Η Παραγωγή, οι επιπτώσεις και η προστασία του στατικού ηλεκτρισμού
I. Η Παραγωγή Στατικού Ηλεκτρισμού:
1. Τριβή: Στην καθημερινή ζωή, ο στατικός ηλεκτρισμός παράγεται όταν οποιαδήποτε δύο αντικείμενα διαφορετικών υλικών έρχονται σε επαφή και στη συνέχεια χωρίζονται. Η πιο κοινή μέθοδος παραγωγής στατικού ηλεκτρισμού είναι μέσω της τριβής. Όσο καλύτερη είναι η μόνωση ενός υλικού, τόσο πιο εύκολο είναι να παράγει στατικό ηλεκτρισμό μέσω της τριβής. Επιπλέον, μπορεί επίσης να δημιουργηθεί στατικός ηλεκτρισμός όταν οποιαδήποτε δύο αντικείμενα διαφορετικών ουσιών έρχονται σε επαφή και στη συνέχεια χωρίζονται.
2. Επαγωγή: Για αγώγιμα υλικά, τα ηλεκτρόνια μπορούν να ρέουν ελεύθερα στην επιφάνειά τους. Εάν τοποθετηθούν σε ηλεκτρικό πεδίο, τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόνια θα μεταφερθούν λόγω της απώθησης παρόμοιων φορτίων και της έλξης διαφορετικών φορτίων.
3. Αγωγή: Για αγώγιμα υλικά, τα ηλεκτρόνια μπορούν να ρέουν ελεύθερα στην επιφάνειά τους. Εάν έρθουν σε επαφή με φορτισμένο αντικείμενο, θα πραγματοποιηθεί μεταφορά φορτίου.
II. Η επίδραση του στατικού ηλεκτρισμού στη βιομηχανία ηλεκτρονικών
Η σμίκρυνση του κυκλώματος, η ικανότητα αντοχής σε χαμηλότερη τάση και η μικρότερη περιοχή κυκλώματος στα εξαρτήματα ολοκληρωμένου κυκλώματος εξασθενεί την αντίστασή τους στην ηλεκτροστατική εκφόρτιση (ESD). Τα ηλεκτροστατικά πεδία και τα ρεύματα γίνονται θανατηφόρες απειλές για αυτά τα εξαρτήματα υψηλής-πυκνότητας. Ταυτόχρονα, η ευρεία χρήση υλικών υψηλής μόνωσης όπως τα πλαστικά αυξάνει σημαντικά τις πιθανότητες παραγωγής στατικού ηλεκτρισμού. Ο στατικός ηλεκτρισμός παράγεται στην καθημερινή ζωή μέσω δραστηριοτήτων όπως το περπάτημα, η κίνηση του αέρα και ο χειρισμός. Ενώ συνήθως πιστεύεται ότι μόνο τα τσιπ CMOS είναι ευαίσθητα στον στατικό ηλεκτρισμό, στην πραγματικότητα, τα εξαιρετικά ενσωματωμένα ηλεκτρονικά εξαρτήματα είναι αρκετά ευαίσθητα.
Α. Επιδράσεις Στατικού Ηλεκτρισμού σε Ηλεκτρονικά Εξαρτήματα
1. Ο στατικός ηλεκτρισμός έλκει τη σκόνη, αλλάζοντας την αντίσταση μεταξύ των κυκλωμάτων και επηρεάζοντας τη λειτουργικότητα και τη διάρκεια ζωής του προϊόντος.
2. Τα ηλεκτρικά πεδία ή τα ρεύματα μπορεί να καταστρέψουν τη μόνωση ή τους αγωγούς των εξαρτημάτων, καθιστώντας τα αδύνατα (εντελώς καταστραφέντα).
3. Η θερμότητα που παράγεται από στιγμιαία ηλεκτρικά πεδία ή ρεύματα μπορεί να καταστρέψει τα εξαρτήματα, επιτρέποντάς τους να συνεχίσουν να λειτουργούν αλλά μειώνοντας τη διάρκεια ζωής τους.
Β. Χαρακτηριστικά Βλάβης Στατικού Ηλεκτρισμού:
1. Ύπουλο: Το ανθρώπινο σώμα δεν μπορεί να αντιληφθεί άμεσα τον στατικό ηλεκτρισμό εκτός και αν συμβεί ηλεκτροστατική εκκένωση. Ακόμη και τότε, η αίσθηση ενός ηλεκτροπληξίας δεν είναι πάντα αισθητή. Αυτό συμβαίνει γιατί το ανθρώπινο σώμα μπορεί να αντιληφθεί μόνο μια τάση ηλεκτροστατικής εκφόρτισης 2-3KV.
2. Λανθάνον: Ορισμένα ηλεκτρονικά εξαρτήματα δεν παρουσιάζουν εμφανή πτώση απόδοσης μετά από ζημιά από στατικό ηλεκτρισμό, αλλά οι επαναλαμβανόμενες εκφορτίσεις μπορεί να προκαλέσουν εσωτερική βλάβη, δημιουργώντας κρυφούς κινδύνους και αυξάνοντας την ευαισθησία του εξαρτήματος στον στατικό ηλεκτρισμό. Δεν υπάρχει θεραπεία για τα υπάρχοντα προβλήματα. 3. Τυχαία: Υπό ποιες συνθήκες τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα θα υποστούν βλάβη από ηλεκτροστατική εκφόρτιση (ESD); Μπορεί να ειπωθεί ότι από τη στιγμή που κατασκευάζεται ένα εξάρτημα μέχρι να αποτύχει, απειλείται από ESD και η παραγωγή αυτού του ESD είναι τυχαία. Επειδή η δημιουργία και η εκκένωση της ESD συμβαίνουν στιγμιαία, είναι δύσκολο να προβλεφθούν και να προστατευτούν.
