הגנה על חשמל סטטי

היצור, ההשפעה וההגנה של חשמל סטטי

I. ייצור חשמל סטטי:

1. חיכוך: בחיי היומיום, חשמל סטטי נוצר כאשר שני אובייקטים מחומרים שונים באים במגע ואז נפרדים. השיטה הנפוצה ביותר לייצור חשמל סטטי היא באמצעות חיכוך. ככל שהחומר בידוד טוב יותר, כך קל יותר לייצר חשמל סטטי באמצעות חיכוך. בנוסף, חשמל סטטי יכול להיווצר גם כאשר שני אובייקטים של חומרים שונים באים במגע ואז נפרדים.

2. אינדוקציה: עבור חומרים מוליכים, אלקטרונים יכולים לזרום בחופשיות על פני השטח שלהם. אם מניחים אותם בשדה חשמלי, אלקטרונים חיוביים ושליליים יעברו עקב דחיית מטענים דומים ומשיכת מטענים לא דומים.

3. הולכה: עבור חומרים מוליכים, אלקטרונים יכולים לזרום בחופשיות על פני השטח שלהם. אם הם באים במגע עם חפץ טעון, תתרחש העברת מטען.

II. השפעת החשמל הסטטי על תעשיית האלקטרוניקה

מזעור המעגלים, יכולת עמידה במתח נמוך יותר ושטח מעגל קטן יותר ברכיבי מעגל משולבים מחלישים את ההתנגדות שלהם לפריקה אלקטרוסטטית (ESD). שדות וזרמים אלקטרוסטטיים הופכים לאיומים קטלניים על רכיבים אלו בצפיפות- גבוהה. במקביל, השימוש הנרחב בחומרים בעלי בידוד גבוה כמו פלסטיק מגדיל מאוד את הסיכויים לייצור חשמל סטטי. חשמל סטטי נוצר בחיי היומיום באמצעות פעילויות כמו הליכה, תנועת אוויר וטיפול. למרות שמקובל להאמין שרק שבבי CMOS רגישים לחשמל סטטי, במציאות, רכיבים אלקטרוניים משולבים מאוד רגישים למדי.

א. השפעות של חשמל סטטי על רכיבים אלקטרוניים

1. חשמל סטטי מושך אבק, משנה את העכבה בין המעגלים ומשפיע על תפקודי המוצר ועל תוחלת החיים.

2. שדות או זרמים חשמליים עלולים לפגוע בבידוד או במוליכים של רכיבים, ולהפוך אותם לבלתי פעילים (נהרסים לחלוטין).

3. חום הנוצר משדות או זרמים חשמליים מיידיים עלול לפגוע ברכיבים, לאפשר להם להמשיך לתפקד אך לקצר את אורך חייהם.

ב. מאפיינים של נזקי חשמל סטטי:

1. ערמומי: גוף האדם אינו יכול לתפוס ישירות חשמל סטטי אלא אם מתרחשת פריקה אלקטרוסטטית. גם אז לא תמיד מורגשת תחושת התחשמלות. הסיבה לכך היא שגוף האדם יכול לתפוס רק מתח פריקה אלקטרוסטטי של 2-3KV.

2. סמויים: חלק מהרכיבים האלקטרוניים אינם מראים ירידה ברורה בביצועים לאחר נזקי חשמל סטטי, אך פריקות חוזרות ונשנות עלולות לגרום לנזק פנימי, ליצור סכנות נסתרות ולהגביר את רגישות הרכיב לחשמל סטטי. אין תרופה לבעיות קיימות. 3. אקראיות: באילו נסיבות יסבלו רכיבים אלקטרוניים נזקים לפריקה אלקטרוסטטית (ESD)? ניתן לומר שמרגע ייצורו של רכיב ועד שהוא נכשל, הוא מאוים על ידי ESD, והיצירה של ESD זה היא אקראית. מכיוון שהיצירה והפריקה של ESD מתרחשים באופן מיידי, קשה לחזות אותם ולהגן מפניהם.

