La generació, impacte i protecció de l'electricitat estàtica
I. La generació d'electricitat estàtica:
1. Fricció: En la vida quotidiana, es genera electricitat estàtica quan dos objectes qualsevol de diferents materials entren en contacte i després se separen. El mètode més comú per generar electricitat estàtica és mitjançant la fricció. Com millor sigui l'aïllament d'un material, més fàcil serà generar electricitat estàtica mitjançant la fricció. A més, també es pot generar electricitat estàtica quan dos objectes qualsevol de diferents substàncies entren en contacte i després se separen.
2. Inducció: Per als materials conductors, els electrons poden fluir lliurement per la seva superfície. Si es col·loquen en un camp elèctric, els electrons positius i negatius es transferiran a causa de la repulsió de càrregues semblants i l'atracció de càrregues diferents.
3. Conducció: Per als materials conductors, els electrons poden fluir lliurement per la seva superfície. Si entren en contacte amb un objecte carregat, es produirà una transferència de càrrega.
II. L'impacte de l'electricitat estàtica en la indústria electrònica
La miniaturització dels circuits, la capacitat de resistència a la tensió més baixa i l'àrea del circuit més petita en els components del circuit integrat debilita la seva resistència a les descàrregues electrostàtiques (ESD). Els camps i els corrents electrostàtics es converteixen en amenaces mortals per a aquests components d'alta-densitat. Simultàniament, l'ús generalitzat de materials altament aïllants com els plàstics augmenta molt les possibilitats de generació d'electricitat estàtica. L'electricitat estàtica es genera a la vida diària mitjançant activitats com caminar, moviment d'aire i manipulació. Tot i que es creu comunament que només els xips CMOS són sensibles a l'electricitat estàtica, en realitat, els components electrònics altament integrats són bastant sensibles.
A. Efectes de l'electricitat estàtica sobre els components electrònics
1. L'electricitat estàtica atrau la pols, alterant la impedància entre circuits i afectant la funcionalitat i la vida útil del producte.
2. Els camps elèctrics o corrents poden danyar l'aïllament o els conductors dels components, fent-los inoperables (completament destruïts).
3. La calor generada per camps elèctrics instantanis o corrents pot danyar els components, permetent-los seguir funcionant però escurçant la seva vida útil.
B. Característiques dels danys per electricitat estàtica:
1. Insidiosa: el cos humà no pot percebre directament l'electricitat estàtica tret que es produeixi una descàrrega electrostàtica. Fins i tot llavors, la sensació d'una descàrrega elèctrica no sempre es sent. Això es deu al fet que el cos humà només pot percebre una tensió de descàrrega electrostàtica de 2-3KV.
2. Latent: alguns components electrònics no mostren una disminució evident del rendiment després del dany per electricitat estàtica, però les descàrregues repetides poden causar danys interns, creant perills ocults i augmentant la sensibilitat del component a l'electricitat estàtica. No hi ha cap cura per als problemes existents. 3. Aleatorietat: en quines circumstàncies els components electrònics patiran danys per descàrrega electrostàtica (ESD)? Es pot dir que des que es fabrica un component fins que falla, està amenaçat per ESD, i la generació d'aquesta ESD és aleatòria. Com que la generació i la descàrrega d'ESD es produeixen de manera instantània, són difícils de predir i protegir-ne.
4. Complexitat dels danys per ESD: l'estructura complexa i delicada dels productes electrònics fa que el temps de treball de l'ESD sigui-consumidor, mà d'obra-intensiu i costós. Sovint requereix una tecnologia sofisticada, que sovint requereix l'ús d'instruments de precisió com ara microscopis electrònics d'escaneig. Tot i així, alguns fenòmens de danys per ESD són difícils de distingir dels danys causats per altres motius, la qual cosa condueix a una mala interpretació de fallades ESD com a altres tipus de fallades. Abans d'aconseguir una comprensió completa del dany per ESD, sovint s'atribueix a fallades primerenques o fallades d'origen desconegut, de manera que inconscientment enfosquim la veritable causa de la fallada.
5. Gravetat: tot i que els problemes d'ESD poden semblar que només afecten els usuaris dels productes acabats, en realitat afecten els fabricants a tots els nivells, com ara els costos de la garantia, els costos de reparació i la reputació de l'empresa.
III. Tres tipus d'ESD
1. Tipus de cos humà: es refereix a la càrrega de fricció generada entre el cos i la roba durant l'activitat humana. 1. Quan les persones subjecten dispositius sensibles a l'ESD-sense posar-los a terra abans, les càrregues triboelèctriques es transferiran als dispositius sensibles a l'ESD- i causaran danys.
2. Tipus de càrrega de dispositius microelectrònics: es refereix a dispositius sensibles-ESD, especialment peces de plàstic. Durant la producció automatitzada, es generen càrregues triboelèctriques. Aquestes càrregues es poden descarregar ràpidament a través de línies de baixa-resistència a una superfície altament conductora i fermament connectada a terra, causant danys; o poden fer que les parts metàl·liques del dispositiu-sensible a ESD es carreguin per inducció, provocant danys.
3. Camp-tipus induït: es produeix quan un fort camp elèctric envolta el dispositiu, que pot provenir de materials plàstics o roba. La conversió d'electrons es produeix a través de la capa d'òxid. Si la diferència de potencial supera la constant dielèctrica de la capa d'òxid, es generarà un arc elèctric per destruir la capa d'òxid, donant lloc a un curtcircuit.
IV. Protecció electrostàtica
1. Posada a terra
La connexió a terra descarrega directament l'electricitat estàtica a terra mitjançant una connexió de cable. Aquesta és la mesura anti-estàtica més directa i eficaç. Per als conductors, la connexió a terra s'utilitza habitualment, com ara l'ús de canelleres anti-estàtiques i superfícies de treball de connexió a terra.
La connexió a terra s'implementa mitjançant els mètodes següents:
1) Posada a terra del cos humà mitjançant corretges de canell.
2) Posa a terra del cos humà mitjançant sabates anti-estàtiques (o cordons) i sòls anti-estàtics.
3) Posada a terra de la superfície del banc de treball.
4) Posa a terra d'instruments de prova, portaeines i soldadors.
5) Posa a terra de sòls i catifes anti-estàtics.
6) Posar a terra els carretons, caixes i bastidors de transport anti-sempre que sigui possible.
7) Posada a terra de cadires anti-estàtiques.
2. Blindatge electrostàtic
Els components sensibles a l'electrostàtica poden estar exposats a l'electricitat estàtica durant l'emmagatzematge o el transport. El blindatge electrostàtic pot reduir l'impacte de l'electricitat estàtica externa sobre els components electrònics. Els mètodes més habituals són l'ús de bosses de protecció electrostàtica i caixes de recanvi anti-estàtiques per a la protecció. A més, la roba anti-estàtica ofereix una mica de protecció contra l'electricitat estàtica.