Hur uppstår risk för statisk elektricitet inom elektronikindustrin?
Risker med statisk elektricitet inom elektronikindustrin kan delas in i två kategorier: en är adsorption av luftburet damm orsakat av elektrostatisk attraktion; den andra är dielektrisk nedbrytning orsakad av elektrostatisk urladdning.
1. Elektrostatisk adsorption
I tillverkningsprocessen av halvledarkomponenter, på grund av den omfattande användningen av verktyg och material gjorda av kvarts och polymerer, som har höga isoleringsegenskaper, kan oundviklig friktion under användning orsaka att ytladdningar ackumuleras kontinuerligt, vilket ökar potentialen.
På grund av de mekaniska effekterna av statisk elektricitet kan luftburet damm på arbetsplatsen lätt fästa på spånytan under dessa förhållanden. Även små dammpartiklar kan påverka prestandan hos halvledarenheter. Därför måste produktionen av elektroniska produkter utföras i en ren miljö, och operatörer, verktyg och miljön måste vidta en rad anti-åtgärder för att förhindra och minska uppkomsten av risker för statisk elektricitet.
2. Klassificering av dielektrisk nedbrytning
Nedbrytningen av komponenter som orsakas av statisk elektricitet är den huvudsakliga formen av risk för statisk elektricitet inom elektronikindustrin. I ett starkt elektriskt fält, när fältstyrkan ökar, ackumuleras laddning. När den når en viss nivå förlorar dielektrikumet sin polarisering och blir en ledare, vilket så småningom leder till termisk skada. Detta fenomen kallas dielektrisk nedbrytning. Dielektrisk nedbrytning kan kategoriseras i tre typer: termisk nedbrytning, kemisk nedbrytning och elektrisk nedbrytning.
(1) Termisk nedbrytning
När ett dielektrikum är i drift, om värmen som genereras av energiförlust överstiger den värme som avges till den omgivande miljön, stiger den dielektriska temperaturen snabbt, vilket ökar konduktiviteten tills termisk skada inträffar. Därför är kärnfrågan vid termisk nedbrytning värmeavledning. Termisk design är en avgörande aspekt av produktdesign.
(2) Kemisk nedbrytning
Under hög spänning kan ett starkt elektriskt fält orsaka lokaliserad luftkollisionsjonisering nära defekter eller porer på den dielektriska ytan eller inuti dielektrikumet. Denna jonisering orsakar dielektrisk glöd och genererar kemiska ämnen-ozon och koldioxid-som minskar isoleringsförmågan och leder till dielektriska skador.
(3) Elektriskt haveri
Elektriskt sammanbrott inträffar när ett dielektrikum utsätts för ett starkt elektriskt fält, vilket gör att det avger fria elektroner. Fria elektroner ökar snabbt med ökande elektrisk fältstyrka, vilket förstör dielektrikens isolerande egenskaper. Det är uppenbart att elektriskt genombrott huvudsakligen orsakas av laddningsackumulering; därför kan förhindrande av laddningsackumulering förhindra elektriskt genombrott.
3. Elektrostatisk nedbrytning och urladdning
(1) Elektrostatisk urladdning
Även om elektrostatisk urladdning och urladdning som genereras av en extern stabil strömkälla båda orsakas av laddningsackumulering, har de betydande skillnader. För det första, i fallet med elektrostatisk urladdning, är urladdningskällan rymdladdning, och därför är dess lagrade energi begränsad, till skillnad från en extern strömkälla som har förmågan att kontinuerligt ladda ur. Således kan den bara ge energi för kort-, lokaliserad nedbrytning. Även om energin för elektrostatisk urladdning är relativt liten, är dess urladdningsvågform mycket komplex och svår att kontrollera. Mjuk nedbrytning av halvledarenheter är relaterad till detta.
(2) Elektrostatisk nedbrytning
Skador på komponenter orsakade av elektrostatisk urladdning är den vanligaste och allvarligaste faran inom elektronikindustrin, särskilt vid tillverkning och montering av elektroniska produkter. Elektrostatisk urladdning kan orsaka hårt eller mjukt sammanbrott av enheter. Hård haveri är ett permanent-gångsfel på enheten, till exempel en öppen krets eller kortslutning mellan enhetens utgång och ingång. Mjuk nedbrytning kan försämra komponenternas prestanda och minska deras specifikationer, vilket skapar risk för fel. Eftersom mjukt sammanbrott gör att kretsar inte fungerar intermittent (på grund av reducerade specifikationer) och är svåra att upptäcka, orsakar det betydande problem för systemets övergripande drift och felsökning. Under mjuk nedbrytning kan utrustningen fortfarande fungera med ett "fel", dess prestanda förändras inte i grunden, och den kan klara fabriksinspektionen, men den är benägen att misslyckas igen när som helst. Flera mjuka haverier kan leda till hårda haverier, vilket orsakar onormal drift av utrustningen, vilket resulterar i förluster för användare, skada på tillverkarens rykte och produktförsäljning och till och med irreparabela förluster för landet.
