خطر الکتریسیته ساکن در صنعت الکترونیک چگونه شکل می گیرد؟

خطرات الکتریسیته ساکن در صنعت الکترونیک را می توان به دو دسته تقسیم کرد: یکی جذب گرد و غبار موجود در هوا ناشی از جاذبه الکترواستاتیکی است. دیگری شکست دی الکتریک ناشی از تخلیه الکترواستاتیکی است.

1. جذب الکترواستاتیک

در فرآیند ساخت قطعات نیمه هادی، به دلیل استفاده زیاد از ابزار و مواد ساخته شده از کوارتز و پلیمرها که دارای خواص عایق بالایی هستند، اصطکاک اجتناب ناپذیر در حین استفاده می تواند باعث تجمع مداوم بارهای سطحی و افزایش پتانسیل شود.

به دلیل اثرات مکانیکی الکتریسیته ساکن، گرد و غبار موجود در هوا در محیط کار می تواند به راحتی در این شرایط به سطح تراشه بچسبد. حتی ذرات ریز گرد و غبار می توانند بر عملکرد دستگاه های نیمه هادی تأثیر بگذارند. بنابراین، تولید محصولات الکترونیکی باید در محیطی تمیز انجام شود و اپراتورها، ابزارها و محیط باید یک سری اقدامات ضد الکتریسیته ساکن را برای جلوگیری و کاهش ایجاد خطرات الکتریسیته ساکن انجام دهند.

2. طبقه بندی شکست دی الکتریک

شکست قطعات ناشی از الکتریسیته ساکن شکل اصلی خطر الکتریسیته ساکن در صنعت الکترونیک است. در یک میدان الکتریکی قوی، با افزایش قدرت میدان، بار جمع می شود. هنگامی که دی الکتریک به یک سطح معین می رسد، قطبش خود را از دست می دهد و به یک هادی تبدیل می شود و در نهایت منجر به آسیب حرارتی می شود. این پدیده شکست دی الکتریک نامیده می شود. شکست دی الکتریک را می توان به سه نوع تقسیم کرد: شکست حرارتی، شکست شیمیایی و شکست الکتریکی.

(1) شکست حرارتی

هنگامی که یک دی الکتریک در حال کار است، اگر گرمای تولید شده توسط اتلاف انرژی از گرمای پراکنده شده به محیط اطراف بیشتر شود، دمای دی الکتریک به سرعت افزایش می یابد و رسانایی افزایش می یابد تا زمانی که آسیب حرارتی رخ دهد. بنابراین، مسئله اصلی در شکست حرارتی، اتلاف گرما است. طراحی حرارتی یک جنبه حیاتی در طراحی محصول است.

(2) تجزیه شیمیایی

تحت ولتاژ بالا، یک میدان الکتریکی قوی می تواند باعث یونیزاسیون موضعی برخورد هوا در نزدیکی نقص یا منافذ روی سطح دی الکتریک یا درون دی الکتریک شود. این یونیزاسیون باعث درخشش دی الکتریک می شود و مواد شیمیایی-ازن و دی اکسید کربن- تولید می کند که عملکرد عایق را کاهش می دهد و منجر به آسیب دی الکتریک می شود.

(3) خرابی الکتریکی

شکست الکتریکی زمانی اتفاق می افتد که یک دی الکتریک تحت یک میدان الکتریکی قوی قرار می گیرد و باعث می شود که الکترون های آزاد منتشر کند. الکترون های آزاد با افزایش قدرت میدان الکتریکی به سرعت افزایش می یابند و در نتیجه خواص عایق دی الکتریک را از بین می برند. بدیهی است که شکست الکتریکی اساساً ناشی از تجمع بار است. بنابراین، جلوگیری از تجمع بار می تواند از خرابی الکتریکی جلوگیری کند.

3. خرابی و تخلیه الکترواستاتیک

(1) تخلیه الکترواستاتیک

اگرچه دشارژ الکترواستاتیک و دشارژ تولید شده توسط منبع تغذیه پایدار خارجی هر دو ناشی از تجمع بار هستند، اما تفاوت های قابل توجهی دارند. اولاً، در مورد تخلیه الکترواستاتیک، منبع تخلیه بار فضایی است و بنابراین انرژی ذخیره شده آن بر خلاف منبع تغذیه خارجی که توانایی تخلیه مداوم را دارد، محدود است. بنابراین، فقط می‌تواند انرژی را برای شکست‌های محلی- کوتاه‌مدت فراهم کند. اگرچه انرژی تخلیه الکترواستاتیک نسبتاً کم است، اما شکل موج تخلیه آن بسیار پیچیده است و کنترل آن دشوار است. شکست نرم دستگاه های نیمه هادی به همین موضوع مربوط می شود.

anti-static products

esd products

(2) خرابی الکترواستاتیک

آسیب خرابی قطعات ناشی از تخلیه الکترواستاتیک رایج ترین و جدی ترین خطر در صنعت الکترونیک، به ویژه در ساخت و مونتاژ محصولات الکترونیکی است. تخلیه الکترواستاتیک می تواند باعث خرابی سخت یا نرمی دستگاه ها شود. خرابی هارد یک خرابی دائمی یک بار{2} دستگاه است، مانند یک مدار باز یا اتصال کوتاه بین خروجی و ورودی دستگاه. خرابی نرم می تواند عملکرد قطعات را کاهش داده و مشخصات آنها را کاهش دهد و پتانسیل خرابی را ایجاد کند. از آنجایی که خرابی نرم باعث می شود مدارها به طور متناوب (به دلیل کاهش مشخصات) خراب شوند و تشخیص آن دشوار است، باعث ایجاد مشکلات قابل توجهی برای عملکرد کلی سیستم و عیب یابی می شود. در هنگام خرابی نرم، تجهیزات هنوز هم می توانند با یک "عیب" کار کنند، عملکرد آن اساساً تغییر نکرده است، و ممکن است از بازرسی کارخانه عبور کند، اما در هر زمان دوباره مستعد خرابی است. خرابی های نرم متعدد می تواند منجر به خرابی سخت، عملکرد غیرعادی تجهیزات، در نتیجه ضرر برای کاربران، آسیب به شهرت تولید کننده و فروش محصول و حتی ضررهای جبران ناپذیر به کشور شود.

