Генерация, воздействие и защита статического электричества
I. Генерация статического электричества:
1. Трение. В повседневной жизни статическое электричество генерируется, когда любые два объекта из разных материалов вступают в контакт, а затем разделяются. Самый распространенный метод генерации статического электричества — трение. Чем лучше изоляция материала, тем легче генерировать статическое электричество за счет трения. Кроме того, статическое электричество также может генерироваться, когда любые два объекта из разных веществ вступают в контакт, а затем разделяются.
2. Индукция. В проводящих материалах электроны могут свободно течь по их поверхности. Если поместить в электрическое поле, положительные и отрицательные электроны будут перемещаться из-за отталкивания одноименных зарядов и притяжения разнородных зарядов.
3. Проводимость. Для проводящих материалов электроны могут свободно течь по их поверхности. Если они соприкоснутся с заряженным объектом, произойдет перенос заряда.
II. Влияние статического электричества на электронную промышленность
Миниатюризация схем, более низкая выдерживаемость напряжения и меньшая площадь схем в компонентах интегральных схем ослабляют их устойчивость к электростатическому разряду (ESD). Электростатические поля и токи становятся смертельной угрозой для этих компонентов с высокой-плотностью. В то же время широкое использование материалов с высокими изоляционными свойствами, таких как пластмассы, значительно увеличивает вероятность образования статического электричества. Статическое электричество генерируется в повседневной жизни в результате таких действий, как ходьба, движение воздуха и манипуляции с предметами. Хотя принято считать, что только КМОП-чипы чувствительны к статическому электричеству, на самом деле высокоинтегрированные электронные компоненты весьма чувствительны.
А. Влияние статического электричества на электронные компоненты
1. Статическое электричество притягивает пыль, изменяя сопротивление между цепями и влияя на функциональность и срок службы продукта.
2. Электрические поля или токи могут повредить изоляцию или проводники компонентов, что приведет к их неработоспособности (полному разрушению).
3. Тепло, генерируемое мгновенными электрическими полями или токами, может повредить компоненты, позволяя им продолжать работать, но сокращая срок их службы.
Б. Характеристики повреждений, вызванных статическим электричеством:
1. Коварно: человеческое тело не может напрямую воспринять статическое электричество, если не произойдет электростатический разряд. Даже тогда ощущение удара током ощущается не всегда. Это связано с тем, что человеческое тело может воспринимать только электростатический разряд напряжением 2–3 кВ.
2. Скрытый: некоторые электронные компоненты не демонстрируют явного снижения производительности после повреждения статическим электричеством, но повторяющиеся разряды могут вызвать внутренние повреждения, создавая скрытые опасности и повышая чувствительность компонента к статическому электричеству. Существующие проблемы неизлечимы.. 3. Случайность: при каких обстоятельствах электронные компоненты могут пострадать от электростатического разряда (ESD)? Можно сказать, что с момента изготовления компонента и до момента его выхода из строя ему угрожает ЭСР, причем генерация этого ЭСР носит случайный характер. Поскольку образование и разряд ЭСР происходят мгновенно, их трудно предсказать и защитить от них.
4. Сложность повреждений, вызванных электростатическим разрядом. Сложная и деликатная структура электронных изделий делает работу с электростатическим разрядом -затратной по времени, трудоёмкой- и дорогой. Для этого часто требуются сложные технологии, зачастую вызывающие необходимость использования прецизионных инструментов, таких как сканирующие электронные микроскопы. Несмотря на это, некоторые явления повреждения ESD трудно отличить от повреждений, вызванных другими причинами, что приводит к неправильной интерпретации отказов ESD как других типов отказов. Прежде чем будет достигнуто полное понимание повреждений, вызванных электростатическим разрядом, их часто относят к ранним отказам или отказам неизвестного происхождения, тем самым неосознанно скрывая истинную причину отказа.
5. Серьезность. Хотя может показаться, что проблемы с электростатическим разрядом затрагивают только пользователей готовой продукции, на самом деле они влияют на производителей на всех уровнях, например, на гарантийные расходы, затраты на ремонт и репутацию компании.
III. Три типа ЭСР
1. Тип человеческого тела. Это относится к заряду трения, образующемуся между телом и одеждой во время человеческой деятельности.. 1. Когда люди держат устройства, чувствительные к электростатическому разряду-, не заземлив их предварительно, трибоэлектрические заряды передаются на устройства,-чувствительные к электростатическому разряду, и вызывают повреждение.
2. Тип зарядки микроэлектронных устройств: относится к устройствам, чувствительным к электростатическому разряду-, особенно к пластиковым деталям. В ходе автоматизированного производства генерируются трибоэлектрические заряды. Эти заряды могут быстро разрядиться через линии с низким-сопротивлением на высокопроводящую, прочно заземленную поверхность, что приведет к повреждению; или они могут вызвать индукционный заряд металлических частей устройства,-чувствительного к электростатическому разряду, что приведет к повреждению.
3. Тип, индуцированный полем-. Это происходит, когда устройство окружает сильное электрическое поле, которое может создаваться пластиковыми материалами или одеждой. Электронная конверсия происходит через оксидный слой. Если разность потенциалов превышает диэлектрическую проницаемость оксидного слоя, возникает электрическая дуга, разрушающая оксидный слой, что приводит к короткому замыканию.
IV. Электростатическая защита
1. Заземление
Заземление напрямую сбрасывает статическое электричество на землю через проводное соединение. Это наиболее прямая и эффективная антистатическая мера. Для проводников обычно используется заземление, например, путем ношения антистатических браслетов и заземления рабочих поверхностей.
Заземление осуществляется следующими способами:
1) Заземление тела человека с помощью браслетов.
2) Заземление человеческого тела с помощью антистатической обуви (или шнурков) и анти-пола.
3) Заземление поверхности верстака.
4) Заземление испытательных приборов, держателей инструментов и паяльников.
5) Заземление антистатических полов и ковриков.
6) По возможности заземлите антистатические транспортные тележки, ящики и стеллажи.
7) Заземление антистатических стульев.
2. Электростатическое экранирование.
Компоненты, чувствительные к электростатическому заряду, могут подвергаться воздействию статического электричества во время хранения или транспортировки. Электростатическое экранирование может снизить воздействие внешнего статического электричества на электронные компоненты. Наиболее распространенными методами защиты являются использование электростатических экранирующих пакетов и антистатических коробок. Кроме того, антистатическая одежда обеспечивает некоторую защиту от статического электричества.