La generazione, l'impatto e la protezione dell'elettricità statica
I. La generazione di elettricità statica:
1. Attrito: nella vita quotidiana, l'elettricità statica viene generata quando due oggetti qualsiasi di materiali diversi entrano in contatto e poi si separano. Il metodo più comune per generare elettricità statica è attraverso l'attrito. Migliore è l'isolamento di un materiale, più facile sarà generare elettricità statica attraverso l'attrito. Inoltre, l'elettricità statica può essere generata anche quando due oggetti qualsiasi di sostanze diverse entrano in contatto e poi si separano.
2. Induzione: nei materiali conduttivi gli elettroni possono fluire liberamente sulla loro superficie. Se posti in un campo elettrico, gli elettroni positivi e negativi si trasferiranno a causa della repulsione di cariche simili e dell'attrazione di cariche diverse.
3. Conduzione: nei materiali conduttivi, gli elettroni possono fluire liberamente sulla loro superficie. Se entrano in contatto con un oggetto carico, si verificherà il trasferimento della carica.
II. L'impatto dell'elettricità statica sull'industria elettronica
La miniaturizzazione dei circuiti, la capacità di resistere a tensioni inferiori e l'area più piccola del circuito nei componenti dei circuiti integrati ne indeboliscono la resistenza alle scariche elettrostatiche (ESD). I campi e le correnti elettrostatiche diventano minacce mortali per questi componenti ad alta-densità. Allo stesso tempo, l’uso diffuso di materiali altamente isolanti come la plastica aumenta notevolmente le possibilità di generazione di elettricità statica. L'elettricità statica viene generata nella vita quotidiana attraverso attività come camminare, muovere l'aria e maneggiare oggetti. Sebbene si creda comunemente che solo i chip CMOS siano sensibili all'elettricità statica, in realtà i componenti elettronici altamente integrati sono piuttosto sensibili.
A. Effetti dell'elettricità statica sui componenti elettronici
1. L'elettricità statica attira la polvere, alterando l'impedenza tra i circuiti e influenzando la funzionalità e la durata del prodotto.
2. Campi o correnti elettriche possono danneggiare l'isolamento o i conduttori dei componenti, rendendoli inutilizzabili (completamente distrutti).
3. Il calore generato da campi elettrici o correnti istantanee può danneggiare i componenti, consentendo loro di continuare a funzionare ma accorciandone la durata.
B. Caratteristiche dei danni da elettricità statica:
1. Insidioso: il corpo umano non può percepire direttamente l'elettricità statica a meno che non si verifichi una scarica elettrostatica. Anche in questo caso, non sempre si avverte la sensazione di una scossa elettrica. Questo perché il corpo umano può percepire solo una tensione di scarica elettrostatica di 2-3KV.
2. Latente: alcuni componenti elettronici non mostrano un evidente calo delle prestazioni dopo un danno da elettricità statica, ma scariche ripetute possono causare danni interni, creando pericoli nascosti e aumentando la sensibilità del componente all'elettricità statica. Non esiste una cura per i problemi esistenti. 3. Casualità: in quali circostanze i componenti elettronici subiranno danni da scariche elettrostatiche (ESD)? Si può dire che dal momento in cui un componente viene prodotto fino al momento in cui si guasta, è minacciato dalle scariche elettrostatiche e la generazione di queste scariche elettrostatiche è casuale. Poiché la generazione e la scarica delle scariche elettrostatiche avvengono istantaneamente, sono difficili da prevedere e da cui proteggersi.
4. Complessità dei danni da scariche elettrostatiche: la struttura complessa e delicata dei prodotti elettronici rende il lavoro delle scariche elettrostatiche-dispendioso in termini di tempo,-lavoro e costoso. Spesso richiede una tecnologia sofisticata, che spesso richiede l'uso di strumenti di precisione come i microscopi elettronici a scansione. Ciononostante, alcuni fenomeni di danno ESD sono difficili da distinguere dai danni causati da altri motivi, il che porta all’errata interpretazione dei guasti ESD come altri tipi di guasti. Prima che si raggiunga una piena comprensione dei danni da ESD, questi vengono spesso attribuiti a guasti precoci o di origine sconosciuta, oscurando così inconsciamente la vera causa del guasto.
5. Gravità: sebbene i problemi ESD possano sembrare colpire solo gli utenti dei prodotti finiti, in realtà hanno un impatto sui produttori a tutti i livelli, come i costi di garanzia, i costi di riparazione e la reputazione dell'azienda.
III. Tre tipi di ESD
1. Tipo di corpo umano: si riferisce alla carica di attrito generata tra il corpo e gli indumenti durante l'attività umana. 1. Quando le persone tengono in mano dispositivi sensibili alle scariche elettrostatiche-senza prima metterli a terra, le cariche triboelettriche si trasferiscono ai dispositivi sensibili alle scariche elettrostatiche-causando danni.
2. Tipo di ricarica dei dispositivi microelettronici: si riferisce ai dispositivi sensibili alle scariche elettrostatiche, in particolare alle parti in plastica. Durante la produzione automatizzata vengono generate cariche triboelettriche. Queste cariche possono essere scaricate rapidamente attraverso linee a bassa-resistenza su una superficie altamente conduttiva e saldamente collegata a terra, causando danni; oppure possono causare la carica per induzione delle parti metalliche del dispositivo sensibile alle scariche elettrostatiche-, con conseguenti danni.
3. Tipo-indotto dal campo: si verifica quando un forte campo elettrico circonda il dispositivo, il che può avere origine da materiali plastici o indumenti. La conversione degli elettroni avviene attraverso lo strato di ossido. Se la differenza di potenziale supera la costante dielettrica dello strato di ossido, verrà generato un arco elettrico che distruggerà lo strato di ossido, provocando un cortocircuito.
IV. Protezione elettrostatica
1. Messa a terra
La messa a terra scarica direttamente l'elettricità statica a terra attraverso un collegamento via cavo. Questa è la misura anti-statica più diretta ed efficace. Per i conduttori viene comunemente utilizzata la messa a terra, ad esempio indossando braccialetti anti-statici e collegando a terra le superfici di lavoro.
La messa a terra viene implementata attraverso i seguenti metodi:
1) Messa a terra del corpo umano tramite polsini.
2) Messa a terra del corpo umano tramite scarpe (o lacci) anti-e pavimenti anti-statici.
3) Messa a terra del piano del banco di lavoro.
4) Messa a terra di strumenti di prova, portautensili e saldatori.
5) Messa a terra di pavimenti e tappetini anti-statici.
6) Messa a terra di carrelli, scatole e scaffalature da trasporto anti-statiche, ove possibile.
7) Messa a terra delle sedie anti-statiche.
2. Schermatura elettrostatica
I componenti sensibili all'elettricità statica possono essere esposti all'elettricità statica durante lo stoccaggio o il trasporto. La schermatura elettrostatica può ridurre l'impatto dell'elettricità statica esterna sui componenti elettronici. I metodi più comuni prevedono l'utilizzo di sacchetti schermanti elettrostatici e scatole di ricambio anti-statiche per la protezione. Inoltre, gli indumenti anti-statici forniscono una certa schermatura contro l'elettricità statica.