Nastajanje, vpliv in zaščita statične elektrike
I. Ustvarjanje statične elektrike:
1. Trenje: V vsakdanjem življenju se statična elektrika ustvari, ko prideta katera koli dva predmeta iz različnih materialov v stik in se nato ločita. Najpogostejši način ustvarjanja statične elektrike je trenje. Boljša kot je izolacija materiala, lažje je ustvariti statično elektriko s trenjem. Poleg tega lahko statična elektrika nastane tudi, ko katera koli dva predmeta iz različnih snovi prideta v stik in se nato ločita.
2. Indukcija: Pri prevodnih materialih lahko elektroni prosto tečejo po površini. Če jih postavimo v električno polje, se pozitivni in negativni elektroni prenašajo zaradi odbijanja enakih nabojev in privlačenja drugačnih nabojev.
3. Prevod: Pri prevodnih materialih lahko elektroni prosto tečejo po površini. Če pridejo v stik z naelektrenim predmetom, pride do prenosa naboja.
II. Vpliv statične elektrike na elektronsko industrijo
Miniaturizacija vezja, zmožnost vzdržljivosti nižje napetosti in manjša površina vezja v komponentah integriranega vezja oslabi njihovo odpornost na elektrostatično razelektritev (ESD). Elektrostatična polja in tokovi postanejo smrtonosna grožnja za te-komponente z visoko gostoto. Hkrati razširjena uporaba visoko izolacijskih materialov, kot je plastika, močno poveča možnosti za nastanek statične elektrike. Statična elektrika nastaja v vsakdanjem življenju pri dejavnostih, kot so hoja, gibanje zraka in rokovanje. Čeprav se splošno verjame, da so samo čipi CMOS občutljivi na statično elektriko, so v resnici visoko integrirane elektronske komponente zelo občutljive.
A. Učinki statične elektrike na elektronske komponente
1. Statična elektrika privlači prah, spreminja impedanco med tokokrogi in vpliva na funkcionalnost in življenjsko dobo izdelka.
2. Električna polja ali tokovi lahko poškodujejo izolacijo ali vodnike komponent, zaradi česar postanejo neuporabne (popolnoma uničene).
3. Toplota, ki jo ustvarijo trenutna električna polja ali tokovi, lahko poškoduje komponente, kar jim omogoči nadaljnje delovanje, vendar skrajša njihovo življenjsko dobo.
B. Značilnosti poškodb zaradi statične elektrike:
1. Zahrbtno: Človeško telo ne more neposredno zaznati statične elektrike, razen če pride do elektrostatične razelektritve. Tudi takrat se občutek električnega udara ne čuti vedno. To je zato, ker lahko človeško telo zazna le napetost elektrostatične razelektritve 2-3KV.
2. Latentno: Nekatere elektronske komponente ne kažejo očitnega upada delovanja po poškodbi zaradi statične elektrike, vendar lahko ponavljajoče se razelektritve povzročijo notranje poškodbe, ustvarjajo skrite nevarnosti in povečajo občutljivost komponente na statično elektriko. Za obstoječe težave ni zdravila. 3. Naključnost: V kakšnih okoliščinah se bodo elektronske komponente poškodovale zaradi elektrostatične razelektritve (ESD)? Lahko rečemo, da od trenutka, ko je komponenta izdelana, do njene okvare, jo ogroža ESD, generiranje tega ESD pa je naključno. Ker do nastanka in praznjenja ESD pride v trenutku, ju je težko predvideti in se pred njo zaščititi.
4. Kompleksnost poškodb ESD: Zaradi zapletene in občutljive strukture elektronskih izdelkov je delo ESD zamudno-, delovno-intenzivno in drago. Pogosto zahteva sofisticirano tehnologijo, ki pogosto zahteva uporabo natančnih instrumentov, kot so vrstični elektronski mikroskopi. Kljub temu je nekatere pojave poškodb ESD težko ločiti od škode, ki jo povzročijo drugi razlogi, kar vodi do napačne razlage okvar ESD kot drugih vrst okvar. Preden dosežemo popolno razumevanje poškodb ESD, jih pogosto pripišemo zgodnjim okvaram ali okvaram neznanega izvora, s čimer se nezavedno prikrije pravi vzrok okvare.
5. Resnost: Čeprav se morda zdi, da težave z ESD vplivajo samo na uporabnike končnih izdelkov, dejansko vplivajo na proizvajalce na vseh ravneh, kot so stroški garancije, stroški popravil in ugled podjetja.
III. Tri vrste ESD
1. Tip človeškega telesa: To se nanaša na torni naboj, ki nastane med telesom in oblačili med človeško dejavnostjo. 1. Ko ljudje držijo naprave, občutljive na ESD-, ne da bi jih predhodno ozemljili, se triboelektrični naboji prenesejo na naprave, občutljive na ESD-, in povzročijo poškodbe.
2. Vrsta polnjenja mikroelektronskih naprav: To se nanaša na ESD-občutljive naprave, zlasti plastične dele. Med avtomatizirano proizvodnjo nastajajo triboelektrični naboji. Ti naboji se lahko hitro izpraznijo skozi nizko{4}}uporne vode na zelo prevodno, trdno ozemljeno površino, kar povzroči škodo; ali pa lahko povzročijo, da se kovinski deli ESD-občutljive naprave zaradi indukcije naelektrijo, kar povzroči poškodbe.
3. Tip-inducirane s poljem: Do tega pride, ko napravo obdaja močno električno polje, ki lahko izvira iz plastičnih materialov ali oblačil. Pretvorba elektronov poteka čez oksidno plast. Če potencialna razlika preseže dielektrično konstanto oksidne plasti, se ustvari električni oblok, ki uniči oksidno plast, kar povzroči kratek stik.
IV. Elektrostatična zaščita
1. Ozemljitev
Ozemljitev neposredno odvaja statično elektriko v zemljo prek žične povezave. To je najbolj neposreden in učinkovit proti{1}}statični ukrep. Za prevodnike se običajno uporablja ozemljitev, na primer z nošenjem anti-zapestnih trakov in ozemljitvijo delovnih površin.
Ozemljitev se izvaja z naslednjimi metodami:
1) Ozemljitev človeškega telesa preko zapestnih trakov.
2) Ozemljitev človeškega telesa z anti-statičnimi čevlji (ali vezalkami) in anti-statičnimi talnimi oblogami.
3) Ozemljitev površine delovne mize.
4) Ozemljitev instrumentov za testiranje, držal orodij in spajkalnikov.
5) Ozemljitev proti-statičnih talnih oblog in preprog.
6) Ozemljitev proti{1}}statičnih transportnih vozičkov, škatel in stojal, kadar je to mogoče.
7) Ozemljitev proti-statičnih stolov.
2. Elektrostatična zaščita
Elektrostatično občutljive komponente so lahko med shranjevanjem ali transportom izpostavljene statični elektriki. Elektrostatična zaščita lahko zmanjša vpliv zunanje statične elektrike na elektronske komponente. Najpogostejši načini so uporaba elektrostatičnih zaščitnih vrečk in anti{2}}statičnih obračalnih škatel za zaščito. Poleg tega anti-oblačila nudijo nekaj zaščite pred statično elektriko.