tijekom automatizirane proizvodnje stvaraju se triboelektrični naboji. Ti se naboji mogu brzo isprazniti kroz vodove niskog-otpora na visoko vodljivu, čvrsto uzemljenu površinu, uzrokujući štetu; ili mogu uzrokovati indukcijsko naelektrisanje metalnih dijelova ESD-osjetljivog uređaja, što može dovesti do oštećenja.
3. Vrsta-inducirana poljem: događa se kada jako električno polje okružuje uređaj, a može potjecati od plastičnih materijala ili odjeće. Pretvorba elektrona događa se preko oksidnog sloja. Ako razlika potencijala premaši dielektričnu konstantu oksidnog sloja, električni luk će se generirati da uništi oksidni sloj, što će rezultirati kratkim spojem.
IV. Elektrostatička zaštita
1. Uzemljenje
Uzemljenje izravno ispušta statički elektricitet u zemlju putem žičane veze. Ovo je najizravnija i najučinkovitija anti-statička mjera. Za vodiče se obično koristi uzemljenje, kao što je nošenje anti-traka za ručni zglob i uzemljenje radnih površina.
Uzemljenje se provodi na sljedeće načine:
1) Uzemljenje ljudskog tijela putem narukvica.
2) Uzemljenje ljudskog tijela pomoću anti-statičkih cipela (ili vezica) i anti-antistatičkih podova.
3) Uzemljenje površine radnog stola.
4) Uzemljenje instrumenata za ispitivanje, držača alata i lemilica.
5) Uzemljenje anti-podnih obloga i otirača.
6) Uzemljenje anti-transportnih kolica, kutija i regala kad god je to moguće.
7) Uzemljenje anti-statičkih stolica.
2. Elektrostatička zaštita
Elektrostatički osjetljive komponente mogu biti izložene statičkom elektricitetu tijekom skladištenja ili transporta. Elektrostatička zaštita može smanjiti utjecaj vanjskog statičkog elektriciteta na elektroničke komponente. Najčešće metode su korištenje elektrostatičkih zaštitnih vrećica i anti-otpornih kutija za zaštitu. Uz to, anti-odjeća pruža određenu zaštitu od statičkog elektriciteta.