Տարատեսակ

Ի՞նչ է էլեկտրաստատիկ արտանետումը. ESD հիմունքներ

Ի՞նչ է էլեկտրաստատիկ արտանետումը. ESD հիմունքներ

Էլեկտրաստատիկ լիցքաթափումը կամ ESD- ը առօրյա կյանքի փաստ է և այն այս օրերին հատկապես կարևոր է էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության մեջ:

Տարիներ առաջ, երբ օգտագործվել էին ջերմամեկուսիչ փականներ / վակուումային խողովակներ, դա խնդիր չէր, և նույնիսկ տրանզիստորների ներդրմամբ քչերն էին դա համարում խնդիր: Այնուամենայնիվ, երբ MOSFET- ներին ներկայացվեց, դրանց ձախողման տեմպերը բարձրացան, խնդիրը ուսումնասիրվեց և պարզվեց, որ ստատիկ կուտակումը բավարար է սարքում օքսիդի շերտի խափանման համար:

Այդ ժամանակից ի վեր ESD- ի վերաբերյալ իրազեկությունը զգալիորեն աճել է, քանի որ ապացուցվել է, որ այն իր ազդեցությունն ունի շատ սարքերի վրա: Փաստորեն, այսօր շատ արտադրողներ բոլոր բաղադրիչները համարում են ստատիկ զգայուն, և ոչ միայն MOS սարքեր, որոնք առավել հակված են վնասների:

ESD- ին տրվող կարևորության արդյունքում էլեկտրոնային սարքավորումներ արտադրողները ծախսում են հազարավոր ֆունտ ստեռլինգներ `ապահովելու համար, որ իրենց աշխատատեղերը պաշտպանված լինեն ստատիկ ազդեցությունից: Դրանք ապահովում են, որ իրենց արտադրած ապրանքները արտադրության փորձարկման ընթացքում չունեն բարձր ձախողման տեմպեր և կարողանան երկար ժամանակահատվածում ցուցադրել բարձր հուսալիություն:

Ի՞նչ է ESD- ն:

Ստատիկն ուղղակի լիցքի կուտակումն է երկու մակերեսների միջև: Այն առաջանում է, երբ մակերեսները շփվում են միմյանց հետ, և դա հանգեցնում է մի մակերեսի էլեկտրոնների ավելցուկի, իսկ մյուսի վրա `պակասության:

Այն մակերեսները, որոնց վրա լիցքը կուտակվում է, կարող են համարվել որպես կոնդենսատոր: Լիցքը կմնա տեղում, եթե չունի ուղի, որով կարող է հոսել: Քանի որ հաճախ չկա իրական ուղի, որի միջոցով լիցքը կարող է հոսել, արդյունքում առաջացող լարումը կարող է որոշ ժամանակ մնալ տեղում, և դա առաջացնում է «ստատիկ էլեկտրականություն» տերմինը:

Այնուամենայնիվ, երբ հաղորդման ուղի գոյություն ունի, հոսանք է հոսելու, և լիցքը կկրճատվի: Արտանետման հետ կապված կա ժամանակի հաստատուն: Բարձր դիմադրությունը կնշանակի, որ ավելի փոքր հոսքը հոսում է ավելի երկար ժամանակով: Ածր դիմադրությունը շատ ավելի արագ արտանետման տեղիք կտա:

Ակնհայտ է, որ արտադրվող լարման և հոսանքի մակարդակները կախված են մեծ թվով գործոններից: Անձի չափը, գործունեության մակարդակը, այն օբյեկտը, որի դեմ կատարվում է արտանետում, և, իհարկե, օդի խոնավությունը: Սրանք բոլորն ունեն հստակ ազդեցություն, ուստի գրեթե անհնար է կանխատեսել, թե ինչ արտանետումներ կլինեն:

Այնուամենայնիվ, արտադրվող լարման վրա ազդող հիմնական գործոններից մեկը նյութի տեսակներն են, որոնք միասին քսում են: Հայտնաբերվում է, որ տարբեր նյութեր տարբեր լարման են տալիս: Արտադրված լարումը կախված է երկու նյութերի դիրքից, որոնք հայտնի են որպես տրիբո-էլեկտրական շարք:

Տրիբո-էլեկտրական շարք

Որքան հեռու են դրանք շարքում, այնքան մեծ է լարումը: Նա, ով սերիայից բարձր է, կստանա դրական լիցք, իսկ մեկը ՝ բացասական լիցք: Ստորև նայելով տրիբո-էլեկտրական շարքերի ցուցակը `կարելի է տեսնել, որ մազերը պլաստիկ սանրով սանրելը դրական լիցք կհաղորդի մազերին, և սանրը կդառնա բացասական լիցքավորված:

Տրիբո-էլեկտրական շարքը

Դրական լիցք
Մաշկի
Մազերը
Բուրդ
Մետաքս
Թուղթ
Բամբակ
Փայտ
Ռետինե
Ռայոն
Պոլիեսթեր
Պոլիէթիլեն
ՊՎՔ
Տեֆլոն
Բացասական լիցք

