Электростатический разряд это: Электростатический разряд — практические аналоговые полупроводниковые схемы

Электростатический разряд — практические аналоговые полупроводниковые схемы

Электростатический разряд

Глава 9 — Практические аналоговые полупроводниковые схемы

В томе I главы 1.1 обсуждается статическое электричество и как оно создается. Это имеет гораздо большее значение, чем можно было бы предположить, поскольку управление статическим электричеством играет большую роль в современной электронике и других профессиях. Событие электростатического разряда — это когда статический заряд отключается неконтролируемым образом и в дальнейшем будет упоминаться как ОУР.

ОУР поставляется во многих формах, он может составлять до 50 вольт электроэнергии, равный десяткам тысяч вольт. Фактическая мощность чрезвычайно мала, настолько мала, что вообще не существует опасности для того, кто находится на пути разряда ОУР. Обычно человеку требуется несколько тысяч вольт, чтобы даже заметить ОУР в виде искры и знакомого зата, который сопровождает его. Проблема с ОУР — это даже небольшой разряд, который может полностью остаться незамеченным, может разрушить полупроводники.

Статический заряд тысяч вольт является обычным явлением, однако причина, по которой это не угроза, — это отсутствие какой-либо существенной продолжительности. Эти экстремальные напряжения позволяют ионизировать воздух и позволяют разрушать другие материалы, что является корнем из-за повреждения.

ОУР не является новой проблемой. Производство черных порошков и другие пиротехнические отрасли всегда были опасны, если событие ОУР произошло в неправильном положении. В эпоху ламп (клапаны AKA) ESD был несуществующей проблемой для электроники, но с появлением полупроводников и увеличением миниатюризации он стал гораздо более серьезным.

Повреждение компонентов может и, как правило, происходит, когда часть находится в пути ESD. Многие части, такие как силовые диоды, очень надежны и могут работать с разрядом, но если часть имеет небольшую или тонкую геометрию как часть их физической структуры, тогда напряжение может разрушить эту часть полупроводника. Течения во время этих событий становятся довольно высокими, но находятся в наносекундном микросекундном временном интервале.

Часть компонента остается навсегда поврежденной, что может привести к двум типам отказов. Катастрофический — легкий, оставляя часть полностью нефункциональной. Другой может быть гораздо более серьезным. Скрытый ущерб может позволить проблемному компоненту работать в течение нескольких часов, дней или даже месяцев после первоначального повреждения до катастрофического отказа. Много раз эти части упоминаются как «ходячие раненые», так как они работают, но плохо. Рисунок ниже показан пример латентного («ходячего раннего») повреждения ОУР. Если эти компоненты оказываются в роли поддержки жизни, таких как медицинское или военное использование, последствия могут быть мрачными. Для большинства любителей это неудобство, но оно может быть дорогостоящим.

Даже компоненты, которые считаются достаточно прочными, могут быть повреждены при помощи ESD. Биполярные транзисторы, самые ранние из твердотельных усилителей, не являются иммунными, хотя и менее восприимчивыми. Некоторые из новых высокоскоростных компонентов могут быть разрушены всего на 3 вольта. Есть компоненты, которые могут не считаться подверженными риску, такие как некоторые специализированные резисторы и конденсаторы, изготовленные с использованием технологии MOS (Metal Oxide Semiconductor), которые могут быть повреждены при помощи ESD.

Прежде чем ОУР можно предотвратить, важно понять, что вызывает его. Как правило, материалы вокруг рабочего места могут быть разбиты на 3 категории. Это ESD Generative, ESD Neutral и ESD Dissidative (или ESD Conductive). ESD Генерирующие материалы представляют собой активные статические генераторы, такие как большинство пластмасс, волосы для кошек и одежда из полиэстера. ESD Нейтральные материалы, как правило, являются изолирующими, но не имеют тенденций к созданию или хранению статических зарядов очень хорошо. Примерами этого могут служить древесина, бумага и хлопок. Это не означает, что они не могут быть статическими генераторами или опасностью ОУР, но риск несколько сведен к минимуму другими факторами. Например, древесина и изделия из дерева, как правило, удерживают влагу, что может сделать их слегка проводящими.

Это касается многих органических материалов. Высокополированный стол не подпадает под эту категорию, потому что блеск обычно представляет собой пластик или лак, которые являются высокоэффективными изоляторами. ESD Проводящие материалы довольно очевидны, они представляют собой металлические инструменты. Пластиковые ручки могут быть проблемой, но металл будет сбрасывать статический заряд так быстро, как только он генерируется, если он находится на заземленной поверхности. Есть много других материалов, таких как некоторые пластмассы, которые предназначены для проводящих. Они попадут под рубрику «Диссипация ОУР». Грязь и бетон также являются проводящими и попадают под рубрику «Диссипативный дисбаланс».

Существует множество видов деятельности, которые генерируют статические данные, о которых вам нужно знать как часть схемы управления ОУР. Простой акт вытягивания ленты с дозатора может привести к экстремальному напряжению. Прокручивание в кресле — еще один статический генератор, как и царапины. Фактически любая активность, которая позволяет двум или более поверхностям тереть друг против друга, вполне может вызвать некоторый статический заряд. Это было упомянуто в начале этой книги, но примеры реального мира могут быть тонкими. Вот почему необходим метод непрерывного отвода этого напряжения. Во время работы над компонентами следует избегать вещей, которые генерируют огромное количество статического электричества.

Пластик обычно связан с генерацией статического электричества. Это было получено в виде проводящих пластмасс. Обычный способ изготовления проводящего пластика — это добавка, которая изменяет электрические характеристики пластика из изолятора на проводник, хотя он, вероятно, будет сопротивляться миллионам Ом на квадратный дюйм. Были разработаны пластмассы, которые могут использоваться в качестве проводников в приложениях с малым весом, например, в авиационных отраслях. Это специализированные приложения и обычно не связаны с контролем ESD.

