Πώς σχηματίζεται ο κίνδυνος στατικού ηλεκτρισμού στη βιομηχανία ηλεκτρονικών;
Οι κίνδυνοι στατικού ηλεκτρισμού στη βιομηχανία ηλεκτρονικών μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: η μία είναι η προσρόφηση της αερομεταφερόμενης σκόνης που προκαλείται από την ηλεκτροστατική έλξη. το άλλο είναι η διηλεκτρική διάσπαση που προκαλείται από ηλεκτροστατική εκφόρτιση.
1. Ηλεκτροστατική Προσρόφηση
Στη διαδικασία κατασκευής εξαρτημάτων ημιαγωγών, λόγω της εκτεταμένης χρήσης εργαλείων και υλικών από χαλαζία και πολυμερή, τα οποία έχουν υψηλές μονωτικές ιδιότητες, η αναπόφευκτη τριβή κατά τη χρήση μπορεί να προκαλέσει τη συνεχή συσσώρευση επιφανειακών φορτίων, αυξάνοντας το δυναμικό.
Λόγω των μηχανικών επιδράσεων του στατικού ηλεκτρισμού, η αερομεταφερόμενη σκόνη στο χώρο εργασίας μπορεί εύκολα να προσκολληθεί στην επιφάνεια του τσιπ κάτω από αυτές τις συνθήκες. Ακόμη και μικρά σωματίδια σκόνης μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση των συσκευών ημιαγωγών. Επομένως, η παραγωγή ηλεκτρονικών προϊόντων πρέπει να πραγματοποιείται σε καθαρό περιβάλλον και οι χειριστές, τα εργαλεία και το περιβάλλον πρέπει να λαμβάνουν μια σειρά αντιστατικών μέτρων για την πρόληψη και τη μείωση του σχηματισμού κινδύνων από στατικό ηλεκτρισμό.
2. Ταξινόμηση Διηλεκτρικής Βλάβης
Η διάσπαση των εξαρτημάτων που προκαλείται από τον στατικό ηλεκτρισμό είναι η κύρια μορφή κινδύνου στατικού ηλεκτρισμού στη βιομηχανία ηλεκτρονικών. Σε ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, καθώς αυξάνεται η ένταση του πεδίου, το φορτίο συσσωρεύεται. Όταν φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, το διηλεκτρικό χάνει την πόλωσή του και γίνεται αγωγός, οδηγώντας τελικά σε θερμική βλάβη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διηλεκτρική διάσπαση. Η διηλεκτρική διάσπαση μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε τρεις τύπους: θερμική διάσπαση, χημική διάσπαση και ηλεκτρική διάσπαση.
(1) Θερμική Διάσπαση
Όταν ένα διηλεκτρικό βρίσκεται σε λειτουργία, εάν η θερμότητα που παράγεται από την απώλεια ενέργειας υπερβαίνει τη θερμότητα που διαχέεται στο περιβάλλον, η θερμοκρασία του διηλεκτρικού αυξάνεται γρήγορα, αυξάνοντας την αγωγιμότητα μέχρι να συμβεί θερμική βλάβη. Επομένως, το βασικό ζήτημα στη θερμική διάσπαση είναι η απαγωγή θερμότητας. Ο θερμικός σχεδιασμός είναι μια κρίσιμη πτυχή του σχεδιασμού του προϊόντος.
(2) Χημική Διάσπαση
Υπό υψηλή τάση, ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να προκαλέσει τοπικό ιονισμό σύγκρουσης αέρα κοντά σε ελαττώματα ή πόρους στη διηλεκτρική επιφάνεια ή μέσα στο διηλεκτρικό. Αυτός ο ιονισμός προκαλεί διηλεκτρική λάμψη, δημιουργώντας χημικές ουσίες-όζον και διοξείδιο του άνθρακα-που μειώνουν την απόδοση της μόνωσης και οδηγούν σε διηλεκτρική βλάβη.
(3) Ηλεκτρική Βλάβη
Η ηλεκτρική διάσπαση συμβαίνει όταν ένα διηλεκτρικό υποβάλλεται σε ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, με αποτέλεσμα να εκπέμπει ελεύθερα ηλεκτρόνια. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια αυξάνονται γρήγορα με την αύξηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, καταστρέφοντας έτσι τις μονωτικές ιδιότητες του διηλεκτρικού. Είναι προφανές ότι η ηλεκτρική βλάβη προκαλείται ουσιαστικά από τη συσσώρευση φορτίου. Επομένως, η αποτροπή συσσώρευσης φορτίου μπορεί να αποτρέψει την ηλεκτρική βλάβη.
