Kaip elektronikos pramonėje atsiranda statinės elektros pavojus?
Statinės elektros pavojai elektronikos pramonėje gali būti suskirstyti į dvi kategorijas: viena – ore esančių dulkių adsorbcija, kurią sukelia elektrostatinė trauka; kitas yra dielektrinis skilimas dėl elektrostatinės iškrovos.
1. Elektrostatinė adsorbcija
Puslaidininkinių komponentų gamybos procese dėl plačiai naudojamų įrankių ir medžiagų, pagamintų iš kvarco ir polimerų, pasižyminčių aukštomis izoliacinėmis savybėmis, dėl neišvengiamos trinties naudojimo metu gali nuolat kauptis paviršiaus krūviai, didinant potencialą.
Dėl mechaninio statinės elektros poveikio darbo vietoje esančios dulkės tokiomis sąlygomis gali lengvai prilipti prie lusto paviršiaus. Net mažos dulkių dalelės gali turėti įtakos puslaidininkinių įtaisų veikimui. Todėl elektroniniai gaminiai turi būti gaminami švarioje aplinkoje, o operatoriai, įrankiai ir aplinka turi imtis antistatinių priemonių, kad išvengtų statinės elektros pavojaus ir jį sumažintų.
2. Dielektrinio suskirstymo klasifikacija
Statinės elektros sukeltas komponentų gedimas yra pagrindinė statinės elektros pavojaus forma elektronikos pramonėje. Stipriame elektriniame lauke, didėjant lauko stiprumui, kaupiasi krūvis. Pasiekęs tam tikrą lygį, dielektrikas praranda poliarizaciją ir tampa laidininku, o tai galiausiai sukelia šiluminę žalą. Šis reiškinys vadinamas dielektriniu skilimu. Dielektrinis gedimas gali būti suskirstytas į tris tipus: terminis gedimas, cheminis gedimas ir elektrinis gedimas.
(1) Terminis gedimas
Dirbant dielektrikui, jei energijos nuostolių generuojama šiluma viršija į supančią aplinką išsklaidytą šilumą, dielektriko temperatūra greitai pakyla, didinant laidumą, kol atsiranda šiluminė žala. Todėl pagrindinė šiluminio skilimo problema yra šilumos išsklaidymas. Šiluminis dizainas yra esminis gaminio dizaino aspektas.
(2) Cheminis gedimas
Esant aukštai įtampai, stiprus elektrinis laukas gali sukelti vietinę oro susidūrimo jonizaciją šalia defektų ar porų dielektriko paviršiuje arba dielektriko viduje. Ši jonizacija sukelia dielektrinį švytėjimą, todėl susidaro cheminės medžiagos -ozonas ir anglies dioksidas-, kurios sumažina izoliacijos efektyvumą ir sukelia dielektrinių pažeidimų.
(3) Elektros gedimas
Elektros gedimas įvyksta, kai dielektrikas yra veikiamas stipraus elektrinio lauko, dėl kurio jis išskiria laisvuosius elektronus. Didėjant elektrinio lauko stiprumui, laisvųjų elektronų sparčiai daugėja, todėl sunaikinamos izoliacinės dielektriko savybės. Akivaizdu, kad elektros gedimą iš esmės sukelia krūvio kaupimasis; todėl užkertant kelią krūviui kauptis galima išvengti elektros gedimo.
3. Elektrostatinis gedimas ir iškrovimas
(1) Elektrostatinė iškrova
Nors elektrostatinę iškrovą ir iškrovą, kurią sukuria išorinis stabilus maitinimo šaltinis, sukelia krūvio kaupimasis, jie turi didelių skirtumų. Pirma, elektrostatinės iškrovos atveju iškrovos šaltinis yra erdvės krūvis, todėl jo sukaupta energija yra ribota, skirtingai nuo išorinio maitinimo šaltinio, kuris turi galimybę nuolat išsikrauti. Taigi jis gali suteikti energijos tik trumpalaikiam-vietiniam gedimui. Nors elektrostatinės iškrovos energija yra palyginti maža, jos iškrovos bangos forma yra labai sudėtinga ir sunkiai valdoma. Su tuo susijęs minkštas puslaidininkinių įtaisų gedimas.
(2) Elektrostatinis gedimas
Komponentų gedimo žala, kurią sukelia elektrostatinė iškrova, yra labiausiai paplitęs ir rimčiausias pavojus elektronikos pramonėje, ypač gaminant ir surenkant elektroninius gaminius. Dėl elektrostatinės iškrovos prietaisai gali sunkiai arba švelniai sugesti. Sunkus gedimas yra vienkartinis nuolatinis įrenginio gedimas, pvz., atvira grandinė arba trumpasis jungimas tarp įrenginio išvesties ir įvesties. Minkštas gedimas gali pabloginti komponentų veikimą ir sumažinti jų specifikacijas, todėl gali atsirasti gedimų. Kadangi dėl minkšto gedimo grandinės su pertrūkiais sugenda (dėl sumažintų specifikacijų) ir yra sunkiai aptinkamos, tai sukelia didelių problemų bendrai sistemos veikimui ir trikčių šalinimui. Minkšto gedimo metu įranga vis tiek gali veikti su „gedimu“, jos veikimas iš esmės nepasikeitė ir gali praeiti gamyklinę patikrą, tačiau bet kada vėl gali sugesti. Daugkartiniai minkšti gedimai gali sukelti sunkų gedimą, dėl kurio gali sutrikti įrangos veikimas, dėl to vartotojai gali patirti nuostolių, pakenkti gamintojo reputacijai ir produktų pardavimui, netgi nepataisomų nuostolių šaliai.