Это не все плохие новости для защиты от ESD. Человеческое тело — довольно приличный проводник. Высокая влажность в воздухе также позволит избежать статического заряда, а также сделать нейтральные материалы с электростатическим разрядом более проводящими. Вот почему холодные зимние дни, когда влажность внутри дома может быть довольно низкой, могут увеличить количество искр на дверной ручке. Летом или дождливыми днями вам придется работать достаточно сложно, чтобы создать значительное количество статики. По этой причине промышленные чистые помещения и фабричные этажи прикладывают усилия для регулирования температуры и влажности. Бетонные полы также являются проводящими, поэтому в доме могут быть некоторые существующие компоненты, которые могут помочь в создании защиты.

Чтобы установить защиту от ESD, должен быть стандартный уровень напряжения, на который все ссылаются. Такой уровень существует в форме земли. Есть очень хорошие соображения безопасности, что земля используется вокруг дома в торговых точках. В некотором смысле это относится к статическому, но не к прямому.

Это дает нам возможность сбросить наши лишние электроны или приобрести некоторые, если мы короткие, нейтрализовать любые заряды, которые могут приобрести наши тела и инструменты. Если все, что находится на верстаке, прямо или косвенно связано с заземлением через проводник, то статическое рассеивание будет происходить задолго до того, как произойдет событие ESD.

Хорошая точка заземления может быть выполнена несколькими различными способами. В домах с современной проводкой, которая может кодировать заземляющий штырь на штепсельной вилке переменного тока, может использоваться или винт, который удерживает крышку на выходе. Это связано с тем, что проводка дома фактически имеет провод или шип, идущие в землю где-то, где мощность подается от главных линий электропередач. Для людей, чья проводка дома не совсем правильная, можно использовать шип, вбитый в землю не менее 3 футов или простое электрическое соединение с металлической сантехникой (наихудший вариант). Главное — установить электрический путь к земле вне дома.

Десять мегаом считается проводником в мире контроля ОУР. Статическое электричество — это напряжение без реального тока, и если заряд сбрасывается через несколько секунд после генерирования, он аннулируется. Обычно для подключения любой защиты от электростатического разряда по этой причине используется резистор от 1 до 10 МОм. Он имеет преимущество замедления скорости разряда во время события ESD, что увеличивает вероятность того, что компонент останется неповрежденным. Чем быстрее разряд, тем выше текущий всплеск, проходящий через компонент. Другая причина, по которой такое сопротивление считается желательным, заключается в том, что если пользователь случайно закорочен на высокое напряжение, например, ток в домохозяйстве, это не будет защита от ESD, которая их убьет.

Крупная индустрия выросла вокруг управления ОУР в электронной промышленности. Основу любой конструкции электроники — это рабочее место со статической проводящей или диссипативной поверхностью. Эта поверхность может быть куплена на коммерческой основе или сделана из дома в виде листа из металла или фольги.

В случае металлической поверхности может быть хорошей идеей наложить тонкую бумагу сверху, хотя это не обязательно, если вы не проводите никаких испытаний на поверхности. Коммерческая версия обычно представляет собой некоторую форму проводящего пластика, сопротивление которого достаточно высоко, чтобы не быть проблемой, что является лучшим решением. Если вы создаете свою собственную поверхность для верстака, обязательно добавьте резистор 10 МОм на землю, иначе у вас вообще нет защиты.

Другим важным элементом, который требует ESD, является то, что вы. Люди ходят статические генераторы. Ваше тело является проводящим, относительно легко его заземлить, хотя обычно это делается с помощью браслета. Коммерческие версии уже имеют встроенный резистор и имеют широкий ремешок для обеспечения хорошей контактной поверхности с вашей кожей. Одноразовые версии можно купить за несколько долларов. Металлическая часовая полоса также является хорошей точкой подключения защиты от электростатического разряда.

Просто добавьте провод (с резистором) в точку заземления. Большинство отраслей промышленности серьезно относятся к проблеме, чтобы использовать мониторы реального времени, которые будут звучать, если оператор неправильно заземлен.

Другой способ заземления — это каблук. Проводящая пластиковая часть обернута вокруг пятки вашего башмака, при этом проводящий пластиковый ремешок поднимается вверх и под носком для хорошего контакта с кожей. Он работает только на полах с проводящим воском или бетоном. Этот метод заставит человека генерировать большие заряды, которые могут нарушить другие защиты от ОУР и не считаются адекватными сами по себе. Вы можете получить тот же эффект, пройдя босиком по бетонному полу.

Еще одна защита от электростатического разряда — носить проводящие дыбы от электростатического разряда. Как и ремень для пятки, это вторичная защита, не предназначенная для замены ремешка. Они предназначены для короткого замыкания любых зарядов, которые может создать ваша одежда.

Движущийся воздух также может генерировать значительные статические заряды. Когда вы удаляете пыль с вашей электроники, будет генерироваться статический сигнал. Промышленное решение проблемы по этому вопросу в два раза: во-первых, воздушные пушки имеют небольшой, хорошо экранированный радиоактивный материал, имплантированный в воздушном пистолете для ионизации воздуха. Ионизированный воздух является проводником, и он будет достаточно быстро разряжать статические заряды. Во-вторых, используйте высоковольтное электричество для ионизации воздуха, выходящего из вентилятора, который имеет тот же эффект, что и пневматический пистолет. Это эффективно поможет рабочей станции снизить вероятность возникновения ОУР на большие суммы.

Другая защита от электростатического разряда — самое простое, дистанционное. Во многих отраслях есть правила, согласно которым все нейтральные и генерирующие материалы будут составлять не менее 12 дюймов или более от любой незавершенной работы.