4. Statisk elektricitet från människokroppen
Inom industriell produktion är elektrostatisk urladdning från människokroppen en viktig orsak till komponentskador och störningar på den normala driften av elektronisk utrustning. Elektrostatisk urladdning från människokroppen kan orsaka elektriska stötar och skador, och kan även utlösa sekundära olyckor (dvs komponentskador), därför bör det tas på allvar. Statisk elektricitet genereras genom att människokroppen omvandlar den mekaniska energi som förbrukas under det dagliga arbetet till elektrisk energi. Människokroppen är en statisk ledare. När den är isolerad från marken (t.ex. med skor gjorda av isolerande material), bildas en kondensator mellan kroppen och marken, som lagrar elektrisk laddning. Laddningsspänningen är vanligtvis mindre än eller lika med 50kV.
En mycket vanlig och subtil åtgärd kan generera en avsevärt hög statisk spänning. När människokroppen släpper ut ett laddat ämne, kommer det att reagera i varierande grad; denna reaktion kallas elektrisk stötkänslighet. Även om en statisk chock inte kommer att orsaka större fysiologisk skada, kan den påverka hälsan eller skada kroppen.
Gränsen för elektriska stötar är 3,0 kV. Dessutom kan om du rör statiska-känsliga enheter med en laddad kropp skada dessa enheter.
III. Anti-statisk kontrollteknik (åtgärder)
Baserat på principerna, farorna och lagarna för elektrostatisk urladdning kan följande principer följas för att upprätta effektiva anti-kontrollåtgärder för att förhindra skador.
a) Inkludera elektrostatisk kontroll i designen
b) Förhindra ackumulering av elektrostatisk laddning och undertrycka och minska genereringen av statisk elektricitet
c) Upprätta en snabb och säker utloppskanal
d) Upptäck och övervaka effektiviteten av anti-statiska åtgärder
1. Inkludera elektrostatisk kontroll i designen
(1) Anti-utformning av produktionsmiljön
Den anti-statiska designen av produktionsmiljön för elektroniska produkter är nyckeln till ESD-kontroll. Designen är baserad på den isolerande filmen av elektroniska komponenter, den elektrostatiska genombrottsspänningen för elektrostatiskt känsliga enheter (ESDS) i hela maskinen och den anti-statiska prestandan hos produktionsutrustningen. Tillverkare måste bestämma en specifik ESD-kontrollnivå, som bestäms av de känsligaste komponenterna i produktionsprocessen, och produktionsmiljön måste säkerställa säkerheten för denna nivå. Enligt DGJ08-83-2000 "Technical Specification for Anti-static Engineering" är den tekniska designen för att styra statisk elektricitet specifikt uppdelad i tre nivåer: Nivå 1 standard är att det absoluta värdet av den elektrostatiska potentialen i kontrollrummet inte är större än 100V; Nivå 2 standard är att det absoluta värdet av den elektrostatiska potentialen i kontrollrummet inte är större än 200V; Nivå 3 standard är att det absoluta värdet av den elektrostatiska potentialen i kontrollrummet inte är större än 1000V. Tillämpliga platser för klassificeringsstandarder för antistatisk konstruktion visas i Tabell 5 nedan:
Eftersom skador på statisk elektricitet är osynliga kräver eliminering av ESD-risker förebyggande som det primära tillvägagångssättet. Elektrostatiska skyddade områden (EPA) måste sättas upp i arbetsområdet. Enligt IEC 1340-5-1 (1995) "Allmänna krav för skydd av elektroniska enheter" är kärnkravet för EPA:er ekvipotentialbindning, som kopplar samman personal, material och arbetsytor och elektriskt ansluter dem till en gemensam jord för att förhindra potentiella skillnader mellan olika objekt. Eftersom ESD inte uppstår mellan material som upprätthåller samma potential eller nollpotential, skyddas ESD-benägna enheter eller kretskort i en EPA-miljö från ESD-skador.