Razno

Kaj je elektrostatična razelektritev: osnove ESD

Kaj je elektrostatična razelektritev: osnove ESD

Elektrostatična razelektritev (ESD) je vsakdanje življenje in je v današnjem času še posebej pomembna v elektronski industriji.

Pred leti, ko so se uporabljali termionski ventili / vakuumske cevi, to ni predstavljalo težav in tudi z uvedbo tranzistorjev je le malo ljudi menilo, da je to problem. Ko pa so bili uvedeni MOSFET-i, se je njihova stopnja okvare povečala, raziskali so težavo in ugotovili, da je statično kopičenje zadostovalo za odpoved oksidnega sloja v napravi.

Od takrat se je zavedanje o ESD znatno povečalo, ker se je izkazalo, da vpliva na številne naprave. V resnici danes mnogi proizvajalci menijo, da so vse komponente statično občutljive, ne samo naprave MOS, ki so najbolj nagnjene k poškodbam.

Zaradi pomembnosti, ki jo pripisujejo ESD, proizvajalci elektronske opreme porabijo več tisoč funtov, da zagotovijo, da so njihova delovna mesta zaščitena pred vplivi statične energije. Zagotavljajo, da izdelki, ki jih izdelujejo, med preizkusom proizvodnje nimajo visokih stopenj okvar in so sposobni dokazati visoko zanesljivost v daljšem časovnem obdobju.

Kaj je ESD?

Statičnost je preprosto kopičenje naboja med dvema površinama. Pojavi se, ko se površine drgnejo skupaj, kar povzroči presežek elektronov na eni površini in pomanjkanje na drugi.

Površine, na katerih nastane naboj, se lahko štejejo za kondenzator. Polnjenje bo ostalo na mestu, razen če ima pot, po kateri lahko teče. Ker pogosto ni prave poti, po kateri bi lahko naboj tekel, lahko nastala napetost ostane nekaj časa na svojem mestu, kar povzroči nastanek izraza "statična elektrika".

Ko pa obstaja prevodna pot, bo tok tekel in naboj se bo zmanjšal. Z izpustom je povezana časovna konstanta. Visok upor bo pomenil, da bo manjši tok tekel dlje časa. Nizka odpornost bo povzročila veliko hitrejši izpust.

Očitno so ravni napetosti in toka, ki se proizvajajo, odvisne od številnih dejavnikov. Velikost osebe, stopnja aktivnosti, predmet, proti kateremu se odvaja, in seveda vlažnost zraka. Vsi ti imajo izrazit učinek, zato je skoraj nemogoče napovedati natančno velikost izpustov, ki se bodo pojavili.

Vendar pa je eden glavnih dejavnikov, ki vplivajo na proizvedene napetosti, vrste materiala, ki jih drgnemo skupaj. Ugotovljeno je, da različni materiali oddajajo različne napetosti. Proizvedena napetost je odvisna od položaja obeh materialov v seriji, znani kot tribo-električna serija.

Tribo-električna serija

Bolj ko sta v seriji narazen, večja je napetost. Tisti, ki je višje v seriji, bo prejel pozitiven naboj, tisti, ki je nižji, pa negativni naboj. Če pogledamo spodnji seznam triboelektričnih serij, lahko ugotovimo, da bo česanje las s plastičnim glavnikom povzročilo pozitiven naboj na laseh, glavnik pa bo postal negativno nabit.

Tribo-električna serija

Pozitiven naboj
Koža
Lasje
Volna
Svila
Papir
Bombaž
Les
Guma
Rayon
Poliester
Polietilen
PVC
Teflon
Negativni naboj

Obstaja veliko načinov, na katere je mogoče povečati stroške. Tudi hoja po preprogi lahko povzroči zelo velike napetosti. Običajno lahko to povzroči potencial 10 kV. V slabih primerih lahko vodi celo do trikrat večje vrednosti. Tudi dejanje hoje po vinilnem tleh lahko povzroči potencial približno 5 kV. Vsaka oblika gibanja, pri kateri se površine drgnejo, bo povzročila nastajanje statične elektrike. Nekdo, ki dela na klopi z uporabo elektronskih komponent, lahko zlahka ustvari statični potencial 500 V ali več.


Praktični primeri ESD

Eden najpogostejših primerov ustvarjanja naboja je med hojo po sobi. Tudi ta vsakdan lahko povzroči presenetljivo visoke napetosti. Dejanske napetosti se zelo razlikujejo, odvisno od različnih dejavnikov, vendar lahko za ponazoritev obsega problema podamo ocene.

Za ponazoritev obsega težave so v spodnji tabeli opisani številni primeri:


Verjetne napetosti ESD, ki jih povzročajo vsakodnevna dejanja
Vzrok za nastanek nabojaVerjetna ustvarjena napetost (kV) *
Sprehod po preprogi30
Pobiranje polietilenske vrečke20
Hoja po površini iz vinilnih ploščic15
Delo na klopi5

* To so približne številke in predpostavljajo relativno vlažnost do 25%. Ko vlaga narašča, te ravni padajo: pri vlažnosti okoli 75% lahko statične ravni padejo za faktor zelo približno 25 ali več. Vse te številke so zelo približne, ker so zelo odvisne od določenih pogojev, vendar dajejo vodilo za vrstni red velikosti pričakovanih ravni ESD.