Пользователь также может уменьшить вероятность повреждения ОУР, просто не удаляя деталь из защитной упаковки, пока не наступит время вставить ее в цепь. Это уменьшит вероятность воздействия ESD, и пока схема будет оставаться уязвимой, компонент будет иметь небольшую защиту от остальных компонентов, так как другие компоненты будут предлагать различные пути разгрузки для ESD.

Нехорошо следить за защитой от электростатического разряда на верстаке, если детали повреждены при хранении или переноске. Наиболее распространенным методом является использование вариации клетки Фарадея, сумки ESD. Сумка ESD окружает компонент проводящим экраном и обычно имеет внутри него нестатический генерирующий изолирующий слой. В постоянных клетках Фарадея этот щит заземлен, как и в случае комнат RFI, но с переносимыми контейнерами это нецелесообразно. Поставив мешок ESD на заземленную поверхность, выполняется то же самое. Фарадеевские клетки работают путем маршрутизации электрического заряда вокруг содержимого и немедленного заземления. Автомобиль, пораженный молнией, является крайним примером клетки Фарадея.

Статические мешки на сегодняшний день являются наиболее распространенным методом хранения компонентов и досок. Они изготовлены из чрезвычайно тонких слоев металла, настолько тонкие, чтобы быть почти прозрачными. Мешок с отверстием, даже маленьким, или один, который не складывается сверху, чтобы запечатать содержимое из-за наружных зарядов, неэффективен.

Другим способом защиты деталей в хранилище являются тотализаторы или трубки. В этих случаях части помещаются в проводящие коробки с крышкой того же материала. Это эффективно формирует клетку Фарадея. Трубка предназначена для микросхем и других устройств с большим количеством штырьков и хранит детали в формованной проводящей пластиковой трубке, которая обеспечивает безопасность деталей как механически, так и электрически.

ESD может быть незначительным событием, измеряющим несколько вольт, или массовым событием, представляющим реальную опасность для операторов. Все меры защиты от ОУР могут быть ошеломлены обстоятельствами, но это можно обойти, осознав, что это такое и как предотвратить это. Многие проекты были построены без защиты от ESD и хорошо работали. Учитывая, что защита этих проектов является незначительным неудобством, лучше приложить усилия.

Промышленность серьезно относится к этой проблеме как к потенциальной угрожающей жизни проблеме, так и к проблеме качества. Тот, кто покупает дорогой кусок электроники или высокотехнологичного оборудования, не будет счастлив, если им придется вернуть его через 6 месяцев. Когда репутация находится на линии, легче поступать правильно.

Электростатическая Безопасность — Электроники | Cognex

Защита электронных устройств и их деталей от статического электричества

Сопутствующие продукты

DataMan 8050 Series

Equipped with Cognex’s world class barcode reading algorithms and designed to withstand harsh factory floor conditions.

Электростатический разряд (ЭСР) — неожиданно возникающий разряд статического тока, проходящий между двумя объектами, — представляет собой серьезную угрозу для продукции широкого спектра отраслей промышленности, включая электронную, автомобильную, биотехнологическую, фармацевтическую промышленности, в том числе и медицинской продукции и полупроводников, и может привести к значительным убыткам. Воздействие электростатического разряда может стать причиной повреждения электронных устройств, возникновения искр или пожаров в легковоспламеняющихся средах, а также вызвать сбои передачи данных. По данным Ассоциации ESD, занимающейся исследованием проблем статики и обучением персонала, ежегодные финансовые потери только электронной промышленности, связанные с электростатическими разрядами, оцениваются в миллиарды долларов, так как это явление негативно влияет на объемы выпускаемой продукции, ее качество и уровень удовлетворенности клиентов.

Статическое электричество, формально именуемое электростатическим разрядом, чаще всего возникает в условиях контакта и последующего разделения материалов в ходе процесса, известного как трибоэлектризация. Например, при перемещении по ковровым покрытиям в результате контакта ковра и обуви возникает статический заряд, при этом ковер, теряя электроны, становится положительно заряженным, а подошва, приобретая электроны, становится отрицательно заряженной. Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлической дверной ручки, выступающей в качестве проводника, статический заряд разряжается, а человек чувствует легкий удар током.

Величина электрического заряда, возникающего в результате трибоэлектризации, зависит от многих факторов, включая характеристики зоны контакта, свойства материалов, скорость разделения материалов и относительную влажность. Помимо трибоэлектризации, другими менее распространенными причинами возникновения статического электричества являются индукция, ионная бомбардировка и контакт с другим заряженным объектом.

Несмотря на то что статическое электричество измеряется в кулонах, инженерно-технические работники часто сосредотачивают внимание на вычислении значения электростатического потенциала между материалами, который измеряется в вольтах и​зависит от электрических зарядов, их пространственного расположения и расстояния между материалами. Например, если человек идет по ковровому покрытию, то величина статического электричества при относительной влажности воздуха 65–90 % будет равна 1500 В, а если же уровень относительной влажности составляет 10–20 %, то значение статического потенциала будет равно 35 000 В. С другой стороны, элементы электронных устройств, характеризующиеся чувствительностью к электростатическому разряду, например жесткий диск, могут быть повреждены в случае воздействия статического электричества с напряжением 10 В.

Повреждение электронных устройств и их деталей в результате воздействия статического электричества

Повреждения, возникшие вследствие статического электричества, классифицируются как критические или скрытые. Если повреждения являются критическими, электронное устройство полностью не функционирует. Если повреждения являются скрытыми, электронное устройство продолжает функционировать после воздействия статического электричества, однако с течением времени возможно появление неисправностей или даже полный выход из строя.

Чувствительные к электростатическому разряду устройства и детали классифицируются по уровню их уязвимости к повреждению статическим электричеством. Для этого применяются три модели, указанные ниже.

