Как возникает опасность статического электричества в электронной промышленности?
Опасности статического электричества в электронной промышленности можно разделить на две категории: первая — это адсорбция переносимой по воздуху пыли, вызванная электростатическим притяжением; другой — пробой диэлектрика, вызванный электростатическим разрядом.
1. Электростатическая адсорбция.
В процессе производства полупроводниковых компонентов из-за широкого использования инструментов и материалов из кварца и полимеров, обладающих высокими изоляционными свойствами, неизбежное трение во время использования может привести к постоянному накоплению поверхностных зарядов, увеличивая потенциал.
Из-за механического воздействия статического электричества переносимая по воздуху пыль на рабочем месте в таких условиях может легко прилипать к поверхности чипа. Даже небольшие частицы пыли могут повлиять на работу полупроводниковых приборов. Таким образом, производство электронных продуктов должно осуществляться в чистой среде, а операторы, инструменты и окружающая среда должны принимать ряд антистатических мер для предотвращения и уменьшения образования опасностей статического электричества.
2. Классификация диэлектрического пробоя.
Поломка компонентов, вызванная статическим электричеством, является основной формой опасности статического электричества в электронной промышленности. В сильном электрическом поле по мере увеличения напряженности поля накапливается заряд. Когда он достигает определенного уровня, диэлектрик теряет свою поляризацию и становится проводником, что в конечном итоге приводит к термическому повреждению. Это явление называется пробой диэлектрика. Диэлектрический пробой можно разделить на три типа: термический пробой, химический пробой и электрический пробой.
(1) Термический пробой
Когда диэлектрик работает, если тепло, выделяемое в результате потерь энергии, превышает тепло, рассеиваемое в окружающую среду, температура диэлектрика быстро возрастает, увеличивая проводимость до тех пор, пока не произойдет термическое повреждение. Таким образом, основной проблемой термического разрушения является рассеяние тепла. Тепловой расчет является важнейшим аспектом проектирования продукта.
(2) Химический распад
Под высоким напряжением сильное электрическое поле может вызвать локализованную ионизацию при столкновении воздуха вблизи дефектов или пор на поверхности диэлектрика или внутри него. Эта ионизация вызывает свечение диэлектрика, в результате которого образуются химические вещества -озон и углекислый газ-, которые снижают эффективность изоляции и приводят к повреждению диэлектрика.
(3) Электрический пробой
Электрический пробой происходит, когда диэлектрик подвергается воздействию сильного электрического поля, заставляющего его испускать свободные электроны. Свободные электроны быстро увеличиваются с увеличением напряженности электрического поля, разрушая изолирующие свойства диэлектрика. Очевидно, что электрический пробой в основном вызван накоплением заряда; следовательно, предотвращение накопления заряда может предотвратить электрический пробой.
3. Электростатический пробой и разряд.
(1) Электростатический разряд
Хотя электростатический разряд и разряд, вызванный внешним стабильным источником питания, вызваны накоплением заряда, они имеют существенные различия. Во-первых, в случае электростатического разряда источником разряда является объемный заряд, и поэтому его запасенная энергия ограничена, в отличие от внешнего источника питания, который имеет возможность непрерывного разряда. Таким образом, он может обеспечить энергию только для кратковременного-локального пробоя. Хотя энергия электростатического разряда относительно невелика, форма его разрядной волны очень сложна и ее трудно контролировать. С этим связан мягкий пробой полупроводниковых приборов.
(2) Электростатический пробой
Поломка компонентов, вызванная электростатическим разрядом, является наиболее распространенной и серьезной опасностью в электронной промышленности, особенно при производстве и сборке электронных продуктов. Электростатический разряд может привести к жесткому или мягкому выходу из строя устройств. Серьезный пробой – это однократный-необратимый сбой устройства, например обрыв цепи или короткое замыкание между выходом и входом устройства. Мягкая поломка может ухудшить производительность компонентов и снизить их характеристики, создавая вероятность отказа. Поскольку мягкий пробой вызывает периодические сбои в работе цепей (из-за ограниченных технических характеристик) и его трудно обнаружить, он вызывает значительные проблемы для общей работы системы и устранения неполадок. Во время мягкого отказа оборудование по-прежнему может работать с «неисправностью», его производительность принципиально не меняется, и оно может пройти заводскую проверку, но в любой момент оно может снова выйти из строя. Множественные мягкие поломки могут привести к жестким поломкам, вызывающим ненормальную работу оборудования, приводящим к потерям пользователей, ущербу репутации производителя и сбыту продукции и даже невосполнимым потерям для страны.
