Kā elektronikas rūpniecībā veidojas statiskās elektrības apdraudējums?
Statiskās elektrības apdraudējumu elektronikas nozarē var iedalīt divās kategorijās: viena ir gaisā esošo putekļu adsorbcija, ko izraisa elektrostatiskā pievilcība; otrs ir dielektriskais sadalījums, ko izraisa elektrostatiskā izlāde.
1. Elektrostatiskā adsorbcija
Pusvadītāju komponentu ražošanas procesā, jo plaši tiek izmantoti instrumenti un materiāli, kas izgatavoti no kvarca un polimēriem, kuriem ir augstas izolācijas īpašības, lietošanas laikā nenovēršama berze var izraisīt nepārtrauktu virsmas lādiņu uzkrāšanos, palielinot potenciālu.
Statiskās elektrības mehāniskās iedarbības dēļ darba vietā esošie putekļi šādos apstākļos var viegli pieķerties skaidu virsmai. Pat nelielas putekļu daļiņas var ietekmēt pusvadītāju ierīču darbību. Tāpēc elektronisko izstrādājumu ražošana ir jāveic tīrā vidē, un operatoriem, instrumentiem un videi ir jāveic virkne antistatisku pasākumu, lai novērstu un samazinātu statiskās elektrības apdraudējumu.
2. Dielektriskā sadalījuma klasifikācija
Statiskās elektrības izraisīts komponentu bojājums ir galvenais statiskās elektrības apdraudējuma veids elektronikas nozarē. Spēcīgā elektriskajā laukā, palielinoties lauka stiprumam, uzkrājas lādiņš. Kad tas sasniedz noteiktu līmeni, dielektriķis zaudē savu polarizāciju un kļūst par vadītāju, kas galu galā izraisa termiskus bojājumus. Šo parādību sauc par dielektrisko sadalījumu. Dielektrisko sadalījumu var iedalīt trīs veidos: termiskais sadalījums, ķīmiskais sadalījums un elektriskais sadalījums.
(1) Termiskais sadalījums
Ja dielektriķim darbojas, ja enerģijas zudumu radītais siltums pārsniedz apkārtējā vidē izkliedēto siltumu, dielektriķa temperatūra strauji paaugstinās, palielinot vadītspēju, līdz rodas termiski bojājumi. Tāpēc galvenā termiskā sadalījuma problēma ir siltuma izkliede. Termiskais dizains ir būtisks produkta dizaina aspekts.
(2) Ķīmiskais sadalījums
Augsta sprieguma apstākļos spēcīgs elektriskais lauks var izraisīt lokālu gaisa sadursmes jonizāciju pie defektiem vai porām uz dielektriskās virsmas vai dielektrikā. Šī jonizācija izraisa dielektrisku spīdumu, radot ķīmiskas vielas -ozonu un oglekļa dioksīdu-, kas samazina izolācijas veiktspēju un izraisa dielektriskus bojājumus.
(3) Elektriskais bojājums
Elektriskais sabrukums notiek, kad dielektriķis tiek pakļauts spēcīgam elektriskajam laukam, izraisot tā brīvo elektronu emisiju. Brīvie elektroni strauji palielinās, palielinoties elektriskā lauka stiprumam, tādējādi iznīcinot dielektriķa izolācijas īpašības. Ir skaidrs, ka elektrisko sabrukumu galvenokārt izraisa lādiņa uzkrāšanās; tāpēc, novēršot lādiņu uzkrāšanos, var novērst elektrisko bojājumu.
3. Elektrostatiskais sadalījums un izlāde
(1) Elektrostatiskā izlāde
Lai gan elektrostatisko izlādi un izlādi, ko rada ārējs stabils barošanas avots, izraisa lādiņu uzkrāšanās, tām ir būtiskas atšķirības. Pirmkārt, elektrostatiskās izlādes gadījumā izlādes avots ir kosmosa lādiņš, un tāpēc tā uzkrātā enerģija ir ierobežota, atšķirībā no ārējā barošanas avota, kam ir iespēja nepārtraukti izlādēties. Tādējādi tas var nodrošināt enerģiju tikai īstermiņa -lokalizētam sadalījumam. Lai gan elektrostatiskās izlādes enerģija ir salīdzinoši maza, tās izlādes viļņu forma ir ļoti sarežģīta un grūti kontrolējama. Pusvadītāju ierīču mīkstais sadalījums ir saistīts ar to.
(2) Elektrostatiskais sadalījums
Elektrostatiskās izlādes izraisīti komponentu bojājumi ir visizplatītākais un nopietnākais apdraudējums elektronikas nozarē, jo īpaši elektronisko izstrādājumu ražošanā un montāžā. Elektrostatiskā izlāde var izraisīt stipru vai mīkstu ierīču bojājumu. Spēcīgs bojājums ir vienreizēja neatgriezeniska ierīces kļūme, piemēram, pārtraukta ķēde vai īssavienojums starp ierīces izeju un ievadi. Mīksts sadalījums var pasliktināt komponentu veiktspēju un samazināt to specifikācijas, radot kļūmes iespējamību. Tā kā mīksta pārrāvuma dēļ ķēdes periodiski nedarbojas (samazinātu specifikāciju dēļ) un to ir grūti noteikt, tas rada ievērojamas problēmas vispārējā sistēmas darbībā un traucējummeklēšanā. Mīkstas avārijas laikā iekārta joprojām var darboties ar "kļūdu", tā veiktspēja būtiski nemainās, un tā var izturēt rūpnīcas pārbaudi, taču tā jebkurā brīdī var atkal sabojāties. Vairāki vieglie bojājumi var izraisīt nopietnus bojājumus, izraisot neparastu iekārtu darbību, radot zaudējumus lietotājiem, zaudējumus ražotāja reputācijai un produktu pārdošanai, kā arī pat neatgriezeniskus zaudējumus valstij.
