Hoe ontstaat het gevaar van statische elektriciteit in de elektronica-industrie?
De gevaren van statische elektriciteit in de elektronica-industrie kunnen in twee categorieën worden onderverdeeld: de ene is de adsorptie van stof in de lucht veroorzaakt door elektrostatische aantrekking; de andere is diëlektrische doorslag veroorzaakt door elektrostatische ontlading.
1. Elektrostatische adsorptie
In het productieproces van halfgeleidercomponenten kan, als gevolg van het uitgebreide gebruik van gereedschappen en materialen gemaakt van kwarts en polymeren, die hoge isolatie-eigenschappen hebben, onvermijdelijke wrijving tijdens gebruik ervoor zorgen dat oppervlakteladingen zich voortdurend ophopen, waardoor het potentieel toeneemt.
Door de mechanische effecten van statische elektriciteit kan stof in de lucht op de werkplek onder deze omstandigheden gemakkelijk aan het spaanoppervlak hechten. Zelfs kleine stofdeeltjes kunnen de prestaties van halfgeleiderapparaten beïnvloeden. Daarom moet de productie van elektronische producten worden uitgevoerd in een schone omgeving, en moeten operators, gereedschappen en het milieu een reeks anti-statische maatregelen nemen om de vorming van gevaren voor statische elektriciteit te voorkomen en te verminderen.
2. Classificatie van diëlektrische afbraak
Het kapot gaan van componenten, veroorzaakt door statische elektriciteit, is de belangrijkste vorm van gevaar door statische elektriciteit in de elektronica-industrie. In een sterk elektrisch veld hoopt de lading zich op naarmate de veldsterkte toeneemt. Wanneer het een bepaald niveau bereikt, verliest het diëlektricum zijn polarisatie en wordt het een geleider, wat uiteindelijk tot thermische schade leidt. Dit fenomeen wordt diëlektrische doorslag genoemd. Diëlektrische afbraak kan worden onderverdeeld in drie typen: thermische afbraak, chemische afbraak en elektrische afbraak.
(1) Thermische afbraak
Wanneer een diëlektricum in werking is en de door energieverlies gegenereerde warmte groter is dan de warmte die naar de omgeving wordt gedissipeerd, stijgt de temperatuur van het diëlektricum snel, waardoor de geleidbaarheid toeneemt totdat thermische schade optreedt. Daarom is het kernprobleem bij thermische afbraak de warmteafvoer. Thermisch ontwerp is een cruciaal aspect van productontwerp.
(2) Chemische afbraak
Onder hoge spanning kan een sterk elektrisch veld plaatselijke ionisatie van luchtbotsingen veroorzaken nabij defecten of poriën op het diëlektrische oppervlak of in het diëlektricum. Deze ionisatie veroorzaakt een diëlektrische gloed, waarbij chemische stoffen-ozon en kooldioxide- worden gegenereerd die de isolatieprestaties verminderen en tot diëlektrische schade leiden.
(3) Elektrische storing
Elektrische storing treedt op wanneer een diëlektricum wordt blootgesteld aan een sterk elektrisch veld, waardoor het vrije elektronen uitzendt. Vrije elektronen nemen snel toe met toenemende elektrische veldsterkte, waardoor de isolerende eigenschappen van het diëlektricum worden vernietigd. Het is duidelijk dat elektrische storingen hoofdzakelijk worden veroorzaakt door accumulatie van lading; daarom kan het voorkomen van ladingsaccumulatie een elektrische storing voorkomen.
3. Elektrostatische afbraak en ontlading
(1) Elektrostatische ontlading
Hoewel elektrostatische ontladingen en ontladingen gegenereerd door een externe stabiele voeding beide worden veroorzaakt door ladingsaccumulatie, zijn er aanzienlijke verschillen. Ten eerste is de ontladingsbron in het geval van elektrostatische ontlading ruimtelading, en daarom is de opgeslagen energie ervan beperkt, in tegenstelling tot een externe voeding die het vermogen heeft om continu te ontladen. Het kan dus alleen energie leveren voor lokale -termijnstoringen. Hoewel de energie van elektrostatische ontlading relatief klein is, is de ontladingsgolfvorm zeer complex en moeilijk te controleren. Zachte afbraak van halfgeleiderapparaten houdt hiermee verband.
(2) Elektrostatische afbraak
Schade aan defecten aan componenten veroorzaakt door elektrostatische ontlading is het meest voorkomende en ernstige gevaar in de elektronica-industrie, vooral bij de productie en assemblage van elektronische producten. Elektrostatische ontlading kan een harde of zachte storing van apparaten veroorzaken. Een harde storing is een eenmalige- permanente storing van het apparaat, zoals een open circuit of kortsluiting tussen de uitgang en ingang van het apparaat. Zachte defecten kunnen de prestaties van componenten verslechteren en hun specificaties verminderen, waardoor er kans op storingen ontstaat. Omdat zachte storing ervoor zorgt dat circuits af en toe defect raken (als gevolg van verminderde specificaties) en moeilijk te detecteren zijn, veroorzaakt dit aanzienlijke problemen voor de algehele werking van het systeem en het oplossen van problemen. Tijdens een zachte storing kan apparatuur nog steeds werken met een "fout", waarbij de prestaties niet fundamenteel veranderen, en de apparatuur kan de fabrieksinspectie doorstaan, maar is op elk moment vatbaar voor opnieuw falen. Meerdere zachte storingen kunnen leiden tot harde storingen, waardoor een abnormale werking van de apparatuur ontstaat, wat resulteert in verliezen voor gebruikers, schade aan de reputatie van de fabrikant en de productverkoop, en zelfs onherstelbare verliezen voor het land.
