bugorwiki.info
на главную

Электростатический разряд

Электростатический разряд ( ESD ) - это внезапный поток электричества между двумя электрически заряженными объектами, вызванный контактом, коротким замыканием или пробоем диэлектрика. Накопление статического электричества может быть вызвано трибозарядкой или электростатической индукцией. ЭСР возникает, когда объекты с разным зарядом сближаются или когда диэлектрик между ними выходит из строя, часто создавая видимую искру.

ОУР может создавать эффектные электрические искры (молния с сопутствующим звуком грома - крупномасштабное событие ОУР), но также и менее драматичные формы, которые могут быть не видны и не слышны, но все же могут быть достаточно большими, чтобы вызвать повреждение чувствительных электронных устройств. , Электрические искры требуют напряженности поля выше примерно 40 кВ / см в воздухе, что особенно заметно при ударах молнии. Другие формы электростатического разряда включают коронный разряд от острых электродов и щеточный разряд от тупых электродов.

ESD может вызвать вредные последствия, имеющие важное значение в промышленности, включая взрывы в газе, парах топлива и угольной пыли, а также выход из строя твердотельных электронных компонентов, таких как интегральные схемы. Они могут получить постоянный ущерб при воздействии высокого напряжения. Поэтому производители электроники создают электростатические защитные зоны, свободные от статического электричества, используя меры по предотвращению зарядки, такие как отказ от сильно заряженных материалов и меры по удалению статического электричества, такие как заземление людей, предоставление антистатических устройств и контроль влажности.

Имитаторы электростатического разряда могут использоваться для проверки электронных устройств, например, с моделью человеческого тела или моделью заряженного устройства.

причины

Одной из причин возникновения электростатических разрядов является статическое электричество. Статическое электричество часто генерируется посредством трибозарядки, разделения электрических зарядов, которое происходит, когда два материала приводятся в контакт, а затем разделяются. Примеры трибо-зарядки включают в себя хождение по ковру, натирание пластиковой расчески против сухих волос, трение воздушного шара о свитер, подъем с тканевого автомобильного сиденья или удаление некоторых типов пластиковой упаковки. Во всех этих случаях разрыв контакта между двумя материалами приводит к трибозарядке, что создает разницу электрического потенциала, которая может привести к возникновению электростатического разряда.

Другая причина повреждения электростатическим разрядом - электростатическая индукция. Это происходит, когда электрически заряженный объект размещается рядом с проводящим объектом, изолированным от земли. Наличие заряженного объекта создает электростатическое поле, которое вызывает перераспределение электрических зарядов на поверхности другого объекта. Хотя суммарный электростатический заряд объекта не изменился, теперь он имеет области избыточных положительных и отрицательных зарядов. Событие ESD может произойти, когда объект вступает в контакт с проводящим путем. Например, заряженные области на поверхностях чашек или пакетов из пенополистирола могут создавать потенциал на соседних чувствительных к электростатическому разряду компонентах посредством электростатической индукции, и может произойти событие электростатического разряда, если к компоненту прикоснуться металлическим инструментом.

ЭСР также может быть вызвано воздействием на объект энергично заряженных частиц. Это вызывает увеличение поверхности и глубокую зарядку. Это известная опасность для большинства космических аппаратов.

Типы

Наиболее впечатляющей формой ESD является искра, которая возникает, когда сильное электрическое поле создает ионизированный проводящий канал в воздухе. Это может вызвать незначительный дискомфорт для людей, серьезное повреждение электронного оборудования, а также пожары и взрывы, если в воздухе содержатся горючие газы или частицы.

Однако многие события ОУР происходят без видимой или слышимой искры. Человек, несущий относительно небольшой электрический заряд, может не чувствовать разряд, достаточный для повреждения чувствительных электронных компонентов. Некоторые устройства могут быть повреждены разрядами до 30 В. Эти невидимые формы электростатического разряда могут вызвать прямые сбои устройства или менее очевидные формы деградации, которые могут повлиять на долговременную надежность и производительность электронных устройств. Ухудшение качества некоторых устройств может стать очевидным только в течение срока их службы.