4. Cilvēka ķermeņa statiskā elektrība
Rūpnieciskajā ražošanā galvenais komponentu bojājumu un elektronisko iekārtu normālas darbības traucējumu cēlonis ir cilvēka ķermeņa elektrostatiskā izlāde. Elektrostatiskā izlāde no cilvēka ķermeņa var izraisīt elektriskās strāvas triecienus un traumas, kā arī var izraisīt sekundārus negadījumus (ti, detaļu bojājumus), tāpēc tas ir jāuztver nopietni. Statisko elektrību ģenerē cilvēka ķermenis, ikdienas darbā patērēto mehānisko enerģiju pārvēršot elektroenerģijā. Cilvēka ķermenis ir statisks vadītājs. Izolējot no zemes (piem., ar apaviem no izolācijas materiāla), starp korpusu un zemi veidojas kondensators, kas uzglabā elektrisko lādiņu. Uzlādes spriegums parasti ir mazāks vai vienāds ar 50 kV.
Ļoti izplatīta un smalka darbība var radīt ievērojami augstu statisko spriegumu. Kad cilvēka ķermenis izlādē uzlādētu vielu, tas reaģēs dažādās pakāpēs; šo reakciju sauc par jutīgumu pret elektrošoku. Lai gan statiskais šoks neradīs lielus fizioloģiskus bojājumus, tas var ietekmēt veselību vai kaitēt ķermenim.
Elektrošoka traumu ierobežojums ir 3,0 kV. Turklāt, pieskaroties statiskām-jutīgām ierīcēm ar uzlādētu korpusu, šīs ierīces var sabojāt.
III. Antistatiskās vadības tehnoloģija (pasākumi)
Pamatojoties uz elektrostatiskās izlādes principiem, apdraudējumiem un likumiem, var ievērot tālāk norādītos principus, lai izveidotu efektīvus anti-statiskās kontroles pasākumus, lai novērstu kaitējumu.
a) Iekļaujiet elektrostatisko vadību projektā
b) Novērst elektrostatiskā lādiņa uzkrāšanos un apspiest un samazināt statiskās elektrības veidošanos
c) Izveidot ātru un drošu izlādes kanālu
d) Noteikt un pārraudzīt antistatisko pasākumu efektivitāti
1. Dizainā iekļaujiet elektrostatisko vadību
(1) Antistatiskais ražošanas vides dizains
Elektronisko izstrādājumu ražošanas vides antistatiskais dizains ir ESD kontroles atslēga. Dizains ir balstīts uz elektronisko komponentu izolācijas plēvi, elektrostatiski jutīgo ierīču (ESDS) elektrostatisko pārrāvuma spriegumu visā iekārtā un ražošanas aprīkojuma anti-statisko veiktspēju. Ražotājiem ir jānosaka konkrēts ESD kontroles līmenis, ko nosaka ražošanas procesa jutīgākās sastāvdaļas, un ražošanas videi ir jānodrošina šī līmeņa drošība. Saskaņā ar DGJ08-83-2000 "Antistatic Engineering tehnisko specifikāciju" statiskās elektrības kontroles inženiertehniskais projekts ir īpaši sadalīts trīs līmeņos: 1. līmeņa standarts nosaka, ka elektrostatiskā potenciāla absolūtā vērtība vadības telpā nav lielāka par 100 V; 2. līmeņa standarts ir tāds, ka elektrostatiskā potenciāla absolūtā vērtība vadības telpā nav lielāka par 200 V; 3. līmeņa standarts ir tāds, ka elektrostatiskā potenciāla absolūtā vērtība vadības telpā nav lielāka par 1000 V. Antistatiskās inženierijas klasifikācijas standartu piemērojamās vietas ir parādītas 5. tabulā:
Tā kā statiskās elektrības bojājumi ir neredzami, ESD apdraudējumu novēršanai primārā pieeja ir profilakse. Darba zonā ir jāizveido aizsargājamās elektrostatiskās zonas (EPA). Saskaņā ar IEC 1340-5-1 (1995) “Vispārīgās prasības elektronisko ierīču aizsardzībai” EPA pamatprasība ir potenciālu izlīdzināšana, kas savieno personālu, materiālus un darba virsmas un elektriski savieno tos ar kopīgu zemējumu, lai novērstu potenciālās atšķirības starp dažādiem objektiem. Tā kā ESD nenotiek starp materiāliem, kas uztur tādu pašu potenciālu vai nulles potenciālu, ESD pakļautās ierīces vai shēmas plates EPA vidē ir aizsargātas pret ESD bojājumiem.