3. Ηλεκτροστατική Βλάβη και Εκφόρτιση
(1) Ηλεκτροστατική εκκένωση
Αν και η ηλεκτροστατική εκφόρτιση και η εκφόρτιση που παράγονται από μια εξωτερική σταθερή παροχή ρεύματος προκαλούνται και οι δύο από τη συσσώρευση φορτίου, έχουν σημαντικές διαφορές. Πρώτον, στην περίπτωση της ηλεκτροστατικής εκφόρτισης, η πηγή εκφόρτισης είναι το διαστημικό φορτίο, και επομένως η αποθηκευμένη ενέργειά του είναι περιορισμένη, σε αντίθεση με ένα εξωτερικό τροφοδοτικό που έχει τη δυνατότητα συνεχούς εκφόρτισης. Έτσι, μπορεί να παρέχει ενέργεια μόνο για βραχυπρόθεσμη-τοπική ανάλυση. Αν και η ενέργεια της ηλεκτροστατικής εκφόρτισης είναι σχετικά μικρή, η κυματομορφή της εκφόρτισης είναι πολύ περίπλοκη και δύσκολο να ελεγχθεί. Η μαλακή διάσπαση συσκευών ημιαγωγών σχετίζεται με αυτό.
(2) Ηλεκτροστατική Βλάβη
Οι ζημιές λόγω βλάβης εξαρτημάτων που προκαλούνται από ηλεκτροστατική εκφόρτιση είναι ο πιο συνηθισμένος και σοβαρός κίνδυνος στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών, ειδικά στην κατασκευή και συναρμολόγηση ηλεκτρονικών προϊόντων. Η ηλεκτροστατική εκκένωση μπορεί να προκαλέσει σκληρή βλάβη ή ήπια βλάβη των συσκευών. Η σκληρή βλάβη είναι μια μόνιμη-αποτυχία της συσκευής, όπως ένα ανοιχτό κύκλωμα ή βραχυκύκλωμα μεταξύ της εξόδου και της εισόδου της συσκευής. Η ήπια βλάβη μπορεί να υποβαθμίσει την απόδοση των εξαρτημάτων και να μειώσει τις προδιαγραφές τους, δημιουργώντας πιθανότητες αστοχίας. Επειδή η ήπια βλάβη προκαλεί διακοπτόμενη δυσλειτουργία των κυκλωμάτων (λόγω μειωμένων προδιαγραφών) και είναι δύσκολο να εντοπιστεί, προκαλεί σημαντικό πρόβλημα στη συνολική λειτουργία του συστήματος και στην αντιμετώπιση προβλημάτων. Κατά τη διάρκεια της ήπιας βλάβης, ο εξοπλισμός μπορεί να λειτουργεί με "βλάβη", η απόδοσή του δεν έχει αλλάξει ριζικά και μπορεί να περάσει από εργοστασιακή επιθεώρηση, αλλά είναι επιρρεπής σε αστοχία ξανά ανά πάσα στιγμή. Πολλαπλές ήπιες βλάβες μπορεί να οδηγήσουν σε σκληρή βλάβη, προκαλώντας μη φυσιολογική λειτουργία του εξοπλισμού, με αποτέλεσμα απώλειες για τους χρήστες, ζημιά στη φήμη του κατασκευαστή και στις πωλήσεις προϊόντων, ακόμη και ανεπανόρθωτες απώλειες για τη χώρα.
4. Στατικός ηλεκτρισμός από το ανθρώπινο σώμα
Στη βιομηχανική παραγωγή, μια κύρια αιτία βλάβης εξαρτημάτων και παρεμβολών στην κανονική λειτουργία του ηλεκτρονικού εξοπλισμού είναι η ηλεκτροστατική εκκένωση από το ανθρώπινο σώμα. Η ηλεκτροστατική εκκένωση από το ανθρώπινο σώμα μπορεί να προκαλέσει ηλεκτροπληξία και τραυματισμούς και μπορεί επίσης να προκαλέσει δευτερεύοντα ατυχήματα (δηλαδή, ζημιά εξαρτημάτων), επομένως, θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη. Ο στατικός ηλεκτρισμός παράγεται από το ανθρώπινο σώμα μετατρέποντας τη μηχανική ενέργεια που καταναλώνεται κατά την καθημερινή εργασία σε ηλεκτρική ενέργεια. Το ανθρώπινο σώμα είναι ένας στατικός αγωγός. Όταν μονώνεται από το έδαφος (π.χ. με παπούτσια από μονωτικό υλικό), σχηματίζεται ένας πυκνωτής μεταξύ του σώματος και του εδάφους, ο οποίος αποθηκεύει ηλεκτρικό φορτίο. Η τάση φόρτισης είναι συνήθως Μικρότερη ή ίση με 50 kV.
Μια πολύ κοινή και λεπτή ενέργεια μπορεί να δημιουργήσει μια σημαντικά υψηλή στατική τάση. Όταν το ανθρώπινο σώμα εκκενώνει μια φορτισμένη ουσία, θα αντιδράσει σε διάφορους βαθμούς. Αυτή η αντίδραση ονομάζεται ευαισθησία ηλεκτροπληξίας. Ενώ ένα στατικό σοκ δεν θα προκαλέσει μεγάλη φυσιολογική βλάβη, μπορεί να επηρεάσει την υγεία ή να βλάψει το σώμα.
