Výroba, dopad a ochrana statické elektřiny
I. Výroba statické elektřiny:
1. Tření: V každodenním životě vzniká statická elektřina, když se jakékoli dva předměty z různých materiálů dostanou do kontaktu a poté se oddělí. Nejběžnějším způsobem generování statické elektřiny je tření. Čím lepší je izolace materiálu, tím snazší je vytvářet statickou elektřinu prostřednictvím tření. Kromě toho se statická elektřina může generovat také tehdy, když se jakékoli dva předměty z různých látek dostanou do kontaktu a poté se oddělí.
2. Indukce: U vodivých materiálů mohou elektrony volně proudit po jejich povrchu. Pokud jsou umístěny v elektrickém poli, kladné a záporné elektrony se přenesou v důsledku odpuzování podobných nábojů a přitahování odlišných nábojů.
3. Vedení: U vodivých materiálů mohou elektrony volně proudit po jejich povrchu. Pokud se dostanou do kontaktu s nabitým předmětem, dojde k přenosu náboje.
II. Vliv statické elektřiny na elektronický průmysl
Miniaturizace obvodů, odolnost vůči nižšímu napětí a menší plocha obvodů v součástech integrovaných obvodů oslabuje jejich odolnost vůči elektrostatickému výboji (ESD). Elektrostatická pole a proudy se stávají smrtící hrozbou pro tyto komponenty s vysokou-hustotou. Současně rozšířené používání vysoce izolačních materiálů, jako jsou plasty, značně zvyšuje pravděpodobnost vzniku statické elektřiny. Statická elektřina vzniká v každodenním životě prostřednictvím činností, jako je chůze, pohyb vzduchu a manipulace. Zatímco se běžně věří, že pouze čipy CMOS jsou citlivé na statickou elektřinu, ve skutečnosti jsou vysoce integrované elektronické součástky poměrně citlivé.
A. Účinky statické elektřiny na elektronické součástky
1. Statická elektřina přitahuje prach, mění impedanci mezi obvody a ovlivňuje funkčnost a životnost produktu.
2. Elektrická pole nebo proudy mohou poškodit izolaci nebo vodiče součástí a učinit je nefunkčními (zcela zničeny).
3. Teplo generované okamžitými elektrickými poli nebo proudy může poškodit součásti, což jim umožní pokračovat ve funkci, ale zkrátí jejich životnost.
B. Charakteristiky poškození statickou elektřinou:
1. Zákeřný: Lidské tělo nemůže přímo vnímat statickou elektřinu, pokud nedojde k elektrostatickému výboji. Dokonce ani tehdy není vždy cítit elektrický šok. Je to proto, že lidské tělo dokáže vnímat pouze napětí elektrostatického výboje 2-3KV.
2. Latentní: Některé elektronické součástky nevykazují zjevný pokles výkonu po poškození statickou elektřinou, ale opakované výboje mohou způsobit vnitřní poškození, vytvářejí skrytá nebezpečí a zvyšují citlivost součásti na statickou elektřinu. Na existující problémy neexistuje žádný lék. 3. Náhoda: Za jakých okolností utrpí elektronické součástky poškození elektrostatickým výbojem (ESD)? Dá se říci, že od okamžiku, kdy je součástka vyrobena až do jejího selhání, je ohrožena ESD a generování tohoto ESD je náhodné. Protože ke vzniku a vybití ESD dochází okamžitě, je obtížné je předvídat a chránit před nimi.
4. Složitost poškození elektrostatickým výbojem: Složitá a jemná struktura elektronických produktů činí práci s elektrostatickým výbojem časově-náročnou, pracnou-a nákladnou. Často vyžaduje sofistikovanou technologii, která často vyžaduje použití přesných přístrojů, jako jsou rastrovací elektronové mikroskopy. I přesto je obtížné odlišit některé jevy poškození ESD od poškození způsobených jinými důvody, což vede k nesprávné interpretaci poruch ESD jako jiných typů poruch. Než se dosáhne úplného pochopení poškození ESD, je často připisováno časným selháním nebo selháním neznámého původu, čímž se nevědomě zakrývá pravá příčina selhání.
5. Závažnost: I když se může zdát, že problémy ESD ovlivňují pouze uživatele hotových výrobků, ve skutečnosti mají dopad na výrobce na všech úrovních, jako jsou náklady na záruku, náklady na opravy a pověst společnosti.
III. Tři typy ESD
1. Typ lidského těla: Týká se třecího náboje generovaného mezi tělem a oblečením během lidské činnosti. 1. Když lidé drží zařízení citlivá na ESD-, aniž by je nejprve uzemnili, triboelektrické náboje se přenesou na zařízení citlivá na ESD-a způsobí poškození.
2. Typ nabíjení mikroelektronických zařízení: Týká se zařízení citlivých na ESD-, zejména plastových dílů. Při automatizované výrobě vznikají triboelektrické náboje. Tyto náboje lze rychle vybít pomocí vedení s nízkým{4}}odporem na vysoce vodivý, pevně uzemněný povrch a způsobit poškození; nebo mohou způsobit, že se kovové části zařízení citlivého na ESD-nabijí indukcí, což má za následek poškození.
3. Pole-indukovaný typ: K tomu dochází, když zařízení obklopuje silné elektrické pole, které může pocházet z plastových materiálů nebo oděvů. Přes vrstvu oxidu dochází ke konverzi elektronů. Pokud rozdíl potenciálů překročí dielektrickou konstantu vrstvy oxidu, vytvoří se elektrický oblouk, který zničí vrstvu oxidu, což má za následek zkrat.
IV. Elektrostatická ochrana
1. Uzemnění
Uzemnění přímo vybíjí statickou elektřinu do země prostřednictvím drátového spojení. Toto je nejpřímější a nejefektivnější anti-statické opatření. U vodičů se běžně používá uzemnění, například nošením anti-statických řemínků na zápěstí a uzemněním pracovních ploch.
Uzemnění se provádí pomocí následujících metod:
1) Uzemnění lidského těla pomocí pásků na zápěstí.
2) Uzemnění lidského těla prostřednictvím anti-statických bot (nebo tkaniček) a anti-statické podlahy.
3) Zabroušení povrchu pracovního stolu.
4) Uzemnění zkušebních přístrojů, nástrojových držáků a páječek.
5) Uzemnění anti-statických podlah a rohoží.
6) Uzemnění anti-statických přepravních vozíků, krabic a regálů, kdykoli je to možné.
7) Uzemnění anti-statických židlí.
2. Elektrostatické stínění
Elektrostaticky citlivé součásti mohou být vystaveny statické elektřině během skladování nebo přepravy. Elektrostatické stínění může snížit dopad externí statické elektřiny na elektronické součástky. Nejběžnějšími metodami jsou použití elektrostatických stínících vaků a anti-statických otočných boxů pro ochranu. Antistatické oblečení navíc poskytuje určitou ochranu proti statické elektřině.