Hvordan opstår der risiko for statisk elektricitet i elektronikindustrien?
Statisk elektricitetsrisici i elektronikindustrien kan opdeles i to kategorier: Den ene er adsorption af luftbåret støv forårsaget af elektrostatisk tiltrækning; den anden er dielektrisk nedbrydning forårsaget af elektrostatisk udladning.
1. Elektrostatisk adsorption
I fremstillingsprocessen af halvlederkomponenter, på grund af den omfattende brug af værktøjer og materialer fremstillet af kvarts og polymerer, som har høje isoleringsegenskaber, kan uundgåelig friktion under brug få overfladeladninger til at akkumulere kontinuerligt, hvilket øger potentialet.
På grund af de mekaniske påvirkninger af statisk elektricitet kan luftbåren støv på arbejdspladsen let hæfte sig til spånoverfladen under disse forhold. Selv små støvpartikler kan påvirke ydeevnen af halvlederenheder. Derfor skal produktionen af elektroniske produkter udføres i et rent miljø, og operatører, værktøjer og miljøet skal tage en række anti-foranstaltninger for at forhindre og reducere dannelsen af statisk elektricitet.
2. Klassificering af dielektrisk nedbrydning
Nedbrydning af komponenter forårsaget af statisk elektricitet er den vigtigste form for statisk elektricitetsfare i elektronikindustrien. I et stærkt elektrisk felt, når feltstyrken øges, ophobes ladningen. Når det når et vist niveau, mister dielektrikumet sin polarisering og bliver en leder, hvilket i sidste ende fører til termisk skade. Dette fænomen kaldes dielektrisk nedbrydning. Dielektrisk nedbrydning kan kategoriseres i tre typer: termisk nedbrydning, kemisk nedbrydning og elektrisk nedbrydning.
(1) Termisk nedbrydning
Når et dielektrikum er i drift, og hvis varmen genereret af energitab overstiger den varme, der spredes til det omgivende miljø, stiger den dielektriske temperatur hurtigt, hvilket øger ledningsevnen, indtil der opstår termisk skade. Derfor er det centrale spørgsmål i termisk nedbrydning varmeafledning. Termisk design er et afgørende aspekt af produktdesign.
(2) Kemisk nedbrydning
Under høj spænding kan et stærkt elektrisk felt forårsage lokaliseret luftkollisionsionisering nær defekter eller porer på den dielektriske overflade eller inde i dielektrikumet. Denne ionisering forårsager dielektrisk glød, der genererer kemiske stoffer-ozon og kuldioxid-som reducerer isoleringsevnen og fører til dielektrisk skade.
(3) Elektrisk nedbrud
Elektrisk nedbrydning opstår, når et dielektrikum udsættes for et stærkt elektrisk felt, hvilket får det til at udsende frie elektroner. Frie elektroner øges hurtigt med stigende elektrisk feltstyrke, hvilket ødelægger dielektriskets isolerende egenskaber. Det er tydeligt, at elektrisk nedbrud hovedsageligt er forårsaget af ladningsakkumulering; Derfor kan forebyggelse af ladningsakkumulering forhindre elektrisk nedbrud.
3. Elektrostatisk nedbrydning og afladning
(1) Elektrostatisk udladning
Selvom elektrostatisk afladning og afladning genereret af en ekstern stabil strømforsyning begge er forårsaget af ladningsakkumulering, har de betydelige forskelle. For det første, i tilfælde af elektrostatisk udladning, er udladningskilden rumladning, og derfor er dens lagrede energi begrænset, i modsætning til en ekstern strømforsyning, som har evnen til kontinuerligt at aflade. Den kan således kun levere energi til kort-, lokaliseret nedbrydning. Selvom energien ved elektrostatisk udladning er relativt lille, er dens udladningsbølgeform meget kompleks og svær at kontrollere. Blød nedbrydning af halvlederenheder er relateret til dette.
(2) Elektrostatisk nedbrud
Komponentnedbrudsskader forårsaget af elektrostatisk udladning er den mest almindelige og alvorlige fare i elektronikindustrien, især ved fremstilling og montering af elektroniske produkter. Elektrostatisk udladning kan forårsage hårdt nedbrud eller blødt nedbrud af enheder. Hårdt sammenbrud er en-engangs permanent fejl på enheden, såsom et åbent kredsløb eller kortslutning mellem enhedens output og input. Blødt nedbrud kan forringe komponenternes ydeevne og reducere deres specifikationer, hvilket skaber potentiale for fejl. Fordi blødt nedbrud får kredsløb til at fungere periodisk (på grund af reducerede specifikationer) og er vanskeligt at opdage, forårsager det betydelige problemer for den overordnede systemdrift og fejlfinding. Under blødt nedbrud kan udstyr stadig fungere med en "fejl", dets ydeevne er ikke fundamentalt ændret, og det kan bestå fabriksinspektionen, men det er tilbøjeligt til at fejle igen når som helst. Flere bløde nedbrud kan føre til hårde nedbrud, hvilket forårsager unormal udstyrsdrift, hvilket resulterer i tab for brugere, skade på producentens omdømme og produktsalg og endda uoprettelige tab for landet.