• Модель человеческого тела (Human Body Model, HBM): передача электростатического заряда от человеческого тела на чувствительное к электростатическому разряду устройство.
• Механическая модель (Machine Model, MM): передача электростатического заряда от заряженного проводящего объекта, например металлического инструмента или приспособления, на чувствительное к электростатическому разряду устройство.
• Модель заряженного устройства (Charged-Device Model, CDM): передача электростатического заряда от чувствительного к электростатическому разряду устройства на проводник, которая может произойти, когда статическое электричество накапливается на устройстве, чувствительном к статическому разряду, при обработке или контакте и последующем разделении упаковочных материалов, рабочих или обработанных поверхностей.

Защита от статического электричества

Поскольку чувствительные к электростатическому разряду устройства могут быть повреждены даже в результате незначительного электростатического воздействия, необходимо следить за тем, чтобы подобное не происходило на протяжении всего жизненного цикла продукции — от производства и испытания до отгрузки, обработки и обслуживании на местах. Для защиты чувствительных к электростатическому разряду устройств следует использовать перечисленные далее средства.

• Безопасные в электростатическом отношении рабочие станции.
• Антистатические браслеты.
• Одежда для защиты от статического электричества.
• Проводящие или рассеивающие энергию напольные материалы и обувь.
• Антистатические краски.
• Средства контроля влажности и ионизаторы воздуха.
• Антистатические пакеты.
• Инструменты для измерения статического электричества, такие как вольтметры и измерители поля, предназначенные для контроля уровня статического заряда.
• Считыватели штрихкодов для автоматизированного мониторинга устройств и контроля случаев воздействия статического электричества

Разработки Cognex для защиты от статического электричества

Линейка ручных и стационарных считывателей штрихкодов с защитой от статического электричества серии DataMan производства Cognex является самой обширной в индустрии промышленных считывателей штрихкодов. В целях предотвращения повреждения чувствительных к электростатическому разряду компонентов все детали корпусов выполнены из пластмасс с антистатическими свойствами, а на все оптические элементы нанесено антистатическое покрытие.

Считыватели штрихкодов Cognex с защитой от статического электричества отвечают требованиям электростатической безопасности в соответствии со стандартом IEC 61340-5-1:2016. Действие этого стандарта распространяется на деятельность по производству, обработке, установке, монтажу, упаковке, нанесению этикеток, обслуживанию, испытанию, осмотру и транспортировке, а также иные мероприятия, связанные со взаимодействием с электрическими или электронными деталями, узлами и оборудованием с выдерживаемым напряжением выше или равным 100 В (модель человеческого тела), 200 В (модель заряженного устройства) и 35 В (изолированные проводники).

Испытания электростатического разряда

Испытания на устойчивость к электрическим или электронным системам или устройствам включают испытания на электростатический разряд. Электростатический разряд — это очень быстрый электрический поток (ESD), который возникает, когда два объекта с разными электрическими зарядами вступают в контакт или приближаются друг к другу. В то же время, объекты с изолированными или поляризованными электрическими зарядами также могут быть причиной электростатического разряда.

Это статический заряд, который вызывает электростатический разряд. Фактически, электрический заряд на определенном полюсе потенциально присутствует в объектах. Так что это стабильно. Однако, когда этот объект вступает в контакт с другим объектом, несущим электричество на разных полюсах, или когда он касается этого объекта, электрический заряд, ожидающий в статическом состоянии, начинает перетекать от одного объекта к другому объекту. Это называется электрическим разрядом (разрядом).

Если разность потенциалов между статически заряженным объектом и другим объектом слишком велика, разряд также может происходить без контакта. Потому что среда между объектами (обычно это воздух) теряет изоляцию и становится проводящей.

Трение является наиболее распространенным условием образования статического электричества. Статический заряд расчески при расчесывании волос — самый простой пример. Или трещины при снятии свитера также является примером статического электричества.

Статическое электричество, встречающееся в повседневной жизни, не представляет угрозы для здоровья человека. Тем не менее, это требует мер предосторожности для чувствительных электронных устройств. Так уэффективен в лабораториях испытания электростатического разряда.

наша организация также проводит испытания электростатического разряда в рамках испытаний на электромагнитную совместимость. согласно соответствующим правовым нормам, стандартам и методам испытаний, опубликованным отечественными и зарубежными организациями. Несколько стандартов, рассматриваемых в этих исследованиях:

• Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 61000-4. Устойчивость к электростатическим разрядам (Воздух: 2-4 кВ, контакт: 2-2 кВ)
• 61340-3-1 Электростатический. Часть 3-1: Методы моделирования электростатических воздействий. Испытательные формы сигнала электростатического разряда в модели человеческого тела (hbm)

Наше учреждение от Аккредитационного института ÖSAS, Он аккредитован в соответствии со стандартом TS EN ISO / IEC 17025, а процедуры и отчеты испытаний, измерений, анализа, проверок и проверок принимаются как действительные в ходе частных и официальных проверок.

 

 

EMC Partner — Генератор электростатических разрядов ESD3000

Описание

ESD3000 — это компактный, модульный генератор электростатических разрядов (ЭСР). Базовая версия генератора позволяет генерированть воздействия с напряжением до 16 кВ, но, опционально, возможности генератора могут быть расширены до 30 кВ. Конструкция генератора позволяет использовать различные разрядные модули, поэтому данный генератор может использоваться для подтверждения соответствия технических средств требованиям множества стандартов, таких как IEC 61000-4-2/ ГОСТ 30804.4.2-2013, RTCA/DO-160, MIL-STD-883, MIL-STD-331, MIL-STD-750, MIL-STD-464, MIL-STD-1541 и других национальных и отраслевых стандартов. Разрядные модули не входят в комплект поставки и заказываются отдельно в виде опций. Питание генератора осуществляется от 10 аккумуляторных батарей типа АА, при необходимости могут быть использованы обычные батареи такого же типа. На корпусе генератора имеется посадочное гнездо для крепления к стандартным штативам для фото и видео аппаратуры. Генератор поставляется в специальном кейсе для хранения и переноски. Удаленное управление генератором осуществляется с помощью программного обеспечения TEMA (не входит в комплект поставки).

