Wyładowania elektrostatyczne (ESD) to dobrze znany problem z kompatybilnością elektromagnetyczną, który może spowodować nieprawidłowe działanie lub uszkodzenie sprzętu elektronicznego.Gdy urządzenia półprzewodnikowe są umieszczane samodzielnie lub instalowane w modułach obwodów, mogą spowodować trwałe uszkodzenie tych urządzeń, nawet gdy nie są włączone.Elementy wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne nazywane są urządzeniami wrażliwymi na wyładowania elektrostatyczne (ESDS).
Jeśli napięcie między dwoma lub więcej stykami komponentu przekroczy wytrzymałość na przebicie dielektryka komponentu, komponent zostanie uszkodzony.To jest główny powód awarii urządzeń MOS.Im cieńsza warstwa tlenku, tym urządzenie jest bardziej wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne.Awaria zwykle objawia się zwarciem z pewną rezystancją samego zasilacza.W przypadku urządzeń bipolarnych uszkodzenia zwykle występują w obszarach aktywnych półprzewodników, które zostały metalizowane i oddzielone cienką warstwą tlenku, co powoduje powstanie ścieżki silnego upływu.
Kolejna awaria powstaje, gdy temperatura węzła przekracza temperaturę topnienia krzemu półprzewodnikowego (1415°C).Energia impulsu wyładowania elektrostatycznego może powodować miejscowe nagrzewanie, więc ten mechanizm zawodzi.Ta awaria może wystąpić nawet wtedy, gdy napięcie jest poniżej napięcia przebicia dielektryka.Typowym przykładem jest to, że przebicie między emiterem a bazą tranzystora NPN spowoduje gwałtowny spadek wzmocnienia prądu.
Po tym, jak urządzenie zostanie dotknięte wyładowaniami elektrostatycznymi, uszkodzenie funkcjonalne może nie nastąpić natychmiast.Te potencjalnie uszkodzone elementy są często określane jako „kaleki” i, gdy są używane, będą bardziej wrażliwe na późniejsze wyładowania elektrostatyczne lub przewodzące stany nieustalone.Ważne jest, aby zwracać szczególną uwagę na uszkodzenia elementów, które nie są łatwo wykrywalne przez napięcie rozładowania.Ciało ludzkie odczuwa napięcie wyładowania elektrostatycznego w zakresie 3000-5000V, jednak napięcie, gdy element jest uszkodzony, wynosi tylko kilkaset woltów.Szkodliwe skutki wyładowań elektrostatycznych zaczęto dostrzegać w latach 70. XX wieku.Wynika to z rozwoju nowych technologii, które sprawiły, że komponenty są coraz bardziej wrażliwe na uszkodzenia spowodowane wyładowaniami elektrostatycznymi.Straty spowodowane wyładowaniami elektrostatycznymi mogą sięgać ponad kilka milionów dolarów rocznie.Dlatego wielu dużych producentów komponentów i urządzeń wprowadziło profesjonalną technologię w celu zmniejszenia akumulacji elektryczności statycznej w środowisku produkcyjnym, poprawiając w ten sposób wskaźnik kwalifikacji produktu i niezawodność.Użytkownicy rozumieją również, jak ważne jest zapobieganie uszkodzeniom spowodowanym wyładowaniami elektrostatycznymi, opierając się na własnym doświadczeniu.
2．Jak radzić sobie z wyładowaniami elektrostatycznymi
Pierwszym krokiem w kontrolowaniu gromadzenia się elektryczności statycznej jest zrozumienie mechanizmu generowania ładunku elektrostatycznego.Napięcie elektrostatyczne jest generowane przez kontakt i separację różnego rodzaju substancji.Chociaż tarcie może gromadzić więcej ładunku, tarcie nie jest konieczne.Efekt ten jest znany jako ładowanie tryboelektryczne, a wytwarzane napięcie zależy od właściwości materiałów, które ocierają się o siebie.Tabela kolejności elektryzacji tarciowej przedstawia stopień trudności ładowania różnych rodzajów materiałów.W przypadku dwóch stykających się ze sobą substancji elektrony zmienią się z substancji górnej na liście sekwencji na substancję dolną, co spowoduje, że obie substancje będą miały odpowiednio ładunki dodatnie i ujemne.Im dalej znajdują się materiały w tabeli sekwencji, tym większy jest ich ładunek.
