Staatilise elektri teke, mõju ja kaitse
I. Staatilise elektri tootmine:
1. Hõõrdumine: igapäevaelus tekib staatiline elekter, kui kaks erinevast materjalist objekti puutuvad kokku ja seejärel eralduvad. Kõige tavalisem meetod staatilise elektri genereerimiseks on hõõrdumine. Mida parem on materjali isolatsioon, seda lihtsam on hõõrdumise kaudu staatilist elektrit tekitada. Lisaks võib staatiline elekter tekkida ka siis, kui kaks erineva ainega objekti puutuvad kokku ja seejärel eralduvad.
2. Induktsioon: Juhtivate materjalide puhul saavad elektronid nende pinnal vabalt voolata. Elektrivälja asetamisel kanduvad positiivsed ja negatiivsed elektronid üle sarnaste laengute tõrjumise ja erinevat laadi laengute ligitõmbamise tõttu.
3. Juhtivus: Juhtivate materjalide puhul saavad elektronid nende pinnal vabalt voolata. Kui need puutuvad kokku laetud objektiga, toimub laengu ülekandmine.
II. Staatilise elektri mõju elektroonikatööstusele
Skeemide miniatuursus, madalam pingetaluvus ja väiksem vooluringi pindala integraallülituse komponentides nõrgendab nende vastupidavust elektrostaatilisele lahendusele (ESD). Elektrostaatilised väljad ja voolud muutuvad neile suure{1}tihedusega komponentidele surmavaks ohuks. Samal ajal suurendab väga isoleerivate materjalide, näiteks plastide, laialdane kasutamine oluliselt staatilise elektri tekkimise võimalusi. Staatiline elekter tekib igapäevaelus selliste tegevuste kaudu nagu kõndimine, õhu liikumine ja käsitsemine. Kuigi üldiselt arvatakse, et ainult CMOS-kiibid on staatilise elektri suhtes tundlikud, on tegelikult väga integreeritud elektroonilised komponendid üsna tundlikud.
A. Staatilise elektri mõju elektroonikakomponentidele
1. Staatiline elekter tõmbab ligi tolmu, muutes vooluahelate vahelist takistust ning mõjutades toote funktsionaalsust ja eluiga.
2. Elektriväljad või voolud võivad kahjustada komponentide isolatsiooni või juhtmeid, muutes need kasutuskõlbmatuks (täielikult hävinud).
3. Hetke elektriväljade või voolude tekitatud soojus võib komponente kahjustada, võimaldades neil edasi töötada, kuid lühendab nende eluiga.
B. Staatilise elektri kahjustuse omadused:
1. Salakaval: inimkeha ei suuda staatilist elektrit vahetult tajuda, kui just ei teki elektrostaatilist laengut. Isegi siis pole elektrilöögi tunnet alati tunda. Seda seetõttu, et inimkeha suudab tajuda ainult 2–3 KV elektrostaatilise lahenduse pinget.
2. Latentne: mõned elektroonilised komponendid ei näita ilmset jõudluse langust pärast staatilise elektri kahjustusi, kuid korduvad tühjenemised võivad põhjustada sisemisi kahjustusi, tekitades varjatud ohte ja suurendades komponendi tundlikkust staatilise elektri suhtes. Olemasolevatele probleemidele ei saa ravida. 3. Juhuslikkus: millistel asjaoludel saavad elektroonikakomponendid elektrostaatilise laengu (ESD) kahjustusi? Võib öelda, et komponendi valmistamise hetkest kuni selle ebaõnnestumiseni ohustab seda ESD ja selle ESD teke on juhuslik. Kuna ESD tekkimine ja tühjendamine toimuvad silmapilkselt, on neid raske ennustada ja nende eest kaitsta.
4. ESD kahjustuste keerukus: elektroonikatoodete keeruline ja delikaatne struktuur muudab ESD tööaega-nõudvaks, töömahukaks- ja kulukaks. See nõuab sageli keerukat tehnoloogiat, mis nõuab sageli täppisinstrumentide, näiteks skaneerivate elektronmikroskoopide kasutamist. Sellegipoolest on mõnda ESD-kahjustuse nähtust raske eristada muudest põhjustest põhjustatud kahjustustest, mis põhjustab ESD-tõrkeid teist tüüpi tõrgetena valesti tõlgendamiseni. Enne ESD kahjustuste täielikku mõistmist omistatakse see sageli varajastele või teadmata päritoluga riketele, jättes seega alateadlikult varju tõrke tõelise põhjuse.
5. Raskus: Kuigi ESD probleemid võivad näida puudutavat ainult valmistoodete kasutajaid, mõjutavad need tegelikult tootjaid kõigil tasanditel, nagu garantiikulud, remondikulud ja ettevõtte maine.
III. Kolm ESD tüüpi
1. Inimkehatüüp: see viitab inimtegevuse käigus keha ja riiete vahel tekkivale hõõrdelaengule. 1. Kui inimesed hoiavad ESD-tundlikke seadmeid ilma neid eelnevalt maandamata, kanduvad triboelektrilised laengud üle ESD-tundlikele seadmetele ja põhjustavad kahjustusi.
2. Mikroelektroonikaseadmete laadimistüüp: see viitab ESD{1}}tundlikele seadmetele, eriti plastosadele. Automatiseeritud tootmise käigus tekivad triboelektrilised laengud. Need laengud saab väikese-takistusega liinide kaudu kiiresti tühjendada kõrge juhtivusega, kindlalt maandatud pinnale, põhjustades kahjustusi; või võivad ESD{5}}tundliku seadme metallosad induktsiooni tõttu laetuda, mis põhjustab kahjustusi.
3. Välja{1}}indutseeritud tüüp: see juhtub siis, kui seadet ümbritseb tugev elektriväli, mis võib pärineda plastmaterjalidest või riietest. Elektronide muundamine toimub läbi oksiidikihi. Kui potentsiaalide erinevus ületab oksiidikihi dielektrikonstandi, tekib oksiidikihi hävitamiseks elektrikaar, mille tulemuseks on lühis.
IV. Elektrostaatiline kaitse
1. Maandus
Maandus tühjendab staatilise elektri otse juhtmeühenduse kaudu maandusse. See on kõige otsesem ja tõhusam anti-staatiline meede. Juhtide puhul kasutatakse tavaliselt maandust, näiteks antistaatilisi randmerihmasid ja tööpindu maandades.
Maandus viiakse läbi järgmiste meetoditega:
1) Inimkeha maandamine randmerihmade kaudu.
2) Inimkeha maandamine anti-staatiliste kingade (või kingapaelte) ja anti-põrandakattega.
3) Töölaua pinna maandamine.
4) Testimisriistade, tööriistahoidikute ja jootekolvide maandamine.
5) Antistaatiliste põrandakatete ja mattide maandamine.
6) Võimaluse korral antistaatiliste transpordikärude, kastide ja riiulite maandamine.
7) Antistaatiliste toolide maandus.
2. Elektrostaatiline varjestus
Elektrostaatiliselt tundlikud komponendid võivad ladustamise või transportimise ajal kokku puutuda staatilise elektriga. Elektrostaatiline varjestus võib vähendada välise staatilise elektri mõju elektroonilistele komponentidele. Kõige levinumad meetodid on elektrostaatiliste varjestuskottide ja anti-taatiliste ringluskastide kasutamine kaitseks. Lisaks kaitsevad anti-staatilised riided staatilise elektri eest.