4. המורכבות של נזקי ESD: המבנה המורכב והעדין של מוצרים אלקטרוניים הופך את עבודת ה-ESD לזמן-צורך, עבודה-אינטנסיבי ויקר. זה מצריך לעתים קרובות טכנולוגיה מתוחכמת, המחייבת לעתים קרובות שימוש במכשירים מדויקים כגון מיקרוסקופים אלקטרוניים סורקים. למרות זאת, קשה להבחין בין כמה תופעות של נזקי ESD לבין נזקים הנגרמים מסיבות אחרות, מה שמוביל לפירוש שגוי של כשלים ב-ESD כסוגים אחרים של כשלים. לפני מושגת הבנה מלאה של נזקי ESD, הוא מיוחס לרוב לכשלים מוקדמים או כשלים שמקורם לא ידוע, ובכך מטשטש באופן לא מודע את הסיבה האמיתית לכשל.

5. חומרה: אמנם נראה שבעיות ESD משפיעות רק על המשתמשים במוצרים מוגמרים, אך למעשה הן משפיעות על היצרנים בכל הרמות, כגון עלויות אחריות, עלויות תיקון ומוניטין החברה.

III. שלושה סוגים של ESD

1. סוג גוף אנושי: זה מתייחס למטען החיכוך שנוצר בין הגוף לבגדים במהלך פעילות אנושית. 1. כאשר אנשים מחזיקים במכשירים רגישים ל-ESD- מבלי להארק אותם תחילה, מטענים טריבו-אלקטריים יעברו למכשירים הרגישים ל-ESD- ויגרום לנזק.

2. סוג טעינה של מכשירים מיקרואלקטרוניים: הכוונה היא למכשירים רגישים ל-ESD-, במיוחד חלקי פלסטיק. במהלך ייצור אוטומטי נוצרים מטענים טריבו-אלקטריים. ניתן לפרוק מטענים אלה במהירות באמצעות קווי התנגדות-נמוכים אל משטח מוליך מאוד ומוארק היטב, ולגרום נזק; או שהם עלולים לגרום לחלקי המתכת של המכשיר הרגיש ל-ESD- להיטען באמצעות אינדוקציה, וכתוצאה מכך לנזק.

3. סוג המושרה בשדה-: זה מתרחש כאשר שדה חשמלי חזק מקיף את המכשיר, שעשוי לנבוע מחומרים פלסטיים או מבגדים. המרת אלקטרונים מתרחשת על פני שכבת התחמוצת. אם הפרש הפוטנציאל חורג מהקבוע הדיאלקטרי של שכבת התחמוצת, תיווצר קשת חשמלית להרוס את שכבת התחמוצת, וכתוצאה מכך לקצר חשמלי.

IV. הגנה אלקטרוסטטית

1. הארקה

הארקה מפרקת חשמל סטטי ישירות לאדמה באמצעות חיבור חוט. זהו המדד האנטי-הישיר והיעיל ביותר. עבור מוליכים, נעשה שימוש נפוץ בהארקה, כגון על ידי חבישת רצועות יד אנטי-סטטיות ומשטחי עבודה הארקה.

הארקה מיושמת בשיטות הבאות:

1) הארקה של גוף האדם באמצעות רצועות פרק כף היד.

2) הארקה של גוף האדם באמצעות נעליים אנטי-סטטיות (או שרוכים) וריצוף אנטי-סטטי.

3) הארקה של משטח שולחן העבודה.

4) הארקה של מכשירי בדיקה, מחזיקי כלים ומלחמים.

5) הארקה של ריצוף ומחצלות אנטי-סטטיים.

6) הארקה של עגלות הובלה, קופסאות ומתלים אנטי-סטטיים בכל הזדמנות אפשרית.

7) הארקה של כסאות אנטי-סטטים.

2. מיגון אלקטרוסטטי

רכיבים רגישים לאלקטרוסטטי עלולים להיחשף לחשמל סטטי במהלך אחסון או הובלה. מיגון אלקטרוסטטי יכול להפחית את ההשפעה של חשמל סטטי חיצוני על רכיבים אלקטרוניים. השיטות הנפוצות ביותר הן שימוש בשקיות מיגון אלקטרוסטטי ובקופסאות מחזור אנטי-סטטיות להגנה. בנוסף, ביגוד אנטי-סטטי מספק מיגון מסוים מפני חשמל סטטי.