4. Статическое электричество человеческого тела
В промышленном производстве основной причиной повреждения компонентов и нарушения нормальной работы электронного оборудования являются электростатические разряды человеческого тела. Электростатический разряд на теле человека может стать причиной поражения электрическим током и травм, а также может спровоцировать вторичные несчастные случаи (т. е. повреждение компонентов), поэтому к нему следует относиться серьезно. Статическое электричество генерируется организмом человека, преобразуя механическую энергию, потребляемую во время повседневной работы, в электрическую энергию. Человеческое тело является проводником статического электричества. При изоляции от земли (например, обувью из изоляционного материала) между телом и землей образуется конденсатор, сохраняющий электрический заряд. Зарядное напряжение обычно меньше или равно 50 кВ.
Очень обычное и незаметное действие может привести к возникновению значительно высокого статического напряжения. Когда человеческое тело выбрасывает заряженное вещество, оно реагирует в разной степени; эта реакция называется чувствительностью к электрическому удару. Хотя статический шок не причинит серьезных физиологических повреждений, он может повлиять на здоровье или нанести вред организму.
Предел поражения электрическим током составляет 3,0 кВ. Кроме того, прикосновение к устройствам,-чувствительным к статическому электричеству, заряженным телом может привести к повреждению этих устройств.
III. Технология анти-антистатического контроля (меры)
Основываясь на принципах, опасностях и законах электростатического разряда, можно следовать следующим принципам, чтобы разработать эффективные меры антистатического контроля для предотвращения вреда.
а) Включите в проект электростатический контроль.
б) Предотвратить накопление электростатического заряда, а также подавить и уменьшить образование статического электричества.
в) Создать быстрый и безопасный канал разгрузки.
г) Обнаружение и мониторинг эффективности антистатических мер.
1. Включите в конструкцию электростатический контроль.
(1) Антистатический дизайн производственной среды-.
Антистатический-проект производственной среды для электронных продуктов — ключ к контролю электростатического разряда. Конструкция основана на изолирующей пленке электронных компонентов, напряжении электростатического пробоя электростатических чувствительных устройств (ESDS) во всей машине и антистатических характеристиках производственного оборудования. Производители должны определить конкретный уровень контроля электростатического разряда, который определяется наиболее чувствительными компонентами производственного процесса, а производственная среда должна обеспечивать безопасность этого уровня. Согласно DGJ08-83-2000 «Технические спецификации для антистатической техники», инженерный проект по контролю статического электричества конкретно разделен на три уровня: стандарт уровня 1 заключается в том, что абсолютное значение электростатического потенциала в диспетчерской не превышает 100 В; Стандарт уровня 2 заключается в том, что абсолютное значение электростатического потенциала в диспетчерской не превышает 200 В; Стандарт уровня 3 заключается в том, что абсолютное значение электростатического потенциала в диспетчерской не превышает 1000 В. Применимые места для стандартов антистатической инженерной классификации показаны в Таблице 5 ниже:
Поскольку ущерб от статического электричества невидим, устранение опасности электростатического разряда требует предотвращения в качестве основного подхода. В рабочей зоне необходимо оборудовать зоны защиты от электростатического заряда (EPA). В соответствии со стандартом IEC 1340-5-1 (1995) «Общие требования к защите электронных устройств» основным требованием к EPA является эквипотенциальное соединение, которое соединяет персонал, материалы и рабочие поверхности вместе и электрически соединяет их с общим заземлением для предотвращения разницы потенциалов между различными объектами. Поскольку электростатический разряд не возникает между материалами, которые поддерживают одинаковый или нулевой потенциал, подверженные электростатическому разряду устройства или печатные платы в среде EPA защищены от повреждения электростатическим разрядом.