تخلیه الکترواستاتیک (ESD) یک مشکل سازگاری الکترومغناطیسی شناخته شده است که می تواند باعث اختلال در عملکرد یا آسیب تجهیزات الکترونیکی شود.هنگامی که دستگاه های نیمه هادی به تنهایی قرار می گیرند یا در ماژول های مدار نصب می شوند، می توانند آسیب دائمی به این دستگاه ها وارد کنند، حتی اگر آنها روشن نباشند.اجزای حساس به تخلیه الکترواستاتیکی دستگاه های حساس به تخلیه الکترواستاتیک (ESDS) نامیده می شوند.
اگر ولتاژ بین دو یا چند پایه یک قطعه از قدرت شکست دی الکتریک قطعه بیشتر شود، قطعه آسیب می بیند.این دلیل اصلی خرابی دستگاه های MOS است.هرچه لایه اکسید نازک تر باشد، دستگاه نسبت به تخلیه الکترواستاتیک حساس تر است.یک عیب معمولاً خود را به صورت یک اتصال کوتاه با مقاومت مشخص در برابر خود منبع تغذیه نشان می دهد.برای دستگاه های دوقطبی، آسیب عموماً در مناطقی از نیمه هادی های فعال که توسط یک لایه نازک اکسید فلزی شده و از هم جدا شده اند، رخ می دهد و بنابراین مسیری با نشتی شدید رخ خواهد داد.
خرابی دیگر زمانی ایجاد می شود که دمای گره از نقطه ذوب سیلیکون نیمه هادی (1415 درجه سانتیگراد) فراتر رود.انرژی یک پالس تخلیه الکترواستاتیک می تواند باعث گرمایش موضعی شود، بنابراین این مکانیسم از کار می افتد.این خرابی حتی اگر ولتاژ کمتر از ولتاژ شکست دی الکتریک باشد ممکن است رخ دهد.یک مثال معمولی این است که خرابی بین امیتر و پایه یک ترانزیستور NPN باعث کاهش شدید بهره جریان می شود.
پس از اینکه دستگاه تحت تأثیر تخلیه الکترواستاتیک قرار گرفت، آسیب عملکردی ممکن است بلافاصله رخ ندهد.این قطعات بالقوه آسیب دیده اغلب به عنوان "فلج" نامیده می شوند و در صورت استفاده، نسبت به تخلیه های الکترواستاتیک بعدی یا گذراهای رسانا حساس تر خواهند بود.توجه دقیق به آسیب هایی که به قطعاتی وارد می شود که به راحتی توسط ولتاژ تخلیه قابل تشخیص نیستند، مهم است.بدن انسان ولتاژ تخلیه الکترواستاتیکی را بین 3000-5000 ولت احساس می کند، با این حال، ولتاژ زمانی که قطعه آسیب می بیند تنها چند صد ولت است.اثرات مضر تخلیه الکترواستاتیک در دهه 1970 شناخته شد.این به دلیل توسعه فن آوری های جدید است که قطعات را بیشتر و بیشتر به آسیب های ناشی از تخلیه الکترواستاتیک حساس کرده است.تلفات ناشی از تخلیه الکترواستاتیک می تواند به بیش از چندین میلیون دلار در سال برسد.بنابراین، بسیاری از تولیدکنندگان بزرگ قطعات و تجهیزات، فناوری حرفه ای را برای کاهش تجمع الکتریسیته ساکن در محیط تولید معرفی کرده اند و در نتیجه نرخ صلاحیت و قابلیت اطمینان محصول را بهبود می بخشند.کاربران همچنین بر اساس تجربه خود اهمیت جلوگیری از آسیب تخلیه الکترواستاتیک را درک می کنند.
2.نحوه برخورد با تخلیه الکترواستاتیک
اولین قدم در کنترل تجمع الکتریسیته ساکن، درک مکانیسم تولید بار الکترواستاتیک است.ولتاژ الکترواستاتیک از تماس و جداسازی انواع مختلف مواد ایجاد می شود.اگرچه اصطکاک می تواند بار بیشتری را جمع کند، اصطکاک ضروری نیست.این اثر به عنوان شارژ تریبوالکتریک شناخته می شود و ولتاژ تولید شده به ویژگی های موادی که به یکدیگر ساییده می شوند بستگی دارد.جدول توالی الکتریسیته اصطکاکی درجه دشواری شارژ انواع مختلف مواد را فهرست می کند.برای دو ماده در تماس با یکدیگر، الکترون ها از ماده بالایی در لیست توالی به ماده پایینی تغییر می کنند که باعث می شود دو ماده به ترتیب بار مثبت و منفی داشته باشند.هر چه مواد در جدول توالی دورتر باشند، مقدار بار بیشتری را حمل می کنند.