Գոյություն ունեն գանձումների կուտակման բազմաթիվ եղանակներ: Նույնիսկ գորգի վրայով քայլելը կարող է շատ մեծ լարման պատճառ դառնալ: Սովորաբար դա կարող է առաջացնել 10 կՎ պոտենցիալ: Վատ դեպքերում դա կարող է հանգեցնել նույնիսկ այս արժեքի եռապատիկի պոտենցիալի: Նույնիսկ վինիլային հատակով քայլելու գործողությունը կարող է հանգեցնել մոտ 5 կՎ պոտենցիալի առաջացմանը: Իրականում շարժման ցանկացած ձև, երբ մակերևույթները շփվում են իրար, կհանգեցնի ստատիկ էլեկտրականության առաջացմանը: Ինչ-որ մեկը, ով աշխատում է նստարանին, օգտագործելով էլեկտրոնային բաղադրիչներ, կարող է հեշտությամբ առաջացնել ստատիկ ներուժ ՝ 500 Վ կամ ավելի:


ESD- ի գործնական օրինակներ

Լիցք գեներացնելու ամենատարածված օրինակներից մեկը սենյակով մեկ քայլելիս է: Նույնիսկ այս ամենօրյա դեպքը կարող է առաջացնել զարմանալիորեն բարձր լարման: Իրական լարումները զգալիորեն տարբերվում են կախված մի շարք գործոններից, բայց կարող են տրվել գնահատականներ ՝ խնդրի չափը լուսաբանելու համար:

Խնդրի չափը պատկերավորելու համար, մի շարք դեպքեր մանրամասն ներկայացված են ստորև բերված աղյուսակում.


Հավանաբար ESD լարումներ, որոնք առաջանում են ամենօրյա գործողություններից
Լիցքի առաջացման պատճառըՀավանաբար առաջացած լարման (կՎ) *
Գորգի վրայով քայլելը30
Պոլիէթիլենային տոպրակ վերցնելը20
Քայլելով վինիլային սալիկապատված մակերեսով15
Աշխատանք նստարանին5

* Սրանք մոտավոր թվեր են և ենթադրում են հարաբերական խոնավություն մինչև 25%: Խոնավության բարձրացման հետ մեկտեղ այս մակարդակն էլ ընկնում է. 75% խոնավության դեպքում ստատիկ մակարդակները կարող են ընկնել գործոնով շատ մոտավորապես 25 կամ ավելի: Այս բոլոր թվերը շատ մոտավոր են, քանի որ դրանք շատ կախված են որոշակի պայմաններից, բայց դրանք տալիս են ակնկալվող ESD մակարդակի չափի ուղեցույց:

Չնայած ESD- ից ստացվածը շատ բարձր է թվում, դրանք սովորաբար անցնում են աննկատ: Ամենափոքր էլեկտրաստատիկ արտանետումը, որը կարելի է զգալ, մոտ 5 կՎ է, և նույնիսկ այդ դեպքում այդ արտանետման մեծությունը կարող է զգալ միայն առիթներով: Պատճառն այն է, որ չնայած արդյունքում գագաթնակետային հոսանքները կարող են շատ բարձր լինել, դրանք տևում են միայն շատ կարճ ժամանակ, և մարմինը չի հայտնաբերում դրանք, քանի որ դրանց ետևում գտնվող լիցքը համեմատաբար փոքր է: Այս մեծության էլեկտրական կամ էլեկտրական սարքավորումներից ստացվող լարումները, որտեղ ավելի շատ հոսանք կարող է աղբյուր լինել և շատ ավելի երկար, շատ ավելի մեծ ազդեցություն կունենան և կարող են շատ վտանգավոր լինել:


Ստատիկ փոխանցում

Գոյություն ունեն մի քանի եղանակներ, որոնցով ստատիկ լիցքերը կարող են փոխանցվել կիսահաղորդչային սարքեր `հանգեցնելով ESD- ի վնասների: Ամենաակնհայտն այն է, երբ նրանց հպում է լիցքավորված և հաղորդող մի իր: Դրա ամենավառ օրինակը, հավանաբար, տեղի է ունենում, երբ կիսահաղորդիչը գտնվում է աշխատանքային նստարանին, և ինչ-որ մեկը քայլում է հատակով և լիցք է հավաքում, ապա վերցնում այն:

Դրանից հետո լիցքավորված մատը շատ արագ փոխանցում է ստատիկ լիցքը կիսահաղորդչին ՝ վնասվելու հավանականությամբ: Գործիքները կարող են նույնիսկ ավելի վնասակար լինել: Մետաղական պտուտակահաններն էլ ավելի հաղորդունակ են և լիցքն ավելի արագ կտան, ինչը հանգեցնում է առավելագույն հոսանքի բարձր մակարդակի:

