Statiskās elektrības radīšana, ietekme un aizsardzība
I. Statiskās elektrības ģenerēšana:
1. Berze: ikdienas dzīvē statiskā elektrība rodas, kad jebkuri divi objekti no dažādiem materiāliem saskaras un pēc tam atdalās. Visizplatītākā statiskās elektrības ģenerēšanas metode ir berze. Jo labāka materiāla izolācija, jo vieglāk ir radīt statisko elektrību berzes rezultātā. Turklāt statiskā elektrība var rasties arī tad, kad jebkuri divi dažādu vielu objekti saskaras un pēc tam atdalās.
2. Indukcija: vadošiem materiāliem elektroni var brīvi plūst pa to virsmu. Ja tie tiek novietoti elektriskajā laukā, pozitīvie un negatīvie elektroni tiks pārnesti, atgrūžot līdzīgus lādiņus un piesaistot atšķirīgus lādiņus.
3. Vadītspēja: Vadītspējīgiem materiāliem elektroni var brīvi plūst pa to virsmu. Ja tie nonāk saskarē ar uzlādētu objektu, notiks lādiņa pārnešana.
II. Statiskās elektrības ietekme uz elektronikas nozari
Shēmu miniaturizācija, zemāka sprieguma izturība un mazāks ķēdes laukums integrālās shēmas komponentos vājina to izturību pret elektrostatisko izlādi (ESD). Elektrostatiskie lauki un strāvas kļūst par nāvējošiem draudiem šiem augsta blīvuma komponentiem. Vienlaikus plaši izplatot augstas izolācijas materiālus, piemēram, plastmasu, ievērojami palielinās statiskās elektrības ģenerēšanas iespējas. Statiskā elektrība tiek ģenerēta ikdienas dzīvē, veicot tādas darbības kā pastaigas, gaisa kustība un apstrāde. Lai gan parasti tiek uzskatīts, ka tikai CMOS mikroshēmas ir jutīgas pret statisko elektrību, patiesībā ļoti integrēti elektroniskie komponenti ir diezgan jutīgi.
A. Statiskās elektrības ietekme uz elektroniskajiem komponentiem
1. Statiskā elektrība piesaista putekļus, mainot pretestību starp ķēdēm un ietekmējot izstrādājuma funkcionalitāti un kalpošanas laiku.
2. Elektriskie lauki vai strāvas var sabojāt detaļu izolāciju vai vadītājus, padarot tos nederīgus (pilnīgi iznīcinātus).
3. Siltums, ko rada momentāni elektriskie lauki vai strāvas, var sabojāt sastāvdaļas, ļaujot tām turpināt darboties, bet saīsinot to kalpošanas laiku.
B. Statiskās elektrības radīto bojājumu raksturojums:
1. Viltīgs: cilvēka ķermenis nevar tieši uztvert statisko elektrību, ja vien nenotiek elektrostatiskā izlāde. Pat tad elektriskās strāvas trieciena sajūta ne vienmēr ir jūtama. Tas ir tāpēc, ka cilvēka ķermenis var uztvert tikai elektrostatiskās izlādes spriegumu 2–3 KV.
2. Latents: daži elektroniskie komponenti neuzrāda acīmredzamu veiktspējas samazināšanos pēc statiskās elektrības bojājumiem, taču atkārtota izlāde var izraisīt iekšējus bojājumus, radot slēptas briesmas un palielinot komponenta jutību pret statisko elektrību. Esošās problēmas nevar izārstēt. 3. Nejaušība: kādos apstākļos elektroniskie komponenti cietīs no elektrostatiskās izlādes (ESD) bojājumiem? Var teikt, ka no brīža, kad komponents tiek ražots līdz tā atteicei, to apdraud ESD, un šī ESD ģenerēšana ir nejauša. Tā kā ESD veidošanās un izvadīšana notiek uzreiz, to ir grūti paredzēt un pret tiem aizsargāties.