Sekwencję elektryzowania tarciowego popularnych substancji przedstawiono w poniższej tabeli:
3．Praktyczne rozwiązywanie problemów
Rozwiązanie problemu obejmuje: Jeśli elementy wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne (ESDS) są wystawione na zewnątrz podczas produkcji i konserwacji, należy zapobiegać gromadzeniu się ładunku w pobliżu tych elementów, a elementy te należy chronić przed wyładowaniami elektrostatycznymi podczas transportu i przechowywania Metoda opakowanie.Istnieje wiele sposobów zapobiegania wyładowaniom elektrostatycznym.Najlepszym sposobem jest spełnienie wymagań i najtańsza metoda, ta metoda jest inna dla różnych produktów i różnych okazji.
4．Obszar chroniony przed wyładowaniami elektrostatycznymi (EPA)
Obszar ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi (EPA), czasami określany jako bezpieczny obszar operacyjny, jest sercem każdego środka kontroli wyładowań elektrostatycznych.W tym obszarze elementy wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne (ESDS) lub płytki drukowane lub zawierające je elementy mogą pracować bezpiecznie, ponieważ ilość ładunku jest kontrolowana bez generowania szkodliwych napięć.Obszar ten zwykle zawiera stoły warsztatowe lub grupy robocze, stacje robocze, sprzęt do przetwarzania, taki jak automatyczne maszyny typu plug-in lub obszar produkcyjny.Zakres EPA musi być wyraźnie oznaczony i najlepiej jest postawić ogrodzenie, aby uniemożliwić wejście osobom nieupoważnionym.W obszarze EPA należy stosować materiały o minimalnym nagromadzeniu ładunku statycznego, a ładunek może być odprowadzany do gruntu w sposób kontrolowany.
5. Bezpieczeństwo
Elektronarzędzia i sprzęt są ogólnie dostępne w ramach EPA.W takim środowisku podłączenie pojedynczego obiektu lub urządzenia bezpośrednio do ziemi jest niebezpieczne.Z tego powodu rezystancja nie mniejsza niż 1M powinna być podłączona szeregowo do połączenia przewodu uziemiającego nadgarstka, biegacza i opaski na palce.Niektóre przewody uziemiające opaski na rękę mają taki rezystor na każdym końcu, więc nawet jeśli przewód uziemiający opaski na rękę jest podłączony do zacisku pod napięciem w celu naprawy, nie ma niebezpieczeństwa.Tester przewodu uziemiającego nadgarstka jest narzędziem do sprawdzania, czy rezystancja rezystora jest odpowiednia (jeśli jest zbyt wysoka to niemożliwe jest uzyskanie połączenia ekwipotencjalnego; jeśli jest zbyt niska, wystąpi zagrożenie bezpieczeństwa).Przewód uziemiający opaski powinien być wyposażony we wtyczkę niekompatybilną z innymi gniazdkami elektrycznymi, którą można łatwo wyjąć, a także w razie awarii.
6. Praktyczna praca w strefach ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi
W strefie ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi ładunki i potencjały nie mogą być utrzymywane w dopuszczalnych zakresach, chyba że przestrzegane są jasne specyfikacje robocze.Niektóre przykłady problemów, które mogą powodować problemy, obejmują wnoszenie dokumentów, plastikowych pojemników, kubków itp. w niestatycznych antystatycznych plastikowych osłonach do obszarów ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi oraz używanie środków czyszczących, które mogą uszkodzić właściwości elektrostatyczne podłóg lub powierzchni roboczych.Odpowiedni personel powinien być odpowiednio przeszkolony nie tylko w zakresie poznania procedur, których należy przestrzegać, ale także zrozumienia powodów, dla których należy ich przestrzegać.Przydatna jest również znajomość odpowiednich parametrów komponentów, które mogą ulec uszkodzeniu.Należy wyznaczyć specjalną osobę, która zajmie się konserwacją i konserwacją obszaru ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi, a jednocześnie sprawdza przestrzeganie przepisów.Kontrole te powinny być również sprawdzane w ramach certyfikacji systemu zarządzania jakością.
