Ako vzniká nebezpečenstvo statickej elektriny v elektronickom priemysle?
Nebezpečenstvo statickej elektriny v elektronickom priemysle možno rozdeliť do dvoch kategórií: jednou z nich je adsorpcia polietavého prachu spôsobená elektrostatickou príťažlivosťou; druhým je dielektrický prieraz spôsobený elektrostatickým výbojom.
1. Elektrostatická adsorpcia
Vo výrobnom procese polovodičových súčiastok v dôsledku rozsiahleho používania nástrojov a materiálov vyrobených z kremeňa a polymérov, ktoré majú vysoké izolačné vlastnosti, môže nevyhnutné trenie počas používania spôsobiť nepretržité hromadenie povrchových nábojov, čím sa zvyšuje potenciál.
V dôsledku mechanických účinkov statickej elektriny môže polietavý prach na pracovisku za týchto podmienok ľahko priľnúť k povrchu čipu. Dokonca aj malé prachové častice môžu ovplyvniť výkon polovodičových zariadení. Výroba elektronických produktov sa preto musí vykonávať v čistom prostredí a operátori, nástroje a životné prostredie musia prijať sériu anti-statických opatrení, aby zabránili a znížili riziko vzniku statickej elektriny.
2. Klasifikácia dielektrického prierazu
Rozpad komponentov spôsobený statickou elektrinou je hlavnou formou nebezpečenstva statickej elektriny v elektronickom priemysle. V silnom elektrickom poli, keď sa intenzita poľa zvyšuje, sa hromadí náboj. Keď dosiahne určitú úroveň, dielektrikum stratí svoju polarizáciu a stane sa vodičom, čo nakoniec vedie k tepelnému poškodeniu. Tento jav sa nazýva dielektrický rozpad. Dielektrický rozpad možno kategorizovať do troch typov: tepelný rozpad, chemický rozpad a elektrický rozpad.
(1) Tepelný rozpad
Keď je dielektrikum v prevádzke, ak teplo generované stratou energie prevyšuje teplo rozptýlené do okolitého prostredia, teplota dielektrika rýchlo stúpa, čím sa zvyšuje vodivosť, až kým nedôjde k tepelnému poškodeniu. Preto je kľúčovým problémom tepelného rozpadu rozptyl tepla. Tepelný dizajn je kľúčovým aspektom dizajnu produktu.
(2) Chemický rozklad
Pri vysokom napätí môže silné elektrické pole spôsobiť lokalizovanú ionizáciu vzduchu v blízkosti defektov alebo pórov na povrchu dielektrika alebo v dielektriku. Táto ionizácia spôsobuje dielektrickú žiaru, vytvárajúcu chemické látky-ozón a oxid uhličitý-, ktoré znižujú izolačný výkon a vedú k poškodeniu dielektrika.
(3) Elektrické zlyhanie
K elektrickému rozpadu dochádza, keď je dielektrikum vystavené silnému elektrickému poľu, ktoré spôsobuje, že emituje voľné elektróny. Voľné elektróny rýchlo pribúdajú so zvyšujúcou sa intenzitou elektrického poľa, čím sa ničia izolačné vlastnosti dielektrika. Je zrejmé, že elektrický prieraz je v podstate spôsobený akumuláciou náboja; preto zabránenie akumulácie náboja môže zabrániť elektrickému zlyhaniu.
3. Elektrostatický prieraz a výboj
(1) Elektrostatický výboj
Hoci elektrostatický výboj a výboj generovaný externým stabilným zdrojom energie sú spôsobené akumuláciou náboja, majú významné rozdiely. Po prvé, v prípade elektrostatického výboja je zdrojom výboja priestorový náboj, a preto je jeho uložená energia obmedzená, na rozdiel od externého zdroja energie, ktorý má schopnosť nepretržitého vybíjania. Môže teda poskytnúť energiu iba na krátkodobé-miestne zrútenie. Hoci je energia elektrostatického výboja relatívne malá, jeho priebeh výboja je veľmi zložitý a ťažko kontrolovateľný. S tým súvisí mäkký rozpad polovodičových zariadení.
(2) Elektrostatický prieraz
Poškodenie súčiastok spôsobené elektrostatickým výbojom je najbežnejším a najvážnejším nebezpečenstvom v elektronickom priemysle, najmä pri výrobe a montáži elektronických produktov. Elektrostatický výboj môže spôsobiť tvrdý alebo mäkký rozpad zariadení. Ťažká porucha je jedno-trvalé zlyhanie zariadenia, ako je prerušený obvod alebo skrat medzi výstupom a vstupom zariadenia. Mäkké poruchy môžu zhoršiť výkon komponentov a znížiť ich špecifikácie, čo vytvára potenciál zlyhania. Pretože mäkké poruchy spôsobujú prerušovanú poruchu obvodov (v dôsledku znížených špecifikácií) a je ťažké ich odhaliť, spôsobuje to značné problémy s celkovou prevádzkou systému a riešením problémov. Počas mäkkého zlyhania môže zariadenie stále fungovať s „chybou“, jeho výkon sa zásadne nezmenil a môže prejsť kontrolou vo výrobe, ale kedykoľvek je náchylný na opätovné zlyhanie. Viacnásobné mäkké poruchy môžu viesť k ťažkým poruchám, ktoré spôsobujú abnormálnu prevádzku zariadenia, čo má za následok straty pre používateľov, poškodenie povesti výrobcu a predaja produktov a dokonca aj nenapraviteľné straty pre krajinu.