4. Statische elektriciteit van het menselijk lichaam
Bij industriële productie is elektrostatische ontlading van het menselijk lichaam een belangrijke oorzaak van schade aan componenten en interferentie met de normale werking van elektronische apparatuur. Elektrostatische ontladingen van het menselijk lichaam kunnen elektrische schokken en verwondingen veroorzaken, maar kunnen ook leiden tot secundaire ongelukken (schade aan onderdelen). Daarom moet dit serieus worden genomen. Statische elektriciteit wordt gegenereerd doordat het menselijk lichaam de mechanische energie die tijdens het dagelijkse werk wordt verbruikt, omzet in elektrische energie. Het menselijk lichaam is een statische geleider. Wanneer geïsoleerd van de grond (bijvoorbeeld met schoenen gemaakt van isolatiemateriaal), wordt er een condensator gevormd tussen het lichaam en de grond, die elektrische lading opslaat. De laadspanning is doorgaans minder dan of gelijk aan 50 kV.
Een veel voorkomende en subtiele handeling kan een aanzienlijk hoge statische spanning genereren. Wanneer het menselijk lichaam een geladen substantie ontlaadt, zal het in verschillende mate reageren; deze reactie wordt gevoeligheid voor elektrische schokken genoemd. Hoewel een statische schok geen grote fysiologische schade zal veroorzaken, kan deze wel de gezondheid aantasten of het lichaam schaden.
De limiet voor letsel door een elektrische schok is 3,0 kV. Bovendien kan het aanraken van statisch-gevoelige apparaten met een opgeladen lichaam deze apparaten beschadigen.
III. Anti-statische controletechnologie (maatregelen)
Gebaseerd op de principes, gevaren en wetten van elektrostatische ontlading, kunnen de volgende principes worden gevolgd om effectieve anti-statische controlemaatregelen vast te stellen om schade te voorkomen.
a) Neem elektrostatische controle op in het ontwerp
b) Voorkom de accumulatie van elektrostatische lading en onderdruk en verminder de opwekking van statische elektriciteit
c) Zorg voor een snel en veilig afvoerkanaal
d) De effectiviteit van anti-statische maatregelen detecteren en monitoren
1. Integreer elektrostatische controle in het ontwerp
(1) Anti{1}}antistatisch ontwerp van de productieomgeving
Het anti{0}}statische ontwerp van de productieomgeving voor elektronische producten is de sleutel tot ESD-beheersing. Het ontwerp is gebaseerd op de isolerende film van elektronische componenten, de elektrostatische doorslagspanning van elektrostatisch gevoelige apparaten (ESDS) in de hele machine en de anti-statische prestaties van de productieapparatuur. Fabrikanten moeten een specifiek ESD-beheersingsniveau vaststellen, dat wordt bepaald door de meest gevoelige componenten in het productieproces, en de productieomgeving moet de veiligheid van dit niveau waarborgen. Volgens DGJ08-83-2000 "Technical Specification for Anti-static Engineering" is het technische ontwerp voor het beheersen van statische elektriciteit specifiek verdeeld in drie niveaus: Niveau 1-norm is dat de absolute waarde van het elektrostatische potentieel in de controlekamer niet groter is dan 100 V; Niveau 2 norm is dat de absolute waarde van het elektrostatische potentieel in de controlekamer niet groter is dan 200V; Niveau 3 norm is dat de absolute waarde van de elektrostatische potentiaal in de controlekamer niet groter is dan 1000V. De toepasselijke locaties voor de antistatische technische classificatienormen worden weergegeven in Tabel 5 hieronder:
Omdat schade door statische elektriciteit onzichtbaar is, vereist het elimineren van ESD-gevaren preventie als primaire aanpak. In de werkruimte moeten elektrostatisch beschermde gebieden (EPA's) worden ingericht. Volgens IEC 1340-5-1 (1995) "Algemene vereisten voor de bescherming van elektronische apparaten" is de kernvereiste voor EPA's de potentiaalvereffening, die personeel, materialen en werkoppervlakken met elkaar verbindt en deze elektrisch verbindt met een gemeenschappelijke aarde om potentiaalverschillen tussen verschillende objecten te voorkomen. Omdat ESD niet voorkomt tussen materialen die hetzelfde potentieel of nulpotentiaal behouden, worden ESD-gevoelige apparaten of printplaten in een EPA-omgeving beschermd tegen ESD-schade.