4. Πολυπλοκότητα της βλάβης της ESD: Η περίπλοκη και λεπτή δομή των ηλεκτρονικών προϊόντων καθιστά την εργασία της ESD- χρονοβόρα, την εργασία-εντατική και δαπανηρή. Απαιτεί συχνά εξελιγμένη τεχνολογία, συχνά απαιτώντας τη χρήση οργάνων ακριβείας όπως τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης. Ακόμα κι έτσι, ορισμένα φαινόμενα βλάβης ESD είναι δύσκολο να διακριθούν από ζημιές που προκαλούνται από άλλους λόγους, οδηγώντας στην παρερμηνεία των αστοχιών ESD ως άλλων τύπων αστοχιών. Προτού επιτευχθεί πλήρης κατανόηση της βλάβης της ESD, συχνά αποδίδεται σε πρώιμες βλάβες ή αστοχίες άγνωστης προέλευσης, καλύπτοντας έτσι ασυνείδητα την πραγματική αιτία της βλάβης.
5. Σοβαρότητα: Ενώ τα προβλήματα ESD μπορεί να φαίνεται ότι επηρεάζουν μόνο τους χρήστες τελικών προϊόντων, επηρεάζουν στην πραγματικότητα τους κατασκευαστές σε όλα τα επίπεδα, όπως το κόστος εγγύησης, το κόστος επισκευής και τη φήμη της εταιρείας.
III. Τρεις τύποι ESD
1. Τύπος ανθρώπινου σώματος: Αναφέρεται στο φορτίο τριβής που δημιουργείται μεταξύ του σώματος και των ρούχων κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης δραστηριότητας. 1. Όταν οι άνθρωποι κρατούν ευαίσθητες συσκευές ESD-χωρίς να τις γειώσουν πρώτα, τα τριβοηλεκτρικά φορτία μεταφέρονται στις ευαίσθητες συσκευές ESD-και προκαλούν ζημιά.
2. Τύπος φόρτισης μικροηλεκτρονικών συσκευών: Αναφέρεται σε ευαίσθητες συσκευές ESD-, ειδικά πλαστικά μέρη. Κατά τη διάρκεια της αυτοματοποιημένης παραγωγής, δημιουργούνται τριβοηλεκτρικά φορτία. Αυτά τα φορτία μπορούν να εκφορτιστούν γρήγορα μέσω γραμμών χαμηλής-αντίστασης σε μια εξαιρετικά αγώγιμη, σταθερά γειωμένη επιφάνεια, προκαλώντας ζημιά. ή μπορεί να προκαλέσουν φόρτιση των μεταλλικών μερών της ευαίσθητης συσκευής ESD- μέσω επαγωγής, με αποτέλεσμα να προκληθεί ζημιά.
3. Πεδίο-προκαλούμενος τύπος: Αυτό συμβαίνει όταν ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο περιβάλλει τη συσκευή, το οποίο μπορεί να προέρχεται από πλαστικά υλικά ή ρούχα. Η μετατροπή ηλεκτρονίων συμβαίνει κατά μήκος του στρώματος οξειδίου. Εάν η διαφορά δυναμικού υπερβαίνει τη διηλεκτρική σταθερά του στρώματος οξειδίου, θα δημιουργηθεί ένα ηλεκτρικό τόξο για να καταστρέψει το στρώμα του οξειδίου, με αποτέλεσμα βραχυκύκλωμα.
IV. Ηλεκτροστατική Προστασία
1. Γείωση
Η γείωση εκκενώνει απευθείας στατικό ηλεκτρισμό στη γη μέσω καλωδιακής σύνδεσης. Αυτό είναι το πιο άμεσο και αποτελεσματικό αντιστατικό μέτρο. Για τους αγωγούς, η γείωση χρησιμοποιείται συνήθως, όπως φορώντας αντιστατικούς ιμάντες καρπού και γειώσεις επιφανειών εργασίας.
Η γείωση πραγματοποιείται με τις ακόλουθες μεθόδους:
1) Γείωση του ανθρώπινου σώματος μέσω ιμάντων καρπού.
2) Γείωση του ανθρώπινου σώματος μέσω αντι-αντιστατικών παπουτσιών (ή κορδονιών παπουτσιών) και αντι-αντιστατικού δαπέδου.
3) Γείωση της επιφάνειας του πάγκου εργασίας.
4) Γείωση οργάνων δοκιμών, εργαλειοθήκες και κολλητήρια.
5) Γείωση αντιστατικών δαπέδων και χαλιών.
6) Γείωση αντιστατικών καροτσιών μεταφοράς, κιβωτίων και ραφιών όποτε είναι δυνατόν.
7) Γείωση αντιστατικών καρεκλών.
2. Ηλεκτροστατική Θωράκιση
Τα ηλεκτροστατικά ευαίσθητα εξαρτήματα ενδέχεται να εκτεθούν σε στατικό ηλεκτρισμό κατά την αποθήκευση ή τη μεταφορά. Η ηλεκτροστατική θωράκιση μπορεί να μειώσει την επίδραση του εξωτερικού στατικού ηλεκτρισμού στα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι είναι η χρήση ηλεκτροστατικών σακουλών θωράκισης και αντιστατικών κουτιών αναστροφής για προστασία. Επιπλέον, τα αντιστατικά ρούχα παρέχουν κάποια θωράκιση έναντι του στατικού ηλεκτρισμού.