4. Statisk elektricitet fra den menneskelige krop
I industriel produktion er en væsentlig årsag til komponentbeskadigelse og interferens med den normale drift af elektronisk udstyr elektrostatisk udladning fra den menneskelige krop. Elektrostatisk udladning fra den menneskelige krop kan forårsage elektrisk stød og skader og kan også udløse sekundære ulykker (dvs. skade på komponenter), derfor bør det tages alvorligt. Statisk elektricitet genereres ved, at den menneskelige krop omdanner den mekaniske energi, der forbruges under det daglige arbejde, til elektrisk energi. Den menneskelige krop er en statisk leder. Når den er isoleret fra jorden (f.eks. med sko lavet af isolerende materiale), dannes en kondensator mellem kroppen og jorden, der lagrer elektrisk ladning. Ladespændingen er typisk mindre end eller lig med 50kV.
En meget almindelig og subtil handling kan generere en betydelig høj statisk spænding. Når menneskekroppen udleder et ladet stof, vil det reagere i varierende grad; denne reaktion kaldes elektrisk stødfølsomhed. Selvom et statisk stød ikke vil forårsage større fysiologisk skade, kan det påvirke helbredet eller skade kroppen.
Grænsen for elektrisk stød er 3,0 kV. Desuden kan berøring af statisk-følsomme enheder med en opladet krop beskadige disse enheder.
III. Anti-statisk kontrolteknologi (foranstaltninger)
Baseret på principperne, farerne og lovene for elektrostatisk udladning kan følgende principper følges for at etablere effektive anti-kontrolforanstaltninger for at forhindre skade.
a) Inkorporer elektrostatisk kontrol i designet
b) Forhindre akkumulering af elektrostatisk ladning og undertrykke og reducere dannelsen af statisk elektricitet
c) Etabler en hurtig og sikker udledningskanal
d) Registrer og overvåg effektiviteten af anti-statiske foranstaltninger
1. Inkorporer elektrostatisk kontrol i designet
(1) Anti-design af produktionsmiljøet
Det anti-statiske design af produktionsmiljøet for elektroniske produkter er nøglen til ESD-kontrol. Designet er baseret på den isolerende film af elektroniske komponenter, den elektrostatiske gennembrudsspænding af elektrostatisk følsomme enheder (ESDS) i hele maskinen og produktionsudstyrets anti-statiske ydeevne. Producenter skal fastlægge et specifikt ESD-kontrolniveau, som bestemmes af de mest følsomme komponenter i produktionsprocessen, og produktionsmiljøet skal sikre sikkerheden på dette niveau. Ifølge DGJ08-83-2000 "Technical Specification for Anti-static Engineering" er det tekniske design til styring af statisk elektricitet specifikt opdelt i tre niveauer: Niveau 1 standard er, at den absolutte værdi af det elektrostatiske potentiale i kontrolrummet ikke er større end 100V; Niveau 2 standard er, at den absolutte værdi af det elektrostatiske potentiale i kontrolrummet ikke er større end 200V; Niveau 3 standard er, at den absolutte værdi af det elektrostatiske potentiale i kontrolrummet ikke er større end 1000V. De relevante placeringer for de antistatiske tekniske klassifikationsstandarder er vist i tabel 5 nedenfor:
Da skader på statisk elektricitet er usynlige, kræver eliminering af ESD-farer forebyggelse som den primære tilgang. Der skal opsættes elektrostatiske beskyttede områder (EPA'er) i arbejdsområdet. Ifølge IEC 1340-5-1 (1995) "Generelle krav til beskyttelse af elektroniske enheder" er kernekravet til EPA'er potentialudligning, som forbinder personale, materialer og arbejdsflader sammen og elektrisk forbinder dem til en fælles jord for at forhindre potentielle forskelle mellem forskellige objekter. Fordi ESD ikke forekommer mellem materialer, der opretholder det samme potentiale eller nul potentiale, er ESD-tilbøjelige enheder eller printkort i et EPA-miljø beskyttet mod ESD-skader.