Այնուամենայնիվ, անհրաժեշտ չէ դիպչել բաղադրիչներին ՝ դրանց վնաս պատճառելու համար: Պլաստիկ բաժակների նման իրերը շատ բարձր լիցք ունեն, և դրանցից մեկի տեղադրումը ԻՍ-ի մոտ կարող է հակառակ լիցքը «դրդել» ԱՍ-ի մեջ: Սա նույնպես կարող է վնասել կիսահաղորդչային սարքին: Ձեռագործ մանրաթելից պատրաստված կապերը նույնպես ESD վտանգ են ներկայացնում, քանի որ դրանք կարող են լիցքավորվել և հեշտությամբ կախված լինել զգայուն էլեկտրոնային սարքավորումների մոտ:

ESD ձախողման մեխանիզմներ

Կան մի շարք եղանակներ, որոնցով ESD- ն կարող է վնասել կիսահաղորդչային բաղադրիչներին: Ամենաակնհայտը ստացվում է շատ բարձր ստատիկ լարումից `առաջացնելով պիկային հոսանքի բարձր մակարդակներ, որոնք կարող են առաջացնել տեղական այրվածք: Նույնիսկ եթե հոսանքը հոսում է շատ կարճ ժամանակահատվածում, ինտեգրալային շղթայում առանձնահատկությունների րոպեային չափերը նշանակում են, որ վնասը շատ հեշտ է պատճառվում: Չիպի մեջ փոխկապակցված մետաղալարային կապերը կամ տարածքները կարող են միաձուլվել բարձր գագաթային հոսանքով:

Մեկ այլ միջոց, որով ESD- ի արդյունքում կարող է վնաս հասցվել, երբ լարման բարձր մակարդակն առաջացնում է անսարքություն տեղի ունենալու հենց իր սարքի բաղադրիչի մեջ: Այն կարող է քայքայել օքսիդի շերտը սարքում, ինչը սարքն անգործունակ է դարձնում: Որոշ IC- ներում միկրոնից շատ ավելի մեծ չափերով, զարմանալի չէ, որ նույնիսկ համեմատաբար ցածր լարման ուժերը կարող են խափանում առաջացնել:

Չնայած ESD- ի վնասը կարող է ակնթարթորեն ոչնչացնել սարքերը, նրանց համար հնարավոր է նաև ստեղծել այն, ինչ անվանում են թաքնված ձախողումներ: Դա տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ ESD– ն ամբողջությամբ չի ոչնչացնում սարքը, բայց պատճառված վնասը միայն թուլացնում է այն ՝ թողնելով կյանքի հետագա խափանման վտանգը: Այս թաքնված արատները սովորաբար հնարավոր չէ հայտնաբերել: Արդյունքն այն է, որ հուսալիության ընդհանուր մակարդակը զգալիորեն իջեցվի, կամ (ավելին `անալոգային սարքերի դեպքում) կատարումը կարող է դեգրադացվել: ESD- ի պատճառած թաքնված խափանումները կարող են շատ ծախսատար լինել, քանի որ ապրանքի շահագործման ընթացքում վերանորոգումը շատ ավելի ծախսատար է, քան գործարանում ձախողված իրը շտկելը: Սրա պատճառն այն է, որ վերանորոգման տեխնիկը սովորաբար կարիք ունի տեղում իրը վերանորոգելու, կամ այն ​​պետք է առաքվի վերանորոգման հաստատություն:

Թաքնված խափանումները կարող են առաջանալ, երբ փոխկապակցումը մասամբ միաձուլվում է ESD- ի կողմից: Հաճախ դիրիժորի մի մասը ոչնչացվել է ստատիկ արտանետման արդյունքում ՝ այն ավելի ուշ խոցելի թողնելով: Չիպերը վնասելու մեկ այլ միջոց է այն, երբ վնասից բխող նյութը տարածվում է կիսահաղորդչի մակերևույթի վրա, և դա կարող է հանգեցնել այլընտրանքային հաղորդման ուղիների:

Այն փաստի արդյունքում, որ ESD- ի միջոցով բաղադրիչները հեշտությամբ կարող են վնասվել, արտադրողների մեծ մասը բոլոր կիսահաղորդիչներին վերաբերվում է որպես ստատիկ զգայուն սարքերի, և դրան զուգահեռ շատերը կարգավորում են բոլոր սարքերը, ներառյալ պասիվ բաղադրիչները, ինչպիսիք են կոնդենսատորները և ռեզիստորները, ինչպես նաև ստատիկ զգայուն: Սա դիտարկելիս պետք է հիշել, որ զանգվածային արտադրության սարքավորումների մեծ մասն այսօր օգտագործում է մակերևույթի տեղադրման բաղադրիչներ, որտեղ չափերը շատ ավելի փոքր են, քան ավանդական բաղադրիչները, և դա նրանց ավելի է ենթակա է ESD- ի վնասներից:


Դիտեք տեսանյութը: Զանգեզուրի պղնձամոլիբդենային կոմբինատի պաշարները 1,8 մլրդ տոննա է շրջայց կոմբինատում (Հունվարի 2022).