Proizvodnja, uticaj i zaštita statičkog elektriciteta
I. Proizvodnja statičkog elektriciteta:
1. Trenje: U svakodnevnom životu, statički elektricitet nastaje kada bilo koja dva objekta od različitih materijala dođu u kontakt i zatim se razdvoje. Najčešći način stvaranja statičkog elektriciteta je trenjem. Što je materijal bolja izolacija, lakše je generirati statički elektricitet kroz trenje. Osim toga, statički elektricitet se također može generirati kada bilo koja dva objekta od različitih tvari dođu u kontakt i zatim se razdvoje.
2. Indukcija: Za provodljive materijale, elektroni mogu slobodno teći po njihovoj površini. Ako se stave u električno polje, pozitivni i negativni elektroni će se prenositi zbog odbijanja sličnih naboja i privlačenja različitih naboja.
3. Provodnost: Za provodljive materijale, elektroni mogu slobodno teći po njihovoj površini. Ako dođu u kontakt sa nabijenim objektom, doći će do prijenosa naboja.
II. Utjecaj statičkog elektriciteta na elektronsku industriju
Minijaturizacija kola, mogućnost otpornosti na niži napon i manja površina kola u komponentama integrisanog kola slabi njihovu otpornost na elektrostatičko pražnjenje (ESD). Elektrostatička polja i struje postaju smrtonosne prijetnje ovim komponentama visoke{1}}gustine. Istovremeno, široka upotreba visokoizolacijskih 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 uobičajeno vjeruje da su samo CMOS čipovi osjetljivi na statički elektricitet, u stvarnosti su visoko integrirane elektronske komponente prilično osjetljive.
A. Efekti statičkog elektriciteta na elektronske komponente
1. Statički elektricitet privlači prašinu, mijenjajući impedanciju između kola i utječući na funkcionalnost i vijek trajanja proizvoda.
2. Električna polja ili struje mogu oštetiti izolaciju ili provodnike komponenti, čineći ih nefunkcionalnim (potpuno uništenim).
3. Toplota koju stvaraju trenutna električna polja ili struje može oštetiti komponente, omogućavajući im da nastave s radom, ali skraćujući njihov vijek trajanja.
B. Karakteristike oštećenja od statičkog elektriciteta:
1. Podmuklo: Ljudsko tijelo ne može direktno percipirati statički elektricitet osim ako se ne pojavi elektrostatičko pražnjenje. Čak i tada, osjećaj električnog udara se ne osjeća uvijek. To je zato što ljudsko tijelo može osjetiti samo napon elektrostatičkog pražnjenja od 2-3KV.
2. Latentno: Neke elektronske komponente ne pokazuju očigledan pad performansi nakon oštećenja statičkog elektriciteta, ali ponovljena pražnjenja mogu uzrokovati unutrašnja oštećenja, stvarajući skrivene opasnosti i povećavajući osjetljivost komponente na statički elektricitet. Ne postoji lijek za postojeće probleme. 3. Slučajnost: Pod kojim okolnostima će elektronske komponente pretrpjeti oštećenja od elektrostatičkog pražnjenja (ESD)? Može se reći da je od trenutka kada je komponenta proizvedena do kvara, ugrožena ESD-om, a generisanje ovog ESD-a je nasumično. Budući da se stvaranje i pražnjenje ESD-a dešavaju trenutno, teško ih je predvidjeti i zaštititi od njih.
4. Složenost ESD oštećenja: Složena i delikatna struktura elektronskih proizvoda čini ESD rad-zahtjevim, radno-intenzivnim i skupim. Često zahtijeva sofisticiranu tehnologiju, koja često zahtijeva upotrebu preciznih instrumenata kao što su skenirajući elektronski mikroskopi. Čak i tako, 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 oštećenja, ono se često pripisuje ranim kvarovima ili kvarovima nepoznatog porijekla, čime se nesvjesno prikriva pravi uzrok kvara.
5. Ozbiljnost: Iako se čini da problemi sa ESD-om utiču samo na korisnike gotovih proizvoda, oni zapravo utiču na proizvođače na svim nivoima, kao što su troškovi garancije, troškovi popravke i reputacija kompanije.
III. Tri vrste ESD-a
1. Tip ljudskog tijela: Ovo se odnosi na naboj trenja koji se stvara između tijela i odjeće tokom ljudske aktivnosti. 1. Kada ljudi drže uređaje osjetljive na ESD-a bez prethodnog uzemljenja, triboelektrični naboji će se prenijeti na ESD-osjetljive uređaje i uzrokovati štetu.
2. Vrsta punjenja mikroelektronskih uređaja: Ovo se odnosi na uređaje osjetljive na ESD-, posebno plastične dijelove. Tokom automatizovane proizvodnje, generišu se triboelektrični naboji. Ova naelektrisanja se mogu brzo isprazniti kroz vodove niske{4}}otpornosti na visoko provodljivu, čvrsto uzemljenu površinu, uzrokujući štetu; ili mogu uzrokovati da se metalni dijelovi ESD-osjetljivog uređaja napune indukcijom, što rezultira oštećenjem.
3. Polje-indukovani tip: Ovo se dešava kada snažno električno polje okružuje uređaj, koje može poticati od plastičnih materijala ili odjeće. Konverzija elektrona odvija se preko oksidnog sloja. Ako razlika potencijala premašuje dielektričnu konstantu oksidnog sloja, stvorit će se električni luk koji će uništiti oksidni sloj, što će rezultirati kratkim spojem.
IV. Elektrostatička zaštita
1. Uzemljenje
Uzemljenje direktno ispušta statički elektricitet u zemlju preko žičane veze. Ovo je najdirektnija i najefikasnija antistatička mjera. Za provodnike se obično koristi uzemljenje, kao što je nošenje anti-statičkih narukvica i uzemljenje radnih površina.
Uzemljenje se izvodi na sljedeće metode:
1) Uzemljenje ljudskog tijela preko narukvica.
2) Uzemljenje ljudskog tijela putem anti-statičkih cipela (ili pertle) i anti-statičkih podova.
3) Uzemljenje površine radnog stola.
4) Uzemljenje instrumenata za ispitivanje, držača alata i lemilica.
5) Uzemljenje anti-statičkih podova i prostirki.
6) Uzemljenje anti-statičkih transportnih kolica, kutija i regala kad god je to moguće.
7) Uzemljenje anti-statičkih stolica.
2. Elektrostatička zaštita
Komponente osjetljive na elektrostatiku mogu biti izložene statičkom elektricitetu tokom skladištenja ili transporta. Elektrostatička zaštita može smanjiti utjecaj vanjskog statičkog elektriciteta na elektronske komponente. Najčešći metodi su korištenje elektrostatičkih zaštitnih vreća i anti-statičkih obrtnih kutija za zaštitu. Osim toga, anti-statička odjeća pruža određenu zaštitu od statičkog elektriciteta.