Како настаје опасност од статичког електрицитета у електронској индустрији?
Опасности од статичког електрицитета у електронској индустрији могу се поделити у две категорије: једна је адсорпција прашине у ваздуху изазвана електростатичким привлачењем; други је пробој диелектрика изазван електростатичким пражњењем.
1. Електростатичка адсорпција
У процесу производње полупроводничких компоненти, због широке употребе алата и материјала направљених од кварца и полимера, који имају висока изолациона својства, неизбежно трење током употребе може проузроковати континуирано акумулирање површинских наелектрисања, повећавајући потенцијал.
Због механичких ефеката статичког електрицитета, прашина у ваздуху на радном месту може лако да се залепи за површину чипа у овим условима. Чак и мале честице прашине могу утицати на перформансе полупроводничких уређаја. Због тога се производња електронских производа мора одвијати у чистом окружењу, а оператери, алати и околина морају предузети низ анти-мера за спречавање и смањење настанка опасности од статичког електрицитета.
2. Класификација диелектричног пробоја
Квар компоненти узрокован статичким електрицитетом је главни облик опасности од статичког електрицитета у електронској индустрији. У јаком електричном пољу, како се јачина поља повећава, наелектрисање се акумулира. Када достигне одређени ниво, диелектрик губи поларизацију и постаје проводник, што на крају доводи до термичког оштећења. Ова појава се назива диелектрични слом. Диелектрични слом се може категорисати у три типа: термички слом, хемијски слом и електрични слом.
(1) Термички квар
Када је диелектрик у раду, ако топлота настала губитком енергије премашује топлоту која се распршује у околину, температура диелектрика брзо расте, повећавајући проводљивост све док не дође до топлотног оштећења. Стога је кључно питање у термичком распаду расипање топлоте. Топлотни дизајн је кључни аспект дизајна производа.
(2) Хемијски слом
Под високим напоном, јако електрично поље може изазвати локализовану јонизацију судара у близини дефеката или пора на површини диелектрика или унутар диелектрика. Ова јонизација изазива диелектрични сјај, стварајући хемијске супстанце-озон и угљен-диоксид-који смањују перформансе изолације и доводе до оштећења диелектрика.
(3) Електрични квар
Електрични слом настаје када је диелектрик подвргнут јаком електричном пољу, због чега емитује слободне електроне. Слободни електрони се брзо повећавају са повећањем јачине електричног поља, уништавајући тако изолациона својства диелектрика. Очигледно је да је електрични квар у суштини узрокован акумулацијом наелектрисања; стога, спречавање акумулације наелектрисања може спречити електрични квар.
3. Електростатички слом и пражњење
(1) Електростатичко пражњење
Иако су електростатичко пражњење и пражњење које генерише екстерно стабилно напајање узроковано акумулацијом наелектрисања, они имају значајне разлике. Прво, у случају електростатичког пражњења, извор пражњења је просторно наелектрисање, па је стога његова ускладиштена енергија ограничена, за разлику од екстерног напајања које има способност непрекидног пражњења. Дакле, може да обезбеди енергију само за краткорочни-локални квар. Иако је енергија електростатичког пражњења релативно мала, његов таласни облик пражњења је веома сложен и тешко га је контролисати. Са овим је повезан меки квар полупроводничких уређаја.
(2) Електростатички квар
Оштећење компоненти изазвано електростатичким пражњењем је најчешћа и озбиљна опасност у електронској индустрији, посебно у производњи и склапању електронских производа. Електростатичко пражњење може изазвати тежак или меки квар уређаја. Тешки квар је једнократни-трајни квар уређаја, као што је прекид кола или кратак спој између излаза и улаза уређаја. Меки квар може деградирати перформансе компоненти и смањити њихове спецификације, стварајући потенцијал за квар. Пошто меки квар доводи до повременог квара кола (због смањених спецификација) и тешко га је открити, то узрокује значајне проблеме у целокупном раду система и решавању проблема. Током меког квара, опрема и даље може да ради са „кваром“, њене перформансе нису суштински промењене и може проћи фабричку инспекцију, али је поново склона квару у било ком тренутку. Вишеструки меки кварови могу довести до тешког квара, узрокујући ненормалан рад опреме, што доводи до губитака за кориснике, оштећења репутације произвођача и продаје производа, па чак и ненадокнадивих губитака за земљу.