Čeprav se zdi, da so posledice ESD zelo visoki, običajno minejo neopaženo. Najmanjši elektrostatični razelektritev, ki jo lahko začutimo, je približno 5 kV, in tudi takrat lahko to velikost praznjenja začutimo le občasno. Razlog je v tem, da čeprav so končni tokovi lahko zelo visoki, trajajo le zelo kratek čas in jih telo ne zazna, ker je naboj za njimi razmeroma majhen. Napetosti te velikosti iz elektronske ali električne opreme, kjer je lahko vir več toka in še veliko dlje, bodo imele veliko večji učinek in so lahko zelo nevarne.


Statični prenos

Obstaja več načinov, kako lahko statične naboje prenesemo na polprevodniške naprave, kar povzroči škodo zaradi ESD. Najbolj očitno je, ko se jih dotakne predmet, ki je napolnjen in prevoden. Najbolj očiten primer tega se lahko zgodi, ko je polprevodnik na delovni mizi in nekdo hodi po tleh in gradi naboj, nato pa ga dvigne.

Nato napolnjeni prst polprevodniku zelo hitro odda statični naboj z možnostjo poškodb. Orodja so lahko še bolj škodljiva. Kovinski izvijači so še bolj prevodni in bodo še hitreje oddajali naboj, kar ima za posledico višjo raven maksimalnega toka.

Vendar se ni treba dotikati komponent, da bi jih poškodovali. Predmeti, kot so plastične skodelice, imajo zelo visok naboj in če enega od njih postavite blizu IC, lahko v IC "inducirate" nasprotni naboj. Tudi to lahko poškoduje polprevodniško napravo. Vezi iz umetnih vlaken predstavljajo tudi nevarnost ESD, saj se lahko napolnijo in zlahka obesijo v bližini občutljive elektronske opreme.

Mehanizmi odpovedi ESD

Obstaja več načinov, kako lahko ESD poškoduje polprevodniške komponente. Najbolj očitni so rezultati zelo visoke statične napetosti, ki povzroča visoke ravni največjega toka, ki lahko povzroči lokalno izgorevanje. Čeprav tok teče zelo kratek čas, minutne značilnosti v integriranem vezju pomenijo, da je škoda zelo enostavna. Povezovalne žične povezave ali področja v samem čipu se lahko stopijo z velikim vršnim tokom.

Drug način, kako lahko pride do poškodb zaradi ESD, je, če zaradi visoke napetosti pride do okvare v komponenti v sami napravi. Lahko razgradi oksidni sloj v napravi, zaradi česar naprava ne deluje. Z dimenzijami nekaterih IC, ki so veliko manjše od mikrona, ni presenetljivo, da lahko tudi razmeroma nizke napetosti povzročijo okvaro.

Medtem ko lahko poškodbe zaradi ESD takoj uničijo naprave, lahko pa tudi ustvarijo tako imenovane latentne okvare. To se zgodi, ker ESD naprave popolnoma ne uniči, vendar jo povzročena škoda le oslabi in ji v poznejši življenjski dobi grozi odpoved. Teh latentnih napak običajno ni mogoče zaznati. Rezultat tega je, da se splošna raven zanesljivosti znatno zmanjša ali pa se (bolj pri analognih napravah) zmogljivost lahko poslabša. Latentne okvare, ki jih povzroči ESD, so lahko zelo drage, ker je popravilo, ko je izdelek v uporabi, veliko dražje kot popravilo elementa, ki ni uspel v tovarni. Razlog za to je, da mora serviser običajno popraviti predmet na kraju samem ali pa ga je treba poslati v popravilo.

Latentne okvare lahko nastanejo, če je medsebojna povezava delno stopljena z ESD. Pogosto je del vodnika uničen zaradi statičnega praznjenja, zaradi česar je pozneje ranljiv. Drug način, na katerega se čipi poškodujejo, je, če se material, ki je posledica poškodb, razširi po površini polprevodnika, kar lahko povzroči alternativne prevodne poti.

Zaradi dejstva, da lahko ESD komponente zlahka poškoduje, večina proizvajalcev obravnava vse polprevodnike kot statično občutljive naprave, skupaj s tem pa vse naprave, vključno s pasivnimi komponentami, kot so kondenzatorji in upori, obravnavajo tudi kot statično občutljive. Pri tem je treba vedeti, da danes večina serijsko izdelane opreme uporablja komponente za površinsko montažo, pri katerih so mere veliko manjše od tradicionalnih komponent, zaradi česar so veliko bolj dovzetni za poškodbe zaradi elektroderozijskih komponent.


Poglej si posnetek: iPhone 6 Anakart Tamiri DİKKATLE İZLEMENİZİ TAVSİYE EDERİZ! (Januar 2022).