Sparks

Основная статья: электрическая искра

Искра возникает, когда напряженность электрического поля превышает примерно 4–30 кВ / см - напряженность диэлектрического поля воздуха. Это может привести к очень быстрому увеличению количества свободных электронов и ионов в воздухе, временно вызывая внезапное превращение воздуха в электрический проводник в процессе, называемом пробоем диэлектрика.

Молнии над Рымань. Северная Польша

Возможно, самый известный пример естественной искры - молния. В этом случае электрический потенциал между облаком и землей или между двумя облаками обычно составляет сотни миллионов вольт. Результирующий ток, который циклически проходит через канал хода, вызывает огромную передачу энергии. В гораздо меньшем масштабе искры могут образовываться в воздухе во время электростатических разрядов от заряженных объектов, которые заряжаются до 380 В (закон Пашена).

Атмосфера Земли состоит из 21% кислорода (O2) и 78% азота (N2). Во время электростатического разряда, такого как вспышка молнии, затронутые молекулы атмосферы подвергаются электрическому перенапряжению. Двухатомные молекулы кислорода расщепляются, а затем рекомбинируют с образованием озона (O3), который нестабилен или реагирует с металлами и органическим веществом. Если электрическое напряжение достаточно велико, могут образовываться оксиды азота (NOx). Оба продукта токсичны для животных, а оксиды азота необходимы для фиксации азота. Озон атакует все органические вещества путем озонолиза и используется для очистки воды.

Искры являются источником возгорания в горючих средах, что может привести к катастрофическим взрывам в средах с концентрированным топливом. Большинство взрывов можно проследить до крошечного электростатического разряда, будь то неожиданная утечка горючего топлива, попавшая в известное устройство зажигания на открытом воздухе, или неожиданная искра в известной среде, богатой топливом. Конечный результат такой же, если присутствует кислород и три критерия огненного треугольника были объединены.

Предотвращение повреждений в электронике

Часть статического разряда на самолете. Обратите внимание на две острые 3/8 "металлические микропункты и защитный желтый пластик.

Многие электронные компоненты, особенно микрочипы, могут быть повреждены от электростатического разряда. Чувствительные компоненты должны быть защищены во время и после изготовления, во время транспортировки и сборки устройства, а также в готовом устройстве. Заземление особенно важно для эффективного контроля электростатического разряда. Это должно быть четко определено и регулярно оцениваться.

Смотрите также: Электростатическое устройство и материалы для электростатического разряда.

Защита при изготовлении

В производстве предотвращение электростатического разряда основано на зоне защиты от электростатического разряда (EPA). EPA может быть маленькой рабочей станцией или большой производственной зоной. Основной принцип EPA заключается в том, что поблизости от чувствительной к электростатическим разрядам электроники нет материалов с высокой зарядкой, все токопроводящие и рассеивающие материалы заземлены, рабочие заземлены, а накопление заряда на чувствительной электронике ESD предотвращено. Международные стандарты используются для определения типичного EPA и могут быть найдены, например, в Международной электротехнической комиссии (IEC) или Американском национальном институте стандартов (ANSI).

Предотвращение электростатического разряда в рамках EPA может включать в себя использование соответствующего упаковочного материала, защищающего от электростатического разряда, использование проводящих нитей на одежде, которую носят сборщики, проводящих браслеты и ножные ремни для предотвращения накопления высоких напряжений на рабочих телах, антистатических матах или электропроводящие напольные материалы для проведения вредных электрических зарядов вдали от рабочей зоны и контроля влажности. Влажные условия препятствуют образованию электростатического заряда, потому что тонкий слой влаги, который накапливается на большинстве поверхностей, служит для рассеивания электрических зарядов.

Ионизаторы используются, особенно когда изоляционные материалы не могут быть заземлены. Системы ионизации помогают нейтрализовать заряженные поверхности на изоляционных или диэлектрических материалах. Изоляционные материалы, склонные к трибоэлектрической зарядке более 2000 В, должны находиться на расстоянии не менее 12 дюймов от чувствительных устройств, чтобы предотвратить случайную зарядку устройств через полевую индукцию. На самолетах статические разрядники используются на задних кромках крыльев и других поверхностей.

