De opwekking, impact en bescherming van statische elektriciteit
I. De opwekking van statische elektriciteit:
1. Wrijving: In het dagelijks leven wordt statische elektriciteit opgewekt wanneer twee voorwerpen van verschillende materialen met elkaar in contact komen en zich vervolgens scheiden. De meest gebruikelijke methode om statische elektriciteit op te wekken is door wrijving. Hoe beter de isolatie van een materiaal, hoe gemakkelijker het is om door wrijving statische elektriciteit op te wekken. Bovendien kan statische elektriciteit ook worden gegenereerd wanneer twee voorwerpen van verschillende stoffen met elkaar in contact komen en vervolgens worden gescheiden.
2. Inductie: Bij geleidende materialen kunnen elektronen vrij over hun oppervlak stromen. Als ze in een elektrisch veld worden geplaatst, zullen positieve en negatieve elektronen worden overgedragen als gevolg van de afstoting van gelijke ladingen en de aantrekking van ongelijke ladingen.
3. Geleiding: Bij geleidende materialen kunnen elektronen vrij over hun oppervlak stromen. Als ze in contact komen met een geladen voorwerp, vindt er ladingsoverdracht plaats.
II. De impact van statische elektriciteit op de elektronica-industrie
De miniaturisatie van de schakelingen, het lagere spanningsbestendigheidsvermogen en het kleinere circuitoppervlak in geïntegreerde circuitcomponenten verzwakt hun weerstand tegen elektrostatische ontlading (ESD). Elektrostatische velden en stromen worden dodelijke bedreigingen voor deze componenten met hoge dichtheid. Tegelijkertijd vergroot het wijdverbreide gebruik van sterk isolerende materialen zoals kunststoffen de kansen op de opwekking van statische elektriciteit aanzienlijk. Statische elektriciteit wordt in het dagelijks leven opgewekt door activiteiten zoals lopen, luchtbeweging en hanteren. Hoewel algemeen wordt aangenomen dat alleen CMOS-chips gevoelig zijn voor statische elektriciteit, zijn sterk geïntegreerde elektronische componenten in werkelijkheid behoorlijk gevoelig.
A. Effecten van statische elektriciteit op elektronische componenten
1. Statische elektriciteit trekt stof aan, waardoor de impedantie tussen circuits verandert en de functionaliteit en levensduur van het product worden beïnvloed.
2. Elektrische velden of stromen kunnen de isolatie of geleiders van componenten beschadigen, waardoor ze onbruikbaar worden (volledig vernietigd).
3. Warmte die wordt gegenereerd door onmiddellijke elektrische velden of stromen kan componenten beschadigen, waardoor ze kunnen blijven functioneren, maar hun levensduur wordt verkort.
B. Kenmerken van schade door statische elektriciteit:
1. Verraderlijk: het menselijk lichaam kan statische elektriciteit niet direct waarnemen tenzij er een elektrostatische ontlading optreedt. Zelfs dan is het gevoel van een elektrische schok niet altijd voelbaar. Dit komt omdat het menselijk lichaam alleen een elektrostatische ontladingsspanning van 2-3KV kan waarnemen.
2. Latent: Sommige elektronische componenten vertonen geen duidelijke prestatievermindering na schade door statische elektriciteit, maar herhaalde ontladingen kunnen interne schade veroorzaken, waardoor verborgen gevaren ontstaan en de gevoeligheid van de component voor statische elektriciteit toeneemt. Er bestaat geen remedie voor bestaande problemen. 3. Willekeurigheid: onder welke omstandigheden zullen elektronische componenten schade oplopen door elektrostatische ontladingen (ESD)? Er kan worden gezegd dat vanaf het moment dat een onderdeel wordt vervaardigd totdat het kapot gaat, het wordt bedreigd door ESD, en het genereren van deze ESD is willekeurig. Omdat het genereren en ontladen van ESD onmiddellijk plaatsvindt, zijn ze moeilijk te voorspellen en ertegen te beschermen.