4. Статички електрицитет из људског тела
У индустријској производњи, главни узрок оштећења компоненти и сметњи у нормалном раду електронске опреме је електростатичко пражњење из људског тела. Електростатичко пражњење из људског тела може да изазове струјни удар и повреде, а може да изазове и секундарне незгоде (тј. оштећење компоненти), стога га треба схватити озбиљно. Статички електрицитет настаје тако што људско тело претвара механичку енергију утрошену током свакодневног рада у електричну енергију. Људско тело је статички проводник. Када се изолује од земље (нпр. ципелама од изолационог материјала), између тела и земље се формира кондензатор који чува електрични набој. Напон пуњења је обично мањи или једнак 50 кВ.
Веома уобичајена и суптилна акција може да генерише знатно висок статички напон. Када људско тело испусти наелектрисану супстанцу, оно ће реаговати у различитим степенима; ова реакција се назива осетљивост на електрични удар. Иако статички шок неће изазвати веће физиолошке штете, може утицати на здравље или нанети штету телу.
Граница за повреде од струјног удара је 3,0 кВ. Штавише, додиривање уређаја{2}}осетљивих на статички електрицитет са напуњеним телом може да оштети ове уређаје.
ИИИ. Анти-технологија за контролу статичке (мере)
На основу принципа, опасности и закона електростатичког пражњења, следећи принципи се могу пратити да би се успоставиле ефикасне антистатичке мере контроле како би се спречила штета.
а) Укључите електростатичку контролу у дизајн
б) Спречити накупљање електростатичког наелектрисања и потиснути и смањити стварање статичког електрицитета
ц) Успоставити брз и сигуран канал за пражњење
д) Откривање и праћење ефикасности антистатичких мера
1. Укључите електростатичку контролу у дизајн
(1) Анти-дизајн производног окружења
Анти-статички дизајн производног окружења за електронске производе је кључ за ЕСД контролу. Дизајн је заснован на изолационом филму електронских компоненти, електростатичком пробојном напону уређаја осетљивих на електростатику (ЕСДС) у целој машини и антистатичким перформансама производне опреме. Произвођачи морају одредити специфичан ниво контроле ЕСД-а, који је одређен најосетљивијим компонентама у производном процесу, а производно окружење мора да обезбеди сигурност овог нивоа. Према ДГЈ08-83-2000 „Техничке спецификације за антистатичко инжењерство“, инжењерски дизајн за контролу статичког електрицитета је посебно подељен на три нивоа: Стандард нивоа 1 је да апсолутна вредност електростатичког потенцијала у контролној соби није већа од 100В; Стандард нивоа 2 је да апсолутна вредност електростатичког потенцијала у контролној соби није већа од 200В; Стандард нивоа 3 је да апсолутна вредност електростатичког потенцијала у контролној соби није већа од 1000В. Применљиве локације за стандарде класификације антистатичког инжењеринга приказане су у табели 5 испод:
Пошто је оштећење од статичког електрицитета невидљиво, елиминисање опасности од електростатичког удара захтева превенцију као примарни приступ. У радном простору морају бити постављене електростатичке заштићене области (ЕПА). Према ИЕЦ 1340-5-1 (1995) „Општи захтеви за заштиту електронских уређаја“, основни захтев за ЕПА је изједначавање потенцијала, које повезује особље, материјале и радне површине заједно и електрично их повезује са заједничким уземљењем како би се спречиле потенцијалне разлике између различитих објеката. Пошто се ЕСД не јавља између материјала који одржавају исти потенцијал или нулти потенцијал, уређаји или штампане плоче склони ЕСД-у у ЕПА окружењу су заштићени од ЕСД оштећења.