4. ESD radīto bojājumu sarežģītība. Sarežģītā un trauslā elektronisko produktu struktūra padara ESD darba laiku-ietilpīgu, darbietilpīgu{2}}un dārgu. Bieži vien ir nepieciešamas sarežģītas tehnoloģijas, bieži vien ir jāizmanto precīzi instrumenti, piemēram, skenējošie elektronu mikroskopi. Tomēr dažas ESD bojājumu parādības ir grūti atšķirt no bojājumiem, ko izraisa citi iemesli, kā rezultātā ESD kļūmes tiek nepareizi interpretētas kā cita veida atteices. Pirms tiek panākta pilnīga izpratne par ESD bojājumiem, tas bieži tiek attiecināts uz agrīnām vai nezināmas izcelsmes kļūmēm, tādējādi neapzināti aizsedzot patieso neveiksmes cēloni.
5. Smaguma pakāpe. Lai gan šķiet, ka ESD problēmas skar tikai gatavo produktu lietotājus, tās faktiski ietekmē ražotājus visos līmeņos, piemēram, garantijas izmaksas, remonta izmaksas un uzņēmuma reputācija.
III. Trīs ESD veidi
1. Cilvēka ķermeņa tips: tas attiecas uz berzes lādiņu, kas cilvēka darbības laikā rodas starp ķermeni un apģērbu,. 1. ja cilvēki tur ESD-jutīgas ierīces, iepriekš tās neiezemējot, triboelektriskie lādiņi tiks pārnesti uz ESD-jutīgajām ierīcēm un radīs bojājumus.
2. Mikroelektronisko ierīču uzlādes veids: tas attiecas uz ESD{1}}jutīgām ierīcēm, īpaši plastmasas daļām. Automatizētās ražošanas laikā tiek ģenerēti triboelektriskie lādiņi. Šos lādiņus var ātri izlādēt pa zemas-pretestības līnijām uz ļoti vadošu, stingri iezemētu virsmu, radot bojājumus; vai arī tie var izraisīt ESD{5}}jutīgās ierīces metāla daļu uzlādi indukcijas rezultātā, izraisot bojājumus.
3. Fild{1}}type: tas notiek, ja ierīci ieskauj spēcīgs elektriskais lauks, kas var rasties no plastmasas materiāliem vai apģērba. Elektronu konversija notiek visā oksīda slānī. Ja potenciāla starpība pārsniedz oksīda slāņa dielektrisko konstanti, tiks ģenerēts elektriskais loks, lai iznīcinātu oksīda slāni, kā rezultātā rodas īssavienojums.
IV. Elektrostatiskā aizsardzība
1. Zemējums
Zemējums tieši izlādē statisko elektrību uz zemi, izmantojot vadu savienojumu. Šis ir vistiešākais un efektīvākais antistatiskais līdzeklis. Vadītājiem parasti tiek izmantots zemējums, piemēram, valkājot anti-statiskas rokas siksnas un iezemējot darba virsmas.
Zemējums tiek veikts, izmantojot šādas metodes:
1) Cilvēka ķermeņa zemējums, izmantojot rokas siksnas.
2) Cilvēka ķermeņa zemējums, izmantojot anti-statiskus apavus (vai kurpju šņores) un antistatisko grīdas segumu.
3) Darbagalda virsmas zemējums.
4) Testēšanas instrumentu, instrumentu turētāju un lodāmuru zemējums.
5) Antistatiskā grīdas seguma un paklājiņu zemējums.
6) Antistatisko transporta ratiņu, kastu un plauktu iezemēšana, kad vien iespējams.
7) Antistatisko ESD krēslu zemējums.
2. Elektrostatiskais ekranējums
Uzglabāšanas vai transportēšanas laikā elektrostatiski jutīgās detaļas var tikt pakļautas statiskās elektrības iedarbībai. Elektrostatiskais ekranējums var samazināt ārējās statiskās elektrības ietekmi uz elektroniskajiem komponentiem. Visizplatītākās metodes ir aizsardzībai izmantot elektrostatiskos aizsargmaisiņus un anti-statiskās aprites kastes. Turklāt antistatiskais apģērbs nodrošina zināmu aizsardzību pret statisko elektrību.