توالی الکتریکی شدن اصطکاکی مواد رایج در جدول زیر نشان داده شده است:
3.حل عملی مسئله
راه حل این مشکل شامل موارد زیر است: اگر اجزای حساس به تخلیه الکترواستاتیکی (ESDS) در حین تولید و نگهداری در معرض خارج قرار گیرند، باید از تجمع بار در نزدیکی این قطعات جلوگیری کرد و این قطعات باید در برابر تخلیه الکترواستاتیکی در حین حمل و نقل و نگهداری محافظت شوند. بسته بندی.راه های زیادی برای جلوگیری از تخلیه ساکن وجود دارد.بهترین راه برآوردن نیازها و روش کم هزینه است، این روش برای محصولات مختلف و مناسبت های مختلف متفاوت است.
4.منطقه حفاظت شده تخلیه الکترواستاتیک (EPA)
ناحیه حفاظتی تخلیه الکترواستاتیک (EPA)، که گاهی به عنوان منطقه عملیاتی ایمن از آن یاد می شود، در قلب هر اقدام کنترل تخلیه الکترواستاتیکی قرار دارد.در این ناحیه، عناصر حساس به تخلیه الکترواستاتیک (ESDS) یا بردهای مدار، یا اجزای حاوی آنها، می‌توانند با خیال راحت کار کنند، زیرا مقدار شارژ بدون ایجاد ولتاژ مخرب کنترل می‌شود.این منطقه معمولاً شامل میزهای کار یا گروه های کاری، ایستگاه های کاری، تجهیزات پردازش مانند ماشین های پلاگین خودکار یا یک منطقه تولید است.محدوده EPA باید به وضوح مشخص شود و بهتر است حصاری برای جلوگیری از ورود افراد غیرمجاز نصب کنید.موادی با حداقل تجمع بار استاتیکی باید در ناحیه EPA استفاده شوند و شارژ را می توان به صورت کنترل شده در زمین تخلیه کرد.
5. ایمنی
ابزارها و تجهیزات برقی معمولاً در EPA موجود هستند.در این محیط، اتصال مستقیم یک جسم یا وسیله به زمین خطرناک است.به همین دلیل است که مقاومت حداقل 1M باید به صورت سری در محل اتصال سیم زمین مچ، رانر و نوار پنجه متصل شود.برخی از هادی های اتصال زمین مچ بند دارای چنین مقاومتی در هر انتها هستند، بنابراین حتی اگر هادی اتصال زمین مچ بند برای تعمیر به ترمینال برق یک محصول روشن وصل شود، خطری وجود ندارد.تستر سیم اتصال مچ دستی ابزاری برای بررسی مناسب بودن مقاومت مقاومت است (اگر خیلی زیاد باشد، دستیابی به اتصال هم پتانسیل غیرممکن است؛ اگر خیلی کم باشد، خطر ایمنی رخ خواهد داد).سیم اتصال زمین مچ بند باید مجهز به دوشاخه ای باشد که با سایر پریزهای برق ناسازگار باشد که به راحتی قابل جدا شدن باشد و در مواقع اضطراری به راحتی جدا شود.
6. کار عملی در مناطق حفاظتی تخلیه الکترواستاتیک
در یک منطقه حفاظتی تخلیه الکترواستاتیک، بارها و پتانسیل ها را نمی توان در محدوده مجاز نگه داشت مگر اینکه از مشخصات عملیاتی واضح پیروی شود.برخی از نمونه‌هایی از مشکلاتی که می‌توانند باعث ایجاد مشکل شوند عبارتند از آوردن اسناد، ظروف پلاستیکی، فنجان‌ها و غیره در پوشش‌های پلاستیکی ضد الکتریسیته ساکن در مناطق حفاظتی تخلیه الکترواستاتیک و استفاده از پاک‌کننده‌هایی که می‌توانند به ویژگی‌های الکترواستاتیک کف یا سطوح کار آسیب برسانند.پرسنل مربوطه نه تنها باید به اندازه کافی آموزش ببینند تا رویه هایی را که باید دنبال شوند، بلکه همچنین برای درک دلایلی که چرا باید دنبال شوند، آموزش ببینند.همچنین دانستن پارامترهای مربوط به قطعاتی که ممکن است آسیب ببینند مفید است.باید فرد خاصی برای مراقبت و نگهداری از ناحیه حفاظتی تخلیه الکترواستاتیک تعیین شود و در عین حال اجرای مقررات را بررسی کند.این چک ها نیز باید به عنوان بخشی از گواهینامه سیستم مدیریت کیفیت بررسی شوند.