4. Complexiteit van ESD-schade: De complexe en delicate structuur van elektronische producten maakt ESD-werk tijd-rovend, arbeids-intensief en duur. Vaak is hiervoor geavanceerde technologie nodig, waarbij vaak precisie-instrumenten zoals scanning-elektronenmicroscopen nodig zijn. Toch zijn sommige ESD-schadeverschijnselen moeilijk te onderscheiden van schade veroorzaakt door andere redenen, wat leidt tot de verkeerde interpretatie van ESD-storingen als andere soorten storingen. Voordat een volledig begrip van ESD-schade wordt bereikt, wordt deze vaak toegeschreven aan vroege mislukkingen of mislukkingen van onbekende oorsprong, waardoor de ware oorzaak van de mislukking onbewust wordt verdoezeld.
5. Ernst: Hoewel ESD-problemen misschien alleen de gebruikers van eindproducten lijken te treffen, hebben ze feitelijk gevolgen voor fabrikanten op alle niveaus, zoals garantiekosten, reparatiekosten en de reputatie van het bedrijf.
III. Drie soorten ESD
1. Menselijk lichaamstype: dit verwijst naar de wrijvingslading die wordt gegenereerd tussen het lichaam en de kleding tijdens menselijke activiteiten. 1. Wanneer mensen ESD-gevoelige apparaten vasthouden zonder ze eerst te aarden, worden tribo-elektrische ladingen overgebracht naar de ESD-gevoelige apparaten en schade veroorzaakt.
2. Oplaadtype van micro-elektronische apparaten: dit verwijst naar ESD-gevoelige apparaten, vooral plastic onderdelen. Tijdens geautomatiseerde productie worden tribo-elektrische ladingen gegenereerd. Deze ladingen kunnen snel worden afgevoerd via lijnen met lage- weerstand naar een goed geleidend, stevig geaard oppervlak, waardoor schade ontstaat; of ze kunnen ervoor zorgen dat de metalen onderdelen van het ESD-gevoelige apparaat via inductie worden opgeladen, wat tot schade kan leiden.
3. Veld-geïnduceerd type: dit gebeurt wanneer een sterk elektrisch veld het apparaat omringt, dat afkomstig kan zijn van plastic materialen of kleding. Elektronenconversie vindt plaats over de oxidelaag. Als het potentiaalverschil de diëlektrische constante van de oxidelaag overschrijdt, wordt een elektrische boog gegenereerd die de oxidelaag vernietigt, wat resulteert in kortsluiting.
IV. Elektrostatische bescherming
1. Aarding
Aarding ontlaadt statische elektriciteit rechtstreeks naar de aarde via een draadverbinding. Dit is de meest directe en effectieve antistatische maatregel-. Voor geleiders wordt vaak gebruik gemaakt van aarding, bijvoorbeeld door het dragen van anti-statische polsbanden en het aarden van werkoppervlakken.
Aarding wordt op de volgende manieren geïmplementeerd:
1) Aarding van het menselijk lichaam via polsbanden.
2) Aarding van het menselijk lichaam via anti-statische schoenen (of schoenveters) en anti-statische vloeren.
3) Aarding van het werkbankoppervlak.
4) Aarding van testinstrumenten, gereedschapshouders en soldeerbouten.
5) Aarding van anti-statische vloeren en matten.
6) Aarding van anti-statische transportkarren, dozen en rekken waar mogelijk.
7) Aarding van anti-statische stoelen.
2. Elektrostatische afscherming
Elektrostatisch gevoelige componenten kunnen tijdens opslag of transport worden blootgesteld aan statische elektriciteit. Elektrostatische afscherming kan de impact van externe statische elektriciteit op elektronische componenten verminderen. De meest gebruikelijke methoden zijn het gebruik van elektrostatische beschermzakken en anti-statische omzetdozen ter bescherming. Bovendien biedt anti-statische kleding enige bescherming tegen statische elektriciteit.