A statikus elektromosság előállítása, hatása és védelme
I. A statikus elektromosság előállítása:
1. Súrlódás: A mindennapi életben statikus elektromosság akkor keletkezik, amikor bármely két különböző anyagú tárgy érintkezik, majd szétválik. A statikus elektromosság előállításának legáltalánosabb módja a súrlódás. Minél jobb egy anyag szigetelése, annál könnyebben keletkezik a súrlódás révén statikus elektromosság. Ezenkívül statikus elektromosság akkor is keletkezhet, ha két különböző anyagból álló tárgy érintkezik, majd szétválik.
2. Indukció: Vezetőképes anyagok esetén az elektronok szabadon áramolhatnak a felületükön. Ha elektromos mezőbe helyezzük, akkor a pozitív és negatív elektronok átadódnak a hasonló töltések taszítása és az eltérő töltések vonzása miatt.
3. Vezetés: Vezető anyagok esetén az elektronok szabadon áramolhatnak a felületükön. Ha feltöltött tárggyal érintkeznek, töltésátvitel történik.
II. A statikus elektromosság hatása az elektronikai iparra
Az áramkörök miniatürizálása, az alacsonyabb feszültségállóság és az integrált áramkör-komponensek kisebb áramköri területe gyengíti az elektrosztatikus kisülésekkel szembeni ellenállásukat (ESD). Az elektrosztatikus mezők és áramok halálos fenyegetést jelentenek ezekre a nagysűrűségű{1}}komponensekre. Ezzel egyidejűleg az erősen szigetelő anyagok, például a műanyagok széles körben elterjedt alkalmazása nagyban növeli a statikus elektromosság keletkezésének esélyét. A statikus elektromosság a mindennapi életben olyan tevékenységek során keletkezik, mint a séta, a levegő mozgása és a kezelés. Bár az általános vélekedés szerint csak a CMOS chipek érzékenyek a statikus elektromosságra, a valóságban a magasan integrált elektronikus alkatrészek meglehetősen érzékenyek.
A. A statikus elektromosság hatása az elektronikai alkatrészekre
1. A statikus elektromosság magához vonzza a port, megváltoztatja az áramkörök közötti impedanciát, és befolyásolja a termék működését és élettartamát.
2. Az elektromos mezők vagy áramok károsíthatják az alkatrészek szigetelését vagy vezetőit, működésképtelenné (teljesen megsemmisülve).
3. A pillanatnyi elektromos mezők vagy áramok által generált hő károsíthatja az alkatrészeket, lehetővé téve azok működését, de lerövidítve élettartamukat.
B. A statikus elektromosság által okozott károk jellemzői:
1. Alattomos: Az emberi test nem érzékeli közvetlenül a statikus elektromosságot, hacsak nem lép fel elektrosztatikus kisülés. Még ekkor sem mindig érezhető az áramütés érzése. Az emberi szervezet ugyanis csak 2-3KV elektrosztatikus kisülési feszültséget képes érzékelni.
2. Látens: Egyes elektronikus alkatrészek nem mutatnak nyilvánvaló teljesítménycsökkenést a statikus elektromosság károsodása után, de az ismételt kisülések belső károsodást okozhatnak, rejtett veszélyeket okozva, és növelik az alkatrész statikus elektromossággal szembeni érzékenységét. A meglévő problémákra nincs gyógymód. 3. Véletlenszerűség: Milyen körülmények között szenvednek az elektronikus alkatrészek elektrosztatikus kisülés (ESD) károsodást? Elmondható, hogy attól a pillanattól kezdve, hogy egy alkatrészt legyártanak, egészen meghibásodásig fenyegeti az ESD, és ennek az ESD-nek a keletkezése véletlenszerű. Mivel az ESD kialakulása és kisülése azonnal megtörténik, nehéz megjósolni és megvédeni őket.
4. Az ESD okozta károk összetettsége: Az elektronikus termékek összetett és kényes szerkezete miatt az ESD munkaidő---, munkaigényes-és költséges. Ez gyakran kifinomult technológiát igényel, gyakran precíziós műszerek, például pásztázó elektronmikroszkópok használatát teszi szükségessé. Ennek ellenére néhány ESD-károsodási jelenséget nehéz megkülönböztetni az egyéb okok által okozott károktól, ami az ESD-hibák más típusú meghibásodásokként való félreértelmezéséhez vezet. Mielőtt az ESD-károsodás teljes megértése megvalósulna, azt gyakran korai vagy ismeretlen eredetű kudarcoknak tulajdonítják, így öntudatlanul elfedik a hiba valódi okát.
5. Súlyosság: Bár úgy tűnik, hogy az ESD-problémák csak a késztermékek felhasználóit érintik, valójában minden szinten érintik a gyártókat, például a garanciális költségeket, a javítási költségeket és a vállalat hírnevét.
III. Az ESD három típusa
1. Emberi testtípus: Ez az emberi tevékenység során a test és a ruházat között keletkező súrlódási töltésre vonatkozik. 1. Ha az emberek ESD-érzékeny eszközöket tartanak anélkül, hogy először földelték volna őket, a triboelektromos töltések átkerülnek az ESD-érzékeny eszközökre, és károkat okoznak.
2. Mikroelektronikai eszközök töltési típusa: Ez az ESD{1}}érzékeny eszközökre vonatkozik, különösen a műanyag alkatrészekre. Az automatizált gyártás során triboelektromos töltések keletkeznek. Ezek a töltések kis-ellenállású vezetékeken keresztül gyorsan kisüthetők egy erősen vezetőképes, szilárdan földelt felületre, ami kárt okoz; vagy az ESD{5}}érzékeny eszköz fém részei indukció révén feltöltődhetnek, ami károsodást okozhat.
3. Mező-indukált típus: Ez akkor fordul elő, ha erős elektromos mező veszi körül az eszközt, amely műanyagból vagy ruházatból származhat. Az elektronkonverzió az oxidrétegen keresztül megy végbe. Ha a potenciálkülönbség meghaladja az oxidréteg dielektromos állandóját, elektromos ív keletkezik, amely tönkreteszi az oxidréteget, ami rövidzárlatot eredményez.
IV. Elektrosztatikus védelem
1. Földelés
A földelés közvetlenül vezeti le a statikus elektromosságot a földre egy vezetékes csatlakozáson keresztül. Ez a legközvetlenebb és leghatékonyabb antisztatikus intézkedés. Vezetőknél általában földelést alkalmaznak, például antisztatikus csuklópánt viselésével és a munkafelületek földelésével.
A földelést a következő módszerekkel hajtják végre:
1) Az emberi test földelése csuklópántokkal.
2) Az emberi test földelése antisztatikus cipővel (vagy cipőfűzővel) és antisztatikus padlóburkolattal.
3) A munkaasztal felületének földelése.
4) Vizsgáló műszerek, szerszámtartók és forrasztópákák földelése.
5) Antisztatikus padló és szőnyeg földelése.
6) Antisztatikus szállítókocsik, dobozok és állványok földelése, amikor csak lehetséges.
7) Antisztatikus székek földelése.
2. Elektrosztatikus árnyékolás
Az elektrosztatikusan érzékeny alkatrészek tárolás vagy szállítás közben statikus elektromosságnak lehetnek kitéve. Az elektrosztatikus árnyékolás csökkentheti a külső statikus elektromosság elektronikus alkatrészekre gyakorolt hatását. A leggyakoribb módszerek az elektrosztatikus árnyékoló zsákok és az antisztatikus védődobozok használata a védelem érdekében. Ezenkívül az antisztatikus ruházat némi árnyékolást is biztosít a statikus elektromossággal szemben.