Модули

1. ESD3000DM1 — 150 пФ/ 330 Ом; контактный разряд: 0,2 — 10 кВ; воздушный разряд: 0,2 — 16 кВ;
   стандарты: IEC 61000-4-2/ ГОСТ 30804. 4.2-2013, ITU-T K20
2. ESD3000DM2 — 330 пФ/ 2000 Ом; контактный разряд: 0,2 — 10 кВ; воздушный разряд: 0,2 — 16 кВ;
   стандарты: ISO TR10605, PSA Peugeot-Citroën B21 7110
3. ESD3000DM4 — 100 пФ/ 1500 Ом; контактный разряд: 0,2 — 10 кВ; воздушный разряд: 0,2 — 16 кВ;
   стандарты: MIL-STD-883, GR78-CORE
4. ESD3000DM5 — 150 пФ/ 330 Ом; контактный разряд: не доступен; воздушный разряд: 1 — 30 кВ;
   стандарты: RTCA/DO-160
5. ESD3000DM6 — 100 пФ/ 1500 Ом; контактный разряд: 0,2 — 8 кВ; воздушный разряд: не доступен;
   стандарты: IEC 61340-3-1, JEDEC 22-A114, MIL-STD-750D
6. ESD3000DM7 — 200 пФ/ 0 Ом; контактный разряд: 0,1 — 2 кВ; воздушный разряд: не доступен;
   стандарты: IEC 61340-3-2, JEDEC 22-A115
7. ESD3000DM8 — форма импульса: <0,05/0,1 мкс; контактный разряд: 0,2 — 10 кВ; воздушный разряд: 0,2 — 16 кВ;
   стандарты: IEC 60571, EN 50155
8. ESD3000RM32 — релейный модуль, необходим для работы со всеми модулями типа DN;
   контактный разряд: 1 — 30 кВ; воздушный разряд: 1 — 30 кВ
9. ESD3000DN1 — 150 пФ/ 330 Ом; контактный разряд: 1 — 30 кВ; воздушный разряд: 1 — 30 кВ;
   стандарты: IEC 61000-4-2/ ГОСТ 30804. 4.2-2013, RTCA/DO-160, PSA Peugeot-Citroën B21 7110, GMW 3100
10. ESD3000DN2 — 330 пФ/ 2000 Ом; контактный разряд: 1 — 30 кВ; воздушный разряд: 1 — 30 кВ;
    стандарты: ISO TR10605, SAEJSSI-IS, FORD AB/AC, GMW 3097
11. ESD3000DN3 — 150 пФ/ 2000 Ом; контактный разряд: 1 — 30 кВ; воздушный разряд: 1 — 30 кВ;
    стандарты: ISO TR10605, SAEJSSI-IS, FORD AB/AC, GMW 3097
12. ESD3000DN4 — 500 пФ/ 5000 Ом; контактный разряд: 1 — 30 кВ; воздушный разряд: 1 — 30 кВ;
    стандарты: STANAG 4239, ISO 14304, MIL-STD-151
13. ESD3000DN5 — 500 пФ/ 500 Ом; контактный разряд: 2 — 30 кВ; воздушный разряд: 2 — 30 кВ;
    стандарты: MIL-STD-331C, MIL-DTL-23659D, STANAG 4239
14. ESD3000DN6 — 330 пФ/ 330 Ом; контактный разряд: 2 — 30 кВ; воздушный разряд: 2 — 30 кВ;
    стандарты: ISO TR10605

Модули специального назначения

1. ESD3000DN32-CAR1 — 150 пФ/ 500 Ом; контактный разряд: 2 — 30 кВ; воздушный разряд: 2 — 30 кВ;
   стандарты:  JASO D 001-94

2. ESD3000DN32-CAR5 — 330 пФ/ 0 Ом; контактный разряд: 2 — 30 кВ; воздушный разряд: 2 — 30 кВ;
   стандарты:  Renault 32-10-001/D (не требует наличия модуля ESD3000RM32)

3. ESD3000DN32-IND1 — 150 пФ/ 150 Ом; контактный разряд: 2 — 30 кВ; воздушный разряд: 2 — 30 кВ;
   стандарты: IEC801-2

4. ESD3000DN32-MIL2 — 400 пФ/ 150 Ом; контактный разряд: 2 — 30 кВ; воздушный разряд: 2 — 30 кВ;
   стандарты:  Special Military

5. ESD3000DN32-MIL3 — 500 пФ/ 0 Ом; контактный разряд: 2 — 30 кВ; воздушный разряд: 2 — 30 кВ;
   стандарты:  MIL-STD-1576

Аксессуары

1. ESD-TARGET2 — мишень калибровочная 2 Ом для определения параметров разрядного тока генераторов ЭСР (до 16 кВ)

2. ESD-VERI-V — мишень для определения параметров импульсов напряжения контактных ЭСР до 25 кВ

3. ESD-VCP50 — вертикальная пластина связи 0,5 × 0,5 м для непрямой подачи ЭСР

4. ESD-TARGET2-DN — мишень калибровочная 2 Ом для определения параметров разрядного тока генераторов ЭСР (до 30 кВ)

5. ESD-TARGET2-50 — мишень калибровочная 50 Ом для определения параметров разрядного тока генераторов ЭСР в соответствии с  IEC61340-3-1 и IEC61340-3-2

6. ESD-TARGET2-500 — мишень калибровочная 500 Ом для определения параметров разрядного тока генераторов ЭСР в соответствии с  IEC61340-3-1 и IEC61340-3-2

