Generarea, impactul și protecția electricității statice
I. Generarea de electricitate statică:
1. Frecare: În viața de zi cu zi, electricitatea statică este generată atunci când oricare două obiecte din materiale diferite intră în contact și apoi se separă. Cea mai comună metodă de generare a electricității statice este prin frecare. Cu cât izolarea unui material este mai bună, cu atât este mai ușor să generați electricitate statică prin frecare. În plus, electricitatea statică poate fi generată și atunci când oricare două obiecte de substanțe diferite intră în contact și apoi se separă.
2. Inducție: Pentru materialele conductoare, electronii pot curge liber pe suprafața lor. Dacă sunt plasați într-un câmp electric, electronii pozitivi și negativi se vor transfera datorită respingerii sarcinilor similare și atracției sarcinilor diferite.
3. Conducție: Pentru materialele conductoare, electronii pot curge liber pe suprafața lor. Dacă intră în contact cu un obiect încărcat, va avea loc transferul de încărcare.
II. Impactul electricității statice asupra industriei electronice
Miniaturizarea circuitelor, capacitatea de rezistență la tensiune mai mică și suprafața mai mică a circuitului în componentele circuitelor integrate slăbesc rezistența acestora la descărcarea electrostatică (ESD). Câmpurile și curenții electrostatici devin amenințări mortale pentru aceste componente de-densitate mare. Concomitent, utilizarea pe scară largă a materialelor foarte izolante, cum ar fi materialele plastice, crește foarte mult șansele de generare a electricității statice. Electricitatea statică este generată în viața de zi cu zi prin activități precum mersul pe jos, mișcarea aerului și manipularea. Deși se crede că numai cipurile CMOS sunt sensibile la electricitatea statică, în realitate, componentele electronice foarte integrate sunt destul de sensibile.
A. Efectele electricității statice asupra componentelor electronice
1. Electricitatea statică atrage praful, modificând impedanța dintre circuite și afectând funcționalitatea și durata de viață a produsului.
2. Câmpurile electrice sau curenții pot deteriora izolația sau conductorii componentelor, făcându-le inoperabile (complet distruse).
3. Căldura generată de câmpurile electrice instantanee sau de curenți poate deteriora componentele, permițându-le să continue să funcționeze, dar scurtându-le durata de viață.
B. Caracteristicile daunelor electrice statice:
1. Insidios: corpul uman nu poate percepe direct electricitatea statică decât dacă apare o descărcare electrostatică. Chiar și atunci, senzația de șoc electric nu este întotdeauna simțită. Acest lucru se datorează faptului că corpul uman poate percepe doar o tensiune de descărcare electrostatică de 2-3KV.
2. Latente: Unele componente electronice nu prezintă o scădere evidentă a performanței după deteriorarea electricității statice, dar descărcările repetate pot provoca daune interne, creând pericole ascunse și crescând sensibilitatea componentei la electricitatea statică. Nu există nici un remediu pentru problemele existente. 3. Aleatorie: în ce circumstanțe vor suferi componentele electronice daune de descărcare electrostatică (ESD)? Se poate spune că din momentul în care o componentă este fabricată și până când se defectează, este amenințată de ESD, iar generarea acestui ESD este aleatorie. Deoarece generarea și descărcarea ESD au loc instantaneu, acestea sunt dificil de prezis și de protejat.
4. Complexitatea daunelor ESD: Structura complexă și delicată a produselor electronice face ca timpul de lucru ESD să fie-consageratoare, intensă-de muncă și costisitoare. Adesea necesită tehnologie sofisticată, necesitând adesea utilizarea unor instrumente de precizie, cum ar fi microscoapele electronice cu scanare. Chiar și așa, unele fenomene de deteriorare ESD sunt greu de distins de daune cauzate din alte motive, ceea ce duce la interpretarea greșită a defecțiunilor ESD ca alte tipuri de defecțiuni. Înainte de a se obține o înțelegere completă a daunelor ESD, aceasta este adesea atribuită defecțiunilor timpurii sau defecțiunilor de origine necunoscută, ascunzând astfel în mod inconștient adevărata cauză a defecțiunii.
5. Severitate: În timp ce problemele ESD pot părea să afecteze doar utilizatorii produselor finite, acestea afectează de fapt producătorii la toate nivelurile, cum ar fi costurile de garanție, costurile de reparație și reputația companiei.
III. Trei tipuri de ESD
1. Tipul corpului uman: se referă la sarcina de frecare generată între corp și îmbrăcăminte în timpul activității umane. 1. Când oamenii dețin dispozitive sensibile la ESD-fără a le lega mai întâi la pământ, sarcinile triboelectrice se vor transfera la dispozitivele sensibile-ESD și provoacă daune.
2. Tipul de încărcare al dispozitivelor microelectronice: se referă la dispozitivele sensibile-ESD, în special la piese din plastic. În timpul producției automate, sunt generate sarcini triboelectrice. Aceste încărcări pot fi descărcate rapid prin linii de-rezistență scăzută către o suprafață foarte conductivă, bine împămânțată, provocând daune; sau pot cauza încărcarea componentelor metalice ale dispozitivului-sensibil la ESD prin inducție, ceea ce duce la deteriorarea.
3. Tip-indus de câmp: acest lucru apare atunci când un câmp electric puternic înconjoară dispozitivul, care poate proveni din materiale plastice sau îmbrăcăminte. Conversia electronilor are loc prin stratul de oxid. Dacă diferența de potențial depășește constanta dielectrică a stratului de oxid, se va genera un arc electric pentru a distruge stratul de oxid, rezultând un scurtcircuit.
IV. Protecție electrostatică
1. Împământare
Împământarea descarcă direct electricitatea statică la pământ printr-o conexiune prin cablu. Aceasta este cea mai directă și eficientă măsură anti-statică. Pentru conductori, împământarea este folosită în mod obișnuit, cum ar fi purtarea de curele de încheietură anti-statice și împământarea suprafețelor de lucru.
Împământarea se realizează prin următoarele metode:
1) Împământarea corpului uman prin curele de încheietură.
2) Împământarea corpului uman prin pantofi anti-statici (sau șireturi) și pardoseli anti-statice.
3) Împământarea suprafeței bancului de lucru.
4) Împământarea instrumentelor de testare, a suporturilor de scule și a fiarelor de lipit.
5) Împământarea pardoselii și covorașelor anti-statice.
6) Împământarea cărucioarelor de transport anti-statice, a cutiilor și a rafturilor ori de câte ori este posibil.
7) Împământarea scaunelor anti-esd.
2. Ecranarea electrostatică
Componentele sensibile la electrostatice pot fi expuse la electricitate statică în timpul depozitării sau transportului. Ecranarea electrostatică poate reduce impactul electricității statice externe asupra componentelor electronice. Cele mai obișnuite metode sunt folosirea pungilor de ecranare electrostatică și a cutiilor anti-statice pentru protecție. În plus, îmbrăcămintea anti-statică oferă o anumită protecție împotriva electricității statice.