7. Transport i przechowywanie
Podczas transportu elementów ołowianych często stosuje się piankę przewodzącą.Może to zapobiec większym różnicom potencjałów między pinami komponentu.W przypadku komponentów w podwójnych opakowaniach w linii, podczas transportu masowego często stosuje się rury rozpraszające ładunki elektrostatyczne.W przypadku elementów płytki drukowanej, które znajdują się poza obszarem ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi, należy je transportować w elektrostatycznej torbie ekranującej lub przewodzącej walizce do przenoszenia.Niektóre worki opakowaniowe wykonane są z materiałów przewodzących, co zapewnia, że wszystkie elementy mają ten sam potencjał w stabilnych warunkach, a jednocześnie rozpraszają ładunki elektrostatyczne, które przypadkowo trafiają na worek.Ta metoda nie może być stosowana do płytek drukowanych z bateriami.W takim przypadku należy zastosować worek opakowaniowy z wyściółką z materiału rozpraszającego ładunki elektrostatyczne i warstwą zewnętrzną z materiału przewodzącego.Torby te są droższe, ale zapewniają doskonałą ochronę zarówno dla komponentów zasilanych, jak i niezasilanych.Podobnie, skrzynki przewodzące z prowadnicami dla płytek z obwodami stałymi wewnątrz nie mogą być używane z płytkami drukowanymi zasilanymi z nieosłoniętymi złączami na krawędziach.
8. Naprawa w terenie
Na produkcie przeznaczonym do naprawy na miejscu należy ustawić punkt połączenia elektrostatycznego, aby konserwator mógł podłączyć przewód uziemiający opaski przed otwarciem obudowy urządzenia.Części zamienne należy transportować w torbach lub walizkach z osłoną antystatyczną, chyba że nie zawierają elementów wrażliwych na wyładowania elektrostatyczne.Jeśli moduł pracuje w stanie odsłoniętym, podłącz matę podłogową rozpraszającą ładunki elektrostatyczne do punktu łączenia elektrostatycznego produktu i użyj jej jako powierzchni roboczej.
9. Powiązane standardy
W 1987 r. Wielka Brytania podjęła pierwszą próbę udokumentowania praktyk, której wynikiem jest BS5783.Zamiast nazywać to standardem określającym, jakie testy powinny być wykonywane, lepiej nazywać to kodeksem postępowania.Drugim etapem prac jest przełożenie tego standardu na specyfikację w organizacji europejskiej, której numer to CECC 000151, a jej tytuł to: „Specyfikacja podstawowa: Ochrona elementów wrażliwych statycznie. Część 1: Wymagania ogólne”.Norma została opublikowana w 1991 roku i zmieniła numerację na EN 1000151 w 1992. Pozostałe sekcje zostały opublikowane w 1993 (część druga: wymagania dla warunków niskiej wilgotności) i 1994 (część trzecia: wymagania dla czystych obszarów i część czwarta: wymagania dla wysokiego ciśnienia środowiska).Treść tych sekcji wykracza poza zakres tego artykułu.Norma zawiera nie tylko wymagania dotyczące instalacji, konserwacji i kontroli środków opisanych w tym artykule, ale także wyszczególnia szczegółowe wymagania samego urządzenia zabezpieczającego przed wyładowaniami elektrostatycznymi, w tym metody badań.Ciągły rozwój technologii i procesów oraz doświadczenie zgromadzone we wdrażaniu norm, a także powszechne stosowanie zautomatyzowanych maszyn i urządzeń, doprowadziły do ciągłego doskonalenia tych norm, w tym racjonalizacji ich struktury i wyodrębnienia użytkowników prowadnice ze standardowych wersji.Prace rewizyjne zostały włączone do międzynarodowego forum zorganizowanego przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną.Nowo opracowane normy zostaną opublikowane w serii IEC 1340.Nie ma wątpliwości, że jest to uzupełnienie standardów europejskich.