7. حمل و نقل و ذخیره سازی
هنگام حمل و نقل اجزای سربی اغلب از فوم رسانا استفاده می شود.این می تواند از اختلاف پتانسیل بالاتر بین پین های مولفه جلوگیری کند.برای قطعات موجود در بسته‌های درون خطی دوگانه، لوله‌های اتلاف ساکن اغلب در طول حمل و نقل فله استفاده می‌شوند.برای قطعات برد مدار، زمانی که خارج از ناحیه حفاظتی ESD قرار دارند، باید در یک کیسه محافظ الکترواستاتیک یا یک کیف حمل رسانا حمل شوند.برخی از کیسه‌های بسته‌بندی از مواد رسانا ساخته شده‌اند که می‌تواند اطمینان حاصل کند که همه اجزا در شرایط پایدار در یک پتانسیل قرار دارند و در عین حال بارهای الکترواستاتیکی را که به طور تصادفی روی کیسه وارد می‌شوند از بین می‌برند.این روش برای بردهای مدار با باتری قابل استفاده نیست.در این حالت باید از کیسه بسته بندی با پوشش مواد استاتیکی و لایه بیرونی مواد رسانا استفاده شود.این کیسه‌ها گران‌تر هستند، اما حفاظت عالی را برای قطعات برقی و بدون برق ارائه می‌دهند.به طور مشابه، جعبه‌های رسانا با راهنماهای مدارهای ثابت در داخل نمی‌توانند با بردهای مدار روشن و با اتصالات خالی در لبه‌ها استفاده شوند.
8. تعمیر میدانی
یک نقطه اتصال الکترواستاتیک باید بر روی محصولی که در محل تعمیر می شود تنظیم شود تا تکنسین تعمیر و نگهداری بتواند سیم زمین مچ بند را قبل از باز کردن درب دستگاه وصل کند.قطعات یدکی باید در کیسه ها یا کیسه های محافظ استاتیک حمل شوند مگر اینکه حاوی اجزای حساس به تخلیه الکترواستاتیک نباشند.اگر ماژول در حالت نوردهی کار می کند، یک کفپوش استاتیکی اتلاف کننده را به نقطه اتصال الکترواستاتیک محصول وصل کرده و از آن به عنوان سطح کار استفاده کنید.
9. استانداردهای مرتبط
در سال 1987، انگلستان اولین تلاش خود را برای مستندسازی اقدامات انجام داد که نتیجه آن BS5783 بود.به جای اینکه آن را استانداردی در مورد اینکه چه آزمایش هایی باید انجام دهند، بهتر است آن را یک کد عمل بنامیم.فاز دوم این کار، ترجمه این استاندارد به مشخصات در یک سازمان اروپایی است که شماره آن CECC 000151 است و عنوان آن: "مشخصات اساسی: حفاظت از اجزای حساس استاتیک. قسمت 1: الزامات عمومی".این استاندارد در سال 1991 منتشر شد و در سال 1992 به EN 1000151 شماره گذاری شد. بخش های دیگر در سال 1993 (قسمت دوم: الزامات شرایط رطوبت کم) و 1994 (بخش سوم: الزامات برای مناطق تمیز و بخش چهارم: الزامات برای فشار بالا منتشر شد. محیط ها).محتوای این بخش ها از حوصله این مقاله خارج است.این استاندارد نه تنها شامل الزامات نصب، نگهداری و بازرسی اقدامات شرح داده شده در این مقاله است، بلکه جزئیات الزامات خود دستگاه حفاظت ESD، از جمله روش های آزمایش را نیز شامل می شود.توسعه مستمر فناوری و فرآیندها و تجربه انباشته شده در اجرای استانداردها و همچنین استفاده گسترده از ماشین آلات و تجهیزات خودکار منجر به بهبود مستمر این استانداردها از جمله منطقی سازی ساختار آنها و جداسازی کاربر شده است. راهنمای نسخه های استاندارد شدهکار بازنگری در انجمن بین المللی سازماندهی شده توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک گنجانده شده است.استانداردهای جدید توسعه یافته در سری IEC 1340 منتشر خواهند شد.شکی نیست که این مکمل استانداردهای اروپایی است.