Το όριο για τραυματισμό ηλεκτροπληξίας είναι 3,0 kV. Επιπλέον, το άγγιγμα στατικών-ευαίσθητων συσκευών με φορτισμένο σώμα μπορεί να προκαλέσει βλάβη σε αυτές τις συσκευές.
III. Τεχνολογία αντιστατικού ελέγχου (Μέτρα)-
Με βάση τις αρχές, τους κινδύνους και τους νόμους της ηλεκτροστατικής εκφόρτισης, μπορούν να ακολουθηθούν οι ακόλουθες αρχές για τη θέσπιση αποτελεσματικών αντι{0}}μέτρων ελέγχου για την αποφυγή βλάβης.
α) Ενσωματώστε ηλεκτροστατικό έλεγχο στο σχέδιο
β) Αποτρέψτε τη συσσώρευση ηλεκτροστατικού φορτίου και καταστείλετε και μειώστε την παραγωγή στατικού ηλεκτρισμού
γ) Δημιουργήστε ένα γρήγορο και ασφαλές κανάλι εκφόρτισης
δ) Εντοπίστε και παρακολουθήστε την αποτελεσματικότητα των αντιστατικών μέτρων
1. Ενσωματώστε ηλεκτροστατικό έλεγχο στο σχέδιο
(1) Αντιστατικός σχεδιασμός του περιβάλλοντος παραγωγής
Ο αντιστατικός σχεδιασμός του περιβάλλοντος παραγωγής ηλεκτρονικών προϊόντων είναι το κλειδί για τον έλεγχο ESD. Ο σχεδιασμός βασίζεται στο μονωτικό φιλμ των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, στην ηλεκτροστατική τάση διάσπασης των ηλεκτροστατικών ευαίσθητων συσκευών (ESDS) σε ολόκληρο το μηχάνημα και στην αντιστατική απόδοση του εξοπλισμού παραγωγής. Οι κατασκευαστές πρέπει να καθορίσουν ένα συγκεκριμένο επίπεδο ελέγχου ESD, το οποίο καθορίζεται από τα πιο ευαίσθητα εξαρτήματα στη διαδικασία παραγωγής, και το περιβάλλον παραγωγής πρέπει να διασφαλίζει την ασφάλεια αυτού του επιπέδου. Σύμφωνα με το DGJ08-83-2000 "Τεχνικές Προδιαγραφές για Αντιστατική Μηχανική", ο μηχανικός σχεδιασμός για τον έλεγχο του στατικού ηλεκτρισμού χωρίζεται συγκεκριμένα σε τρία επίπεδα: Το πρότυπο επιπέδου 1 είναι ότι η απόλυτη τιμή του ηλεκτροστατικού δυναμικού στον θάλαμο ελέγχου δεν είναι μεγαλύτερη από 100 V. Το πρότυπο επιπέδου 2 είναι ότι η απόλυτη τιμή του ηλεκτροστατικού δυναμικού στον θάλαμο ελέγχου δεν είναι μεγαλύτερη από 200 V. Το πρότυπο επιπέδου 3 είναι ότι η απόλυτη τιμή του ηλεκτροστατικού δυναμικού στον θάλαμο ελέγχου δεν είναι μεγαλύτερη από 1000V. Οι ισχύουσες θέσεις για τα πρότυπα ταξινόμησης αντιστατικής μηχανικής φαίνονται στον Πίνακα 5 παρακάτω:
Δεδομένου ότι η ζημιά από στατικό ηλεκτρισμό είναι αόρατη, η εξάλειψη των κινδύνων ESD απαιτεί την πρόληψη ως κύρια προσέγγιση. Πρέπει να δημιουργηθούν ηλεκτροστατικές προστατευόμενες περιοχές (EPA) στον χώρο εργασίας. Σύμφωνα με το IEC 1340-5-1 (1995) «Γενικές απαιτήσεις για την προστασία των ηλεκτρονικών συσκευών», η βασική απαίτηση για τα EPA είναι η ισοδυναμική συγκόλληση, η οποία συνδέει το προσωπικό, τα υλικά και τις επιφάνειες εργασίας μεταξύ τους και τα συνδέει ηλεκτρικά σε ένα κοινό έδαφος για την αποφυγή πιθανών διαφορών μεταξύ διαφορετικών αντικειμένων. Επειδή η ESD δεν εμφανίζεται μεταξύ υλικών που διατηρούν το ίδιο δυναμικό ή μηδενικό δυναμικό, οι συσκευές ή οι πλακέτες κυκλωμάτων που είναι επιρρεπείς σε ESD σε περιβάλλον EPA προστατεύονται από βλάβη ESD.