7. ESD3000 SAFETY-S — устройство для снятия заряда с разрядного модуля
   

8. ESD3000DM-EXT — приспособление, позволяющее соединить разрядный модуль с генератором через кабель длиной 1 м

9. CNh22 — магнитная рамочная антенна для генерации быстроизменяющихся магнитных полей
   

10. ESD-STAND Ed2 — штатив для генератора ЭСР
    

11. TC-MIG24 ED — защитный кожух для испытаний взрывоопасных изделий
    

12. ESD3000-OPTOLINK — оптоволоконная линия для удаленного управления генератором
    

13. USB-RS232 Adapter — переходник USB-RS232
    

14. TEMA Software — управляющее программное обеспечение
    

Детальная информация по опциям, аксессуарам и техническим характеристикам приведена в спецификации

Анализ необходимости и принципы проектирования защиты от электростатического разряда — Знания

ESD (электростатический разряд) — один из серьезных механизмов отказа в схемах CMOS, который может вызвать самовозгорание схемы. Обсуждается необходимость защиты от электростатического разряда для интегральных схем КМОП, исследуется принцип построения структуры защиты от электростатического разряда в схеме КМОП, анализируются соответствующие требования к структуре для компоновки, а также требования к конструкции конструкции защиты от электростатического разряда в схеме ввода / вывода. обсуждали.

1. Введение

Электростатический разряд может привести к разрушительным последствиям для электронных устройств и является одной из основных причин выхода из строя интегральных схем. По мере непрерывного развития технологии интегральных схем, размер КМОП-схем продолжает уменьшаться, толщина оксида затвора трубки становится все тоньше, площадь кристалла становится все больше и больше, а ток и напряжение, которые МОП выдерживающие трубки становятся все меньше и меньше. Среда использования периферийных устройств не изменилась. Следовательно, необходимо дополнительно оптимизировать характеристики схемы защиты от электростатического разряда. Как сделать эффективную площадь всего чипа как можно меньше, надежность характеристик ESD соответствует требованиям и не требует добавления дополнительных этапов процесса, стало основным вопросом для разработчиков IC. .

2 Принцип защиты от электростатического разряда

Конструктивная цель схемы защиты от электростатического разряда состоит в том, чтобы предотвратить превращение рабочей цепи в путь разряда электростатического разряда и ее повреждение, а также гарантировать, что электростатический разряд, возникающий между любыми двумя выводами микросхемы, имеет подходящий байпас с низким сопротивлением для ввода тока электростатического разряда в линия электропередачи. Этот байпас с низким сопротивлением должен не только поглощать ток электростатического разряда, но и ограничивать напряжение рабочей цепи, чтобы предотвратить ее повреждение из-за перегрузки по напряжению. Когда схема работает нормально, антистатическая структура не работает, поэтому схема защиты от электростатического разряда также должна иметь хорошую стабильность работы, может быстро реагировать на возникновение электростатического разряда и в то же время защищать схему, антистатическая Сама структура не может быть повреждена. Негативные эффекты антистатической структуры (например, входная задержка) должны находиться в допустимых пределах и предотвращать фиксацию антистатической структуры.

3 схема CMOS конструкция защиты от электростатического разряда

Большая часть тока электростатического разряда поступает извне схемы, поэтому схема защиты от электростатического разряда обычно проектируется рядом с PAD и внутри цепи ввода-вывода. Типичная схема ввода-вывода состоит из двух частей: выходного драйвера и входного приемника. ESD вводится в микросхему через PAD. Следовательно, все устройства, напрямую подключенные к PAD в вводе / выводе, должны установить параллельный байпас с низким сопротивлением ESD, чтобы ввести ток ESD в линию напряжения, а затем распределить линию напряжения на различные контакты микросхемы. Уменьшите воздействие электростатического разряда. Конкретно для схемы ввода-вывода, это драйвер вывода и приемник ввода, подключенные к PAD. Необходимо убедиться, что при возникновении электростатического разряда образуется путь с низким сопротивлением, параллельный схеме защиты, в обход тока электростатического разряда, и он может эффективно блокировать цепь защиты немедленно. Когда эти две части работают нормально, это не влияет на нормальную работу схемы.

Обычно используемые устройства защиты от электростатических разрядов включают резисторы, диоды, биполярные транзисторы, МОП-лампы, тиристоры и т. Д. Поскольку МОП-лампа хорошо совместима с КМОП-процессом, МОП-лампа часто используется для построения схемы защиты.

Транзистор NMOS, использующий технологию CMOS, имеет боковой паразитный транзистор npn (исток-p, подложка-сток), который может поглощать большой ток при включении. Используя это явление, на небольшой площади можно разработать схему защиты с более высоким выдерживаемым напряжением электростатического разряда. Типичная структура устройства представляет собой NMOS с заземлением затвора (GGNMOS, GateGoundedNMOS).

В нормальных условиях работы боковой транзистор NMOS не включается. При возникновении электростатического разряда в стоке и в обедненной области подложки возникает лавина, сопровождающаяся генерацией электронно-дырочных пар. Часть образовавшихся дырок поглощается источником, а оставшаяся часть протекает через подложку. Из-за наличия сопротивления подложки Rsub напряжение подложки увеличивается. Когда PN-переход между подложкой и источником смещен положительно, электроны испускаются из источника в подложку. Под действием электрического поля между истоком и стоком эти электроны ускоряются, вызывая столкновительную ионизацию электронов и дырок, тем самым образуя больше электронно-дырочных пар, увеличивая ток, протекающий через транзистор npn, и, наконец, заставляя транзистор NMOS срабатывать пройти два цикла. Если поломка необратима, трубка NMOS повреждена.

Чтобы еще больше снизить напряжение на NMOS на выходном приводе во время ESD, можно добавить резистор между устройством защиты ESD и GGNMOS. Это сопротивление не может повлиять на рабочий сигнал, поэтому оно не может быть слишком большим. При отрисовке разводки обычно используются поликремниевые (поли) резисторы.