Производители и пользователи интегральных микросхем должны принять меры предосторожности, чтобы избежать электростатического разряда. Предотвращение электростатического разряда может быть частью самого устройства и включать специальные методы проектирования для входных и выходных выводов устройства. Внешние защитные компоненты также могут быть использованы с компоновкой схемы.

Из-за диэлектрической природы электронных компонентов и узлов электростатический заряд не может быть полностью предотвращен при работе с устройствами. Большинство чувствительных к электростатическим разрядам электронных сборок и компонентов также настолько малы, что их изготовление и обработка осуществляется с помощью автоматизированного оборудования. Поэтому мероприятия по предотвращению электростатического разряда важны для тех процессов, где компоненты вступают в непосредственный контакт с поверхностями оборудования. Кроме того, важно предотвратить электростатический разряд, когда чувствительный к электростатическому разряду компонент соединен с другими проводящими частями самого изделия. Эффективным способом предотвращения электростатического разряда является использование материалов, которые не являются слишком проводящими, но будут медленно проводить статические заряды. Эти материалы называются рассеивающими статическое электричество и имеют значения удельного сопротивления ниже 1012 Ом. Материалы в автоматизированном производстве, которые касаются проводящих областей чувствительной к электростатическому разряду электроники, должны быть изготовлены из рассеивающего материала, а рассеивающий материал должен быть заземлен.

Защита во время транзита

Сетевая карта внутри антистатического пакета, пакет из частично проводящего пластика, который действует как клетка Фарадея, защищая карту от электростатического разряда.

Чувствительные устройства должны быть защищены во время транспортировки, обработки и хранения. Накопление и разряд статического электричества могут быть минимизированы путем контроля поверхностного сопротивления и объемного удельного сопротивления упаковочных материалов. Упаковка также предназначена для минимизации фрикционной или трибоэлектрической зарядки упаковок из-за трения во время транспортировки, и может потребоваться включение электростатического или электромагнитного экранирования в упаковочный материал. Типичным примером является то, что полупроводниковые устройства и компьютерные компоненты обычно поставляются в антистатическом пакете, изготовленном из частично проводящего пластика, который действует как клетка Фарадея для защиты содержимого от электростатического разряда.

Моделирование и тестирование для электронных устройств

Электрический разряд показывает ленточные плазменные нити от нескольких разрядов от катушки Тесла.

Для проверки восприимчивости электронных устройств к электростатическому разряду от контакта с человеком часто используется имитатор электростатического разряда со специальной выходной цепью, называемой моделью человеческого тела (HBM). Он состоит из конденсатора, включенного последовательно с резистором. Конденсатор заряжается до указанного высокого напряжения от внешнего источника, а затем внезапно разряжается через резистор в электрическую клемму тестируемого устройства. Одна из наиболее широко используемых моделей определена в стандарте JEDEC 22-A114-B, в котором указан конденсатор емкостью 100 пикофарад и резистор 1500 Ом. Другими аналогичными стандартами являются метод 3015 MIL-STD-883 и ESD STM5.1 Ассоциации ESD. Для соответствия стандартам Европейского союза по оборудованию для информационных технологий используется тестовая спецификация IEC / EN 61000-4-2. Другая спецификация (Schaffner) C = 150 пФ R = 330 Ом, которая дает результаты высокой точности. В основном теория существует, минимум компаний измеряют реальный уровень выживания ОУР. Указания и требования приведены для геометрии испытательной ячейки, спецификаций генератора, уровней испытаний, скорости и формы разряда, типов и точек разряда для продукта-жертвы, а также функциональных критериев для определения живучести продукта.

Тест модели заряженного устройства (CDM) используется для определения ESD, которое устройство может выдержать, когда само устройство имеет электростатический заряд и разряжается из-за металлического контакта. Этот тип разряда является наиболее распространенным типом электростатического разряда в электронных устройствах и вызывает большую часть повреждений электростатического разряда при их изготовлении. Разряд CDM зависит главным образом от паразитных параметров разряда и сильно зависит от размера и типа комплекта компонентов. Одна из наиболее широко используемых имитационных тестовых моделей CDM определена JEDEC.

Другие стандартизированные тестовые схемы ESD включают модель машины (MM) и импульс линии передачи (TLP).


просмотров: 221