4. Statinė elektra iš žmogaus kūno
Pramoninėje gamyboje pagrindinė komponentų pažeidimo ir normaliam elektroninės įrangos veikimui trukdžių priežastis yra elektrostatinė iškrova iš žmogaus kūno. Žmogaus kūno elektrostatinė iškrova gali sukelti elektros šoką ir sužalojimus, taip pat gali sukelti antrines avarijas (ty sugadinti komponentus), todėl į tai reikia žiūrėti rimtai. Statinė elektra susidaro žmogaus organizmui paverčiant kasdienio darbo metu sunaudotą mechaninę energiją į elektros energiją. Žmogaus kūnas yra statinis laidininkas. Izoliuojant nuo žemės (pvz., su batais iš izoliacinės medžiagos), tarp korpuso ir žemės susidaro kondensatorius, kaupiantis elektros krūvį. Įkrovimo įtampa paprastai yra mažesnė arba lygi 50 kV.
Labai dažnas ir subtilus veiksmas gali sukurti labai aukštą statinę įtampą. Kai žmogaus kūnas iškrauna įkrautą medžiagą, ji reaguos įvairiai; ši reakcija vadinama elektros smūgio jautrumu. Nors statinis šokas nepadarys didelės fiziologinės žalos, jis gali pakenkti sveikatai arba pakenkti organizmui.
Elektros smūgio sužalojimo riba yra 3,0 kV. Be to, liesdami įkrautu korpusu jautrius įrenginius{2}, galite sugadinti šiuos įrenginius.
III. Antistatinė valdymo technologija (priemonės)
Remiantis elektrostatinės iškrovos principais, pavojais ir dėsniais, galima vadovautis šiais principais, siekiant sukurti veiksmingas anti{0}}statinės kontrolės priemones, kad būtų išvengta žalos.
a) Į projektą įtraukite elektrostatinį valdymą
b) Neleiskite kauptis elektrostatiniam krūviui ir slopinkite bei sumažinkite statinės elektros susidarymą
c) Įrengti greitą ir saugų išleidimo kanalą
d) aptikti ir stebėti antistatinių priemonių veiksmingumą
1. Į dizainą įtraukite elektrostatinį valdymą
(1) Antistatinis gamybos aplinkos dizainas
Antistatinis elektroninių gaminių gamybos aplinkos dizainas yra ESD valdymo raktas. Dizainas pagrįstas elektroninių komponentų izoliacine plėvele, elektrostatiniam elektrostatiniam jautrių prietaisų (ESDS) elektrostatiniam gedimo įtampai visoje mašinoje ir anti-gamybos įrangos našumu. Gamintojai turi nustatyti konkretų ESD kontrolės lygį, kurį lemia jautriausi komponentai gamybos procese, o gamybos aplinka turi užtikrinti šio lygio saugumą. Pagal DGJ08-83-2000 „Antistatinės inžinerijos techninę specifikaciją“ statinės elektros valdymo inžinerinis projektas yra suskirstytas į tris lygius: 1 lygio standartas yra tai, kad absoliuti elektrostatinio potencialo vertė valdymo kambaryje yra ne didesnė kaip 100 V; 2 lygio standartas yra tas, kad absoliuti elektrostatinio potencialo vertė valdymo kambaryje yra ne didesnė kaip 200 V; 3 lygio standartas yra tas, kad absoliuti elektrostatinio potencialo vertė valdymo kambaryje yra ne didesnė kaip 1000 V. Taikomos antistatinės inžinerijos klasifikacijos standartų vietos nurodytos 5 lentelėje:
Kadangi statinės elektros žala yra nematoma, ESD pavojų pašalinimui pirmiausia reikia prevencijos. Darbo zonoje turi būti įrengtos apsaugotos elektrostatinės zonos (EPA). Pagal IEC 1340-5-1 (1995) „Bendrieji elektroninių prietaisų apsaugos reikalavimai“, pagrindinis EPA reikalavimas yra potencialų išlyginimas, kuris sujungia personalą, medžiagas ir darbinius paviršius ir elektra sujungia juos į bendrą įžeminimą, kad būtų išvengta potencialių skirtumų tarp skirtingų objektų. Kadangi ESD neatsiranda tarp medžiagų, kurios palaiko tą patį potencialą arba nulinį potencialą, į ESD linkę įrenginiai arba plokštės EPA aplinkoje yra apsaugoti nuo ESD pažeidimų.