При наличии только защиты от электростатического разряда трубка внутри цепи может выйти из строя при большом токе электростатического разряда. GGNMOS включен. Из-за большого тока электростатического разряда нельзя игнорировать сопротивление на подложке и металлическом соединении. В это время GGNMOS не может ограничить напряжение затвора входного приемного терминала, потому что напряжение слоя оксида кремния затвора входного приемного терминала достигает воздействия. Напряжение пробоя — это падение напряжения IR между GGNMOS и подложкой входа. приемный конец. Чтобы избежать этой ситуации, можно добавить GGNMOS небольшого размера рядом с входным приемным концом для вторичной защиты от электростатических разрядов, и его можно использовать для ограничения напряжения затвора входного приемного конца, как показано на рисунке 1.

При рисовании схемы необходимо позаботиться о размещении вторичной схемы защиты от электростатических разрядов рядом с входным приемным концом, чтобы уменьшить сопротивление подложки и ее проводки между входным приемным концом и вторичной схемой защиты от электростатического разряда. Чтобы нарисовать трубку NMOS большого размера на меньшей площади, ее часто рисуют в виде пальца на компоновке, и при ее рисовании следует строго соблюдать правила проектирования I / OESD.

Если PAD используется только как выход, защитный резистор и короткозаземленный NMOS не нужны. В качестве устройств защиты от электростатического разряда могут использоваться крупногабаритные устройства PMOS и NMOS выходного каскада. Как правило, выходной каскад имеет двойные защитные кольца, чтобы предотвратить защелкивание.

При проектировании полноразмерной ESD-структуры обратите внимание на следующие принципы:

(1) Периферийные дорожки VDD и VSS должны быть как можно шире, чтобы снизить сопротивление дорожек;

(2) Разработайте структуру ограничения напряжения между VDD-VSS и обеспечьте прямой канал разрядки тока с низким сопротивлением для VDD-VSS при возникновении электростатического разряда. Для схем с большей площадью поместите одну такую ​​структуру вокруг микросхемы. Если возможно, поместите несколько VDD и VSS PAD на периферию микросхемы, чтобы увеличить сопротивление электростатическому разряду всей схемы;

(3) Трассы питания и заземления периферийной защитной структуры должны быть отделены от внутренних трасс, насколько это возможно, а периферийная защита от электростатического разряда должна быть спроектирована единообразно, насколько это возможно, чтобы избежать слабых звеньев электростатического разряда в компоновке;

(4) Конструкция структуры защиты от электростатического разряда должна уравновешивать конструкцию схемы защиты от электростатического разряда, площадь кристалла и влияние структуры защиты на характеристики схемы, такие как целостность входного сигнала, скорость схемы, выходная мощность привода. и т. д., а также необходимо учитывать допуск процесса, чтобы достичь схемы;

(5) В некоторых реально разработанных схемах иногда отсутствует прямая структура защиты от ограничения напряжения VDD-VSS. В это время для ограничения напряжения и разряда тока ESD между VDD-VSS в основном используется колодец и вся цепь всего чипа. Контактное пространство подложки. Следовательно, в периферийной цепи контакт между лункой и подложкой должен быть максимально увеличен, а расстояние N + P + должно быть таким же. Если есть место, добавьте структуру защиты зажима напряжения VDD-VSS рядом и вокруг контактной площадки VDD и VSS, которая не только увеличивает сопротивление электростатическому разряду в режиме VDD-VSS, но также увеличивает сопротивление в режиме ввода-вывода. Возможность электростатического разряда.

Как правило, до тех пор, пока приняты вышеупомянутые общие принципы, с учетом компромисса с площадью кристалла, напряжение защиты от электростатического разряда в общих субмикронных КМОП-схемах может достигать более 2500 В, что уже может соответствовать требованиям надежности электростатического разряда коммерческих гражданских схем. конструкции.

Для проектирования структур ESD глубоких субмикронных сверхбольших КМОП ИС обычные структуры защиты ESD обычно больше не используются. Обычно литейные производственные линии с глубокими субмикронными процессами имеют свои собственные периферийные стандартные структуры ESD, и есть строгие стандартные структуры ESD. Для правил проектирования и т. Д. Разработчику нужно только вызвать структуру, что позволяет разработчику микросхемы больше сосредоточиться на проектировании функций и производительности самой схемы.

4. Вывод

Разработка защиты от электростатического разряда становится все более и более сложной с улучшением уровня процесса CMOS. Защита от электростатического разряда — это не только проблема проектирования защиты от электростатического разряда входных или выходных контактов, но и проблема электростатической защиты всего кристалла.

Каждая схема ввода-вывода в микросхеме должна устанавливать соответствующую схему защиты от электростатического разряда. Кроме того, необходимо рассмотреть весь чип. Использование структуры защиты всего кристалла — хороший выбор, который также может сэкономить I / OPAD. Площадь компонента ESD.

Что такое электростатический разряд (ESD)?

Что означает электростатический разряд (ESD)?

Электростатический разряд (ESD) — это быстрый разряд электрического тока между двумя объектами с разными зарядами и разным количеством электронов. Этот обмен электронами создает сильное накопление электромагнитного поля, что приводит к электростатическому разряду.

Некоторые электронные устройства уязвимы для электростатического разряда низкого напряжения. Например, жесткий диск чувствителен к напряжению всего 10 вольт. Интегральные схемы (ИС) также подвержены электростатическому разряду и могут быть необратимо повреждены токами высокого напряжения.

Techopedia объясняет электростатический разряд (ESD)

ESD имеет несколько причин, но статическое электричество и электростатическая индукция являются наиболее распространенными. Статическое электричество часто возникает в результате трибозарядки, в то время как электростатическая индукция возникает в результате перегруппировки электрических зарядов как объекта. Как правило, трибозаряд происходит, когда поверхность объекта получает отрицательные электроны, в то время как другой объект теряет электроны и становится положительно заряженным. Когда противоположно заряженные объекты соприкасаются друг с другом, электроны передают энергию, а затем разделяются, создавая своего рода контактную электризацию электрических зарядов.