4. Statická elektrina z ľudského tela
V priemyselnej výrobe je hlavnou príčinou poškodenia komponentov a interferencie s bežnou prevádzkou elektronických zariadení elektrostatický výboj z ľudského tela. Elektrostatický výboj z ľudského tela môže spôsobiť úraz elektrickým prúdom a zranenia a môže tiež spôsobiť sekundárne nehody (tj poškodenie komponentov), preto ho treba brať vážne. Statická elektrina vzniká v ľudskom tele premenou mechanickej energie spotrebovanej pri každodennej práci na elektrickú energiu. Ľudské telo je statický vodič. Pri izolácii od zeme (napr. topánkami vyrobenými z izolačného materiálu) sa medzi telom a zemou vytvorí kondenzátor, ktorý akumuluje elektrický náboj. Nabíjacie napätie je zvyčajne menšie alebo rovné 50 kV.
Veľmi bežná a nenápadná akcia môže generovať značne vysoké statické napätie. Keď ľudské telo vybije nabitú látku, bude reagovať v rôznej miere; táto reakcia sa nazýva citlivosť na elektrický šok. Hoci statický výboj nespôsobí veľké fyziologické poškodenie, môže ovplyvniť zdravie alebo poškodiť telo.
Limit pre úraz elektrickým prúdom je 3,0 kV. Okrem toho, ak sa dotknete zariadení citlivých na statickú elektrinu-nabitým telom, môžete tieto zariadenia poškodiť.
III. Anti-statická kontrolná technológia (opatrenia)
Na základe princípov, nebezpečenstiev a zákonov týkajúcich sa elektrostatického výboja je možné dodržiavať nasledujúce princípy, aby ste zaviedli účinné anti{0}}statické kontrolné opatrenia na prevenciu poškodenia.
a) Začleniť do návrhu elektrostatickú kontrolu
b) Zabrániť hromadeniu elektrostatického náboja a potlačiť a znížiť tvorbu statickej elektriny
c) Vytvorte rýchly a bezpečný vypúšťací kanál
d) Zisťovanie a monitorovanie účinnosti anti{0}}statických opatrení
1. Do návrhu zakomponujte elektrostatickú kontrolu
(1) Anti-statický dizajn produkčného prostredia
Anti{0}}statický dizajn produkčného prostredia elektronických produktov je kľúčom ku kontrole ESD. Dizajn je založený na izolačnom filme elektronických komponentov, elektrostatickom prieraznom napätí elektrostaticky citlivých zariadení (ESDS) v celom stroji a anti-statickom výkone výrobného zariadenia. Výrobcovia musia určiť konkrétnu úroveň kontroly ESD, ktorá je určená najcitlivejšími komponentmi vo výrobnom procese a výrobné prostredie musí zabezpečiť bezpečnosť tejto úrovne. Podľa DGJ08-83-2000 „Technická špecifikácia pre antistatické inžinierstvo“ je konštrukčný návrh na riadenie statickej elektriny špecificky rozdelený do troch úrovní: Štandard úrovne 1 je, že absolútna hodnota elektrostatického potenciálu v riadiacej miestnosti nie je väčšia ako 100 V; Štandard 2. úrovne je, že absolútna hodnota elektrostatického potenciálu v riadiacej miestnosti nie je väčšia ako 200 V; Štandard 3. úrovne je, že absolútna hodnota elektrostatického potenciálu v riadiacej miestnosti nie je väčšia ako 1000V. Príslušné miesta pre klasifikačné normy antistatického inžinierstva sú uvedené v tabuľke 5 nižšie:
Keďže poškodenie statickou elektrinou je neviditeľné, odstránenie nebezpečenstva ESD vyžaduje prevenciu ako primárny prístup. V pracovnej oblasti musia byť zriadené elektrostaticky chránené oblasti (EPA). Podľa IEC 1340-5-1 (1995) „Všeobecné požiadavky na ochranu elektronických zariadení“ je základnou požiadavkou pre EPAs ekvipotenciálne prepojenie, ktoré spája personál, materiály a pracovné povrchy dohromady a elektricky ich spája so spoločným uzemnením, aby sa predišlo potenciálnym rozdielom medzi rôznymi objektmi. Pretože ESD sa nevyskytuje medzi materiálmi, ktoré si zachovávajú rovnaký potenciál alebo nulový potenciál, zariadenia alebo dosky plošných spojov náchylné na ESD v prostredí EPA sú chránené pred poškodením ESD.