4. الکتریسیته ساکن از بدن انسان

در تولیدات صنعتی، یکی از دلایل اصلی آسیب قطعات و تداخل در عملکرد عادی تجهیزات الکترونیکی، تخلیه الکترواستاتیک از بدن انسان است. تخلیه الکترواستاتیک از بدن انسان می تواند باعث برق گرفتگی و صدمات شود و همچنین می تواند باعث بروز حوادث ثانویه (یعنی آسیب اجزا) شود، بنابراین باید جدی گرفته شود. الکتریسیته ساکن توسط بدن انسان تولید می شود و انرژی مکانیکی مصرف شده در طول کار روزانه را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. بدن انسان یک هادی ساکن است. هنگامی که از زمین عایق بندی می شود (به عنوان مثال، با کفش های ساخته شده از مواد عایق)، یک خازن بین بدنه و زمین تشکیل می شود که بار الکتریکی را ذخیره می کند. ولتاژ شارژ معمولاً کمتر یا مساوی 50 کیلو ولت است.

یک عمل بسیار معمول و ظریف می تواند ولتاژ استاتیکی بسیار بالایی ایجاد کند. هنگامی که بدن انسان یک ماده باردار را تخلیه می کند، به درجات مختلف واکنش نشان می دهد. این واکنش حساسیت شوک الکتریکی نامیده می شود. در حالی که یک شوک ساکن آسیب فیزیولوژیکی عمده ای ایجاد نمی کند، ممکن است بر سلامتی تأثیر بگذارد یا به بدن آسیب برساند.

حد مجاز آسیب شوک الکتریکی 3.0 کیلو ولت است. علاوه بر این، لمس دستگاه‌های حساس{2}}ایستا با بدنه شارژ شده می‌تواند به این دستگاه‌ها آسیب برساند.

III. فناوری کنترل ضد{1}}استاتیک (اندازه گیری)

بر اساس اصول، خطرات و قوانین تخلیه الکترواستاتیک، اصول زیر را می توان برای ایجاد اقدامات کنترلی مؤثر ضد{0}} ساکن برای جلوگیری از آسیب دنبال کرد.

الف) کنترل الکترواستاتیک را در طراحی بگنجانید

ب) جلوگیری از تجمع بار الکترواستاتیک و سرکوب و کاهش تولید الکتریسیته ساکن

ج) یک کانال تخلیه سریع و ایمن ایجاد کنید

د) تشخیص و نظارت بر اثربخشی اقدامات ضد استاتیک-

1. کنترل الکترواستاتیک را در طراحی بگنجانید

(1) طراحی ضد{1}}استاتیک محیط تولید

طراحی ضد{0}}استاتیک محیط تولید محصولات الکترونیکی کلید کنترل ESD است. این طراحی بر اساس فیلم عایق قطعات الکترونیکی، ولتاژ شکست الکترواستاتیکی دستگاه های حساس به الکترواستاتیک (ESDS) در کل دستگاه، و عملکرد ضد استاتیکی تجهیزات تولید است. تولید کنندگان باید سطح کنترل ESD خاصی را تعیین کنند که توسط حساس ترین اجزای فرآیند تولید تعیین می شود و محیط تولید باید ایمنی این سطح را تضمین کند. طبق DGJ08-83-2000 "مشخصات فنی برای مهندسی ضد الکتریسیته ساکن"، طراحی مهندسی برای کنترل الکتریسیته ساکن به طور خاص به سه سطح تقسیم می‌شود: استاندارد سطح 1 این است که مقدار مطلق پتانسیل الکترواستاتیک در اتاق کنترل بیشتر از 100 ولت نباشد. استاندارد سطح 2 این است که مقدار مطلق پتانسیل الکترواستاتیک در اتاق کنترل بیشتر از 200 ولت نباشد. استاندارد سطح 3 این است که مقدار مطلق پتانسیل الکترواستاتیک در اتاق کنترل بیشتر از 1000 ولت نباشد. مکان های قابل اجرا برای استانداردهای طبقه بندی مهندسی ضد استاتیک در جدول 5 در زیر نشان داده شده است:

از آنجایی که آسیب الکتریسیته ساکن نامرئی است، حذف خطرات ESD نیازمند پیشگیری به عنوان رویکرد اولیه است. مناطق حفاظت شده الکترواستاتیک (EPA) باید در محل کار راه اندازی شوند. طبق IEC 1340-5-1 (1995) "الزامات عمومی برای حفاظت از دستگاه های الکترونیکی"، نیاز اصلی برای EPA ها پیوند هم پتانسیل است که پرسنل، مواد و سطوح کار را به هم متصل می کند و آنها را به صورت الکتریکی به یک زمین مشترک متصل می کند تا از تفاوت های پتانسیل بین اشیاء مختلف جلوگیری کند. از آنجایی که ESD بین موادی که پتانسیل یکسان یا پتانسیل صفر را حفظ می کنند رخ نمی دهد، دستگاه های مستعد ESD یا تخته های مدار در یک محیط EPA در برابر آسیب ESD محافظت می شوند.