Электростатический разряд вызывает два типа повреждений электрооборудования, а именно:

• Катастрофическое: наносит непоправимый урон
• Расстроенная неисправность: почти не поддается обнаружению. Повреждает компоненты, но может продолжаться работа оборудования.

Чтобы избежать электростатического разряда, необходимо соблюдать процедуры по снижению или устранению электрического тока. Удаление материалов с сильным накоплением электростатического разряда имеет решающее значение. Кроме того, заземление необходимо для защиты от электростатического разряда. Все в рабочей или домашней обстановке должно быть подключено к надежной системе заземления.

Следующие заземляющие устройства защищают электронные компоненты, включая жесткие диски, карты расширения, материнскую плату, процессоры и модули памяти:

• Заземляющие браслеты или антистатический браслет: носятся на запястье и прикрепляются к заземляющему проводу, например к заземляющему коврику или корпусу компьютера. Безопасно направляет статическое электричество на землю.
• Заземляющий или антистатический коврик: подключается к розетке для обеспечения заземляющей поверхности, используемой для поглощения статического электричества.
• Мешок для защиты от статического электричества: часто используется при транспортировке печатных плат или других модулей.Защищает электронные компоненты от накопления статического электричества с помощью антистатического агента или материала.

Некоторые компоненты, такие как монитор и источник питания, никогда не следует заземлять, потому что они поддерживают высокий заряд электричества — даже в выключенном состоянии. Они также содержат конденсаторы, в которых накапливается большое количество электроэнергии, способной останавливать человеческое сердце.

Электростатический разряд — обзор

4.10 ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА

Электростатический разряд (ESD) может вызвать немедленный отказ устройства, постоянные сдвиги параметров и скрытые повреждения, вызывающие повышенную скорость деградации. ¹²⁰ Электронные изделия помещаются в антистатическую упаковку, такую ​​как защитные пакеты или рассеивающие пенопласты, или контейнеры, имеющие внутреннюю и внешнюю поверхности со статическими рассеивающими или проводящими свойствами, чтобы предотвратить опасность электростатического разряда во время хранения, обращения и распределения. ¹²⁰ Согласно ANSI / ESD S541-2008, ESD-упаковка может быть определена следующим образом: ¹²¹

•

рассеивающие материалы: поверхностное сопротивление больше или равно 10 ⁴ Ом, но меньше 10 ¹¹ Ом, или объемное сопротивление больше или равно 10 ⁴ Ом, но меньше 10 ¹¹ Ом

•

проводящие материалы: поверхностное сопротивление меньше 10 ⁴ Ом. ; объемные проводящие материалы должны иметь объемное сопротивление менее 10 ⁴ Ом

•

материалы, экранирующие электрическое поле: поверхностное сопротивление менее 10 ³ Ом или объемное сопротивление менее 10 ³ Ом

•

изоляционные материалы: поверхностное сопротивление, большее или равное 10 ¹¹ Ом, или объемное сопротивление, большее или равное 10 ¹¹ Ом.

Технический углерод часто добавляют в полимеры, используемые для упаковки в качестве проводящего наполнителя, или также наносят поверхностные покрытия, содержащие технический углерод. ¹²⁰ Также используются графит и углеродные нанотрубки, часто в смесях с углеродной сажей. ¹²⁰ Изучен синергетический эффект графеновых нанопластинок и технического углерода в качестве проводящего наполнителя для пленки из поливинилового спирта для упаковочных материалов для электростатического разряда. ¹²⁰ Композит с соотношением графит / технический углерод 10:90 и 30:70 привел к резкому падению удельного поверхностного сопротивления на 5-8 порядков величины при загрузке наполнителя 8-10 мас.%. ¹²⁰ Объемное сопротивление полученной пленки имело устойчивый и постоянный диапазон от 10 ⁸ до 10 ¹² Ом · см при всех нагрузках. ¹²⁰ Высокое содержание графита в гибридном графите / углеродной саже не повлияло на повышение поверхностной и объемной проводимости композитной пленки (рис. 4.43). ¹²⁰ Пленка PVOH может использоваться в качестве рассеивающей пленки. ¹²⁰ Когда содержание проводящего наполнителя находится в диапазоне 10-12 мас.%, Удельное поверхностное сопротивление пленки становится менее 10 ³ Ом, а объемное сопротивление остается в диссипативном диапазоне 10 ⁸ –10. ¹¹ Ом · см. ¹²⁰ Такая высокая проводимость приводит к созданию клетки Фарадея, если из материала изготавливается целая сумка или упаковка. ¹²⁰

Рисунок 4.43. Удельное объемное сопротивление композита на поливиниловом спирте, содержащего 6 мас.% Смеси графит / наполнитель сажи с различным содержанием графита. Удельное сопротивление измерено при 22 ° C и относительной влажности 37%.

[Данные Ge, C; Devar, G, J. Electrostatics, 89, 52-7, 2017.] Авторские права © 2017

Коллоидные и осажденные кремнеземные наполнители, покрытые полианилином, использовались в их композитах с нитрильным каучуком для применения в материалах для электростатического разряда. ¹²² PANI не улучшает механическую прочность полимерной матрицы, но прилипает к диоксиду кремния, который используется в качестве наполнителя в полимерной матрице, что приводит к некоторому улучшению механических свойств. ¹²² Покрытие PANI на глине, диоксиде кремния, силикатах, углеродной саже, полиметилметакрилате подходит для производства проводящих наполнителей, которые являются более легкой альтернативой металлическим порошкам, часто используемым в электроразрядных материалах. ¹²² Максимальное значение проводимости по постоянному току было достигнуто при соотношении кремнезем / ПАНИ 1: 2. ¹²² Проводящие полимерные композиты должны