Різне

Що таке електростатичний розряд: основи ESD

Що таке електростатичний розряд: основи ESD

Електростатичний розряд або електростатичний розряд - це повсякденне життя, і це має особливе значення в електронній промисловості в наші дні.

Роками тому, коли використовувались термоелектричні клапани / вакуумні трубки, це не було проблемою, і навіть із введенням транзисторів мало хто вважав це проблемою. Однак, коли були введені MOSFET, рівень їх відмов зростав, проблема була досліджена, і було виявлено, що накопичення статики було достатнім для того, щоб шар оксиду в пристрої вийшов з ладу.

З тих пір рівень обізнаності щодо ОСР значно зріс, оскільки було доведено, що він впливає на багато пристроїв. Насправді багато виробників сьогодні вважають усі компоненти чутливими до статики, а не лише пристрої MOS, які найбільш схильні до пошкоджень.

У результаті важливості, що надається ОУР, виробники електронного обладнання витрачають багато тисяч фунтів, щоб забезпечити захист своїх робочих місць від впливу статики. Вони гарантують, що вироблена ними продукція не має високих показників відмов під час виробничого випробування, і вони можуть демонструвати високу надійність протягом тривалого періоду часу.

Що таке ESD?

Статичність - це просто накопичення заряду між двома поверхнями. Це виникає, коли поверхні стираються, і це призводить до надлишку електронів на одній поверхні та дефіциту на іншій.

Поверхні, на яких накопичується заряд, можна розглядати як конденсатор. Заряд залишатиметься на місці, якщо у нього немає шляху, по якому він може протікати. Оскільки часто немає реального шляху, по якому може протікати заряд, результуюча напруга може залишатися на місці деякий час, і це породжує термін "статична електрика".

Однак коли провідний шлях існує, буде протікати струм, і заряд зменшиться. З розрядом існує постійна часу. Високий опір означатиме, що менший струм буде протікати довше. Низький опір призведе до набагато швидшого розряду.

Очевидно, що рівні напруги та струму, які виробляються, залежать від великої кількості факторів. Розмір людини, рівень активності, об’єкт, проти якого проводиться розряд, і звичайно вологість повітря. Всі вони мають виражений ефект, тому передбачити точний розмір скидів, що відбудуться, майже неможливо.

Однак одним з основних факторів, що впливає на напруги, які виробляються, є види матеріалів, які стираються між собою. Встановлено, що різні матеріали дають різну напругу. Вироблена напруга залежить від положення двох матеріалів у серії, відомій як трибо-електрична серія.

Серія Tribo-electric

Чим далі вони розташовані один від одного в серії, тим більше напруга. Той, хто знаходиться вище в серії, отримає позитивний заряд, а той, що опуститься нижче, негативний. Переглядаючи список трибоелектричних серій нижче, можна побачити, що розчісування волосся пластиковою гребінцем призведе до позитивного заряду на волоссі, а гребінець стане негативно зарядженим.

Серія Tribo-Electric

Позитивний заряд
Шкіра
Волосся
Шерсть
Шовкові
Папір
Бавовна
Деревина
Гума
Район
Поліестер
Поліетілен
ПВХ
Тефлон
Негативний заряд

Існує багато способів накопичення зарядів. Навіть прогулянка по килиму може призвести до дуже великих напруг. Зазвичай це може спричинити потенціал 10 кВ. У поганих випадках це може призвести навіть до потенціалів, що втричі перевищують це значення. Навіть сам факт прогулянки по вініловій підлозі може призвести до генерування потенціалів близько 5 кВ. Насправді будь-яка форма руху, коли поверхні стираються, призведе до утворення статичної електрики. Хтось, хто працює на стенді з використанням електронних компонентів, може легко генерувати статичний потенціал 500 В і більше.


Практичні приклади ОУР

Один з найпоширеніших прикладів отримання заряду - це прогулянка по кімнаті. Навіть це повсякденне явище може спричинити дивно високі напруги. Фактичні напруги значно варіюються в залежності від різних факторів, але можна дати оцінки, щоб проілюструвати ступінь проблеми.

Щоб проілюструвати ступінь проблеми, у таблиці нижче наведено різні приклади:


Ймовірно, напруга ESD, спричинене щоденними діями
Причина генерації зарядуЙмовірна напруга (кВ) *
Прогулянка через килим30
Піднімаючи поліетиленовий пакет20
Ходьба по вініловій кахельній поверхні15
Робота на лавці5

* Це приблизні цифри і передбачають відносну вологість до 25%. Коли вологість зростає, ці рівні падають: при вологості близько 75% статичні рівні можуть впасти в рази дуже приблизно 25 або більше. Усі ці цифри є дуже приблизними, оскільки вони дуже залежать від конкретних умов, але вони дають орієнтир на порядок рівня очікуваних рівнів ОСР.

Хоча результати ОСР виявляються дуже високими, вони, як правило, проходять непоміченими. Найменший електростатичний розряд, який можна відчути, становить близько 5 кВ, і навіть тоді така величина розряду може відчуватися лише іноді. Причина полягає в тому, що хоча отримані пікові струми можуть бути дуже високими, вони тривають лише дуже короткий час, і тіло їх не виявляє, оскільки заряд за ними відносно невеликий. Напруги такої величини на електронному або електричному обладнанні, де більше струму може бути джерелом і набагато довше, матимуть набагато більший ефект і можуть бути дуже небезпечними.


Статична передача

Є кілька способів передачі статичних зарядів на напівпровідникові прилади, що призводить до пошкодження від електростатичного розряду. Найбільш очевидним є те, коли їх торкається заряджений і провідний предмет. Найбільш очевидний приклад цього, можливо, трапляється, коли напівпровідник знаходиться на робочому столі, а хтось проходить по підлозі, нарощуючи заряд, а потім піднімає його.

Потім заряджений палець дуже швидко передає статичний заряд напівпровіднику з можливістю пошкодження. Інструменти можуть бути ще більш шкідливими. Металеві викрутки ще більш електропровідні і додаватимуть заряду ще швидше, а це призводить до вищих рівнів пікового струму.

Однак не потрібно торкатися компонентів, щоб пошкодити їх. Такі предмети, як пластикові стаканчики, несуть дуже високий заряд, і розташування одного з них поблизу мікросхеми може "індукувати" протилежний заряд в мікросхему. Це теж може пошкодити напівпровідниковий пристрій. Зв’язки, виготовлені з штучного волокна, також становлять небезпеку електростатичного розряду, оскільки вони можуть заряджатися і легко висіти біля чутливого електронного обладнання.

Механізми відмови ОУР

Існує ряд способів, за допомогою яких ОУР може пошкодити напівпровідникові компоненти. Найбільш очевидні наслідки дуже високої статичної напруги, що породжує високий рівень пікового струму, який може спричинити місцеве вигорання. Незважаючи на те, що струм протікає протягом дуже короткого проміжку часу, щомісячні розміри характеристик в інтегральній схемі означають, що шкоду завдано дуже легко. Взаємозв'язуючі дротові ланки або ділянки в самій мікросхемі можуть бути сплавлені великим піковим струмом.

Інший спосіб пошкодження внаслідок електростатичного розряду - це коли високий рівень напруги спричиняє пробій у складі самого пристрою. Це може зруйнувати оксидний шар у пристрої, що робить пристрій непрацездатним. Маючи розміри в деяких мікросхемах набагато менше мікрона, не дивно, що навіть відносно низькі напруги можуть спричинити пробій.

Хоча пошкодження від електростатичного розряду можуть миттєво знищити пристрої, вони також можуть створити так звані приховані збої. Це відбувається тому, що ESD не руйнує повністю пристрій, але заподіяна шкода лише послаблює його, залишаючи ризик виходу з ладу пізніше у своєму житті. Ці приховані дефекти зазвичай не вдається виявити. Результатом є те, що загальний рівень надійності значно знижується, або (більше у випадку з аналоговими пристроями) продуктивність може погіршитися. Приховані несправності, спричинені електростатичним розрядом, можуть бути дуже дорогими, оскільки ремонт, коли елемент знаходиться в експлуатації, є набагато дорожчим, ніж виправлення елемента, який не вдався на заводі. Причиною цього є те, що спеціалісту з ремонту, як правило, потрібно відремонтувати виріб на місці, або його потрібно відправити в ремонтний заклад.

Приховані збої можуть бути спричинені, коли взаємозв'язок частково сплавлений ESD. Часто частина провідника руйнується статичним розрядом, що робить його вразливим пізніше. Інший спосіб пошкодження стружки - це розподіл матеріалу в результаті пошкодження по поверхні напівпровідника, і це може призвести до альтернативних шляхів провідності.

У результаті того, що електростатичні розряди можуть легко пошкодити компоненти, більшість виробників розглядають усі напівпровідники як чутливі до статики пристрої, і поряд з цим багато хто обробляє всі пристрої, включаючи пасивні компоненти, такі як конденсатори та резистори, також чутливі до статики. Дивлячись на це, слід пам’ятати, що сьогодні в більшості частин обладнання, що випускається, використовуються компоненти для поверхневого монтажу, розміри яких значно менші, ніж у традиційних компонентів, і це робить їх набагато більш сприйнятливими до пошкоджень від електростатичних розрядів.


Перегляньте відео: Lokman DEMiR: Antistatik bileklik nedir, nasıl kullanılır! (Може 2021).