Generering, påvirkning og beskyttelse af statisk elektricitet
I. Frembringelse af statisk elektricitet:
1. Friktion: I dagligdagen genereres statisk elektricitet, når to genstande af forskellige materialer kommer i kontakt og derefter adskilles. Den mest almindelige metode til at generere statisk elektricitet er gennem friktion. Jo bedre isolering et materiale har, jo lettere er det at generere statisk elektricitet gennem friktion. Derudover kan statisk elektricitet også genereres, når to genstande af forskellige stoffer kommer i kontakt og derefter adskilles.
2. Induktion: For ledende materialer kan elektroner flyde frit på deres overflade. Hvis de placeres i et elektrisk felt, vil positive og negative elektroner overføres på grund af frastødning af ens ladninger og tiltrækning af ulige ladninger.
3. Ledning: For ledende materialer kan elektroner flyde frit på deres overflade. Hvis de kommer i kontakt med en ladet genstand, vil der ske ladningsoverførsel.
II. Indvirkningen af statisk elektricitet på elektronikindustrien
Miniaturiseringen af kredsløb, lavere spændingsmodstandsevne og mindre kredsløbsareal i integrerede kredsløbskomponenter svækker deres modstand mod elektrostatisk udladning (ESD). Elektrostatiske felter og strømme bliver dødelige trusler mod disse komponenter med høj-densitet. Samtidig øger den udbredte brug af stærkt isolerende materialer såsom plastik chancerne for statisk elektricitet. Statisk elektricitet genereres i dagligdagen gennem aktiviteter såsom gang, luftbevægelse og håndtering. Selvom det almindeligvis antages, at kun CMOS-chips er følsomme over for statisk elektricitet, er meget integrerede elektroniske komponenter i virkeligheden ret følsomme.
A. Effekter af statisk elektricitet på elektroniske komponenter
1. Statisk elektricitet tiltrækker støv, ændrer impedansen mellem kredsløb og påvirker produktets funktionalitet og levetid.
2. Elektriske felter eller strømme kan beskadige komponenternes isolering eller ledere, hvilket gør dem ubrugelige (helt ødelagt).
3. Varme genereret af øjeblikkelige elektriske felter eller strømme kan beskadige komponenter, hvilket giver dem mulighed for at fortsætte med at fungere, men forkorter deres levetid.
B. Karakteristika for statisk elektricitetsskade:
1. snigende: Den menneskelige krop kan ikke direkte opfatte statisk elektricitet, medmindre der opstår en elektrostatisk udladning. Selv da mærkes fornemmelsen af et elektrisk stød ikke altid. Dette skyldes, at den menneskelige krop kun kan opfatte en elektrostatisk udladningsspænding på 2-3KV.
2. Latent: Nogle elektroniske komponenter viser ikke et tydeligt ydelsesfald efter statisk elektricitetsskade, men gentagne udladninger kan forårsage indre skader, skabe skjulte farer og øge komponentens følsomhed over for statisk elektricitet. Der er ingen kur mod eksisterende problemer. 3. Tilfældighed: Under hvilke omstændigheder vil elektroniske komponenter lide skade af elektrostatisk afladning (ESD)? Det kan siges, at fra det øjeblik en komponent er fremstillet, til den fejler, er den truet af ESD, og genereringen af denne ESD er tilfældig. Fordi generering og udledning af ESD sker øjeblikkeligt, er de svære at forudsige og beskytte mod.
4. ESD-skades kompleksitet: Elektroniske produkters komplekse og delikate struktur gør ESD-arbejde-tidskrævende, arbejdskrævende-og dyrt. Det kræver ofte sofistikeret teknologi, hvilket ofte nødvendiggør brugen af præcisionsinstrumenter såsom scanningselektronmikroskoper. Alligevel er nogle ESD-skadefænomener svære at skelne fra skader forårsaget af andre årsager, hvilket fører til en fejlfortolkning af ESD-fejl som andre typer fejl. Før en fuld forståelse af ESD-skader er opnået, tilskrives det ofte tidlige fejl eller fejl af ukendt oprindelse, og dermed ubevidst slører den sande årsag til fejlen.
5. Alvor: Selvom ESD-problemer tilsyneladende kun påvirker brugerne af færdige produkter, påvirker de faktisk producenterne på alle niveauer, såsom garantiomkostninger, reparationsomkostninger og virksomhedens omdømme.
III. Tre typer ESD
1. Menneskelig kropstype: Dette refererer til den friktionsladning, der genereres mellem kroppen og tøjet under menneskelig aktivitet. 1. Når folk holder ESD-følsomme enheder uden først at jorde dem, vil triboelektriske ladninger overføres til de ESD-følsomme enheder og forårsage skade.
2. Opladningstype af mikroelektroniske enheder: Dette henviser til ESD-følsomme enheder, især plastikdele. Under automatiseret produktion genereres triboelektriske ladninger. Disse ladninger kan hurtigt aflades gennem linjer med lav-modstand til en stærkt ledende, solidt jordet overflade, hvilket forårsager skade; eller de kan forårsage, at metaldelene på den ESD-følsomme enhed bliver opladet gennem induktion, hvilket resulterer i beskadigelse.
3. Felt-induceret type: Dette sker, når et stærkt elektrisk felt omgiver enheden, som kan stamme fra plastmaterialer eller tøj. Elektronkonvertering sker på tværs af oxidlaget. Hvis potentialforskellen overstiger den dielektriske konstant for oxidlaget, vil der blive genereret en elektrisk lysbue for at ødelægge oxidlaget, hvilket resulterer i en kortslutning.
IV. Elektrostatisk beskyttelse
1. Jordforbindelse
Jording afleder direkte statisk elektricitet til jorden gennem en ledningsforbindelse. Dette er den mest direkte og effektive anti-statiske foranstaltning. For ledere bruges jording almindeligvis, f.eks. ved at bære anti-statiske håndledsstropper og jordede arbejdsflader.
Jording er implementeret ved hjælp af følgende metoder:
1) Jording af den menneskelige krop via håndledsstropper.
2) Jording af den menneskelige krop via anti-statiske sko (eller snørebånd) og anti-statiske gulve.
3) Jording af arbejdsbordets overflade.
4) Jording af testinstrumenter, værktøjsholdere og loddekolber.
5) Jording af anti-statiske gulve og måtter.
6) Jording af anti-transportvogne, kasser og stativer, når det er muligt.
7) Jording af anti-statiske esd-stole.
2. Elektrostatisk afskærmning
Elektrostatisk følsomme komponenter kan blive udsat for statisk elektricitet under opbevaring eller transport. Elektrostatisk afskærmning kan reducere virkningen af ekstern statisk elektricitet på elektroniske komponenter. De mest almindelige metoder er at bruge elektrostatiske afskærmningsposer og anti-omsætningsbokse til beskyttelse. Derudover giver anti-statisk tøj en vis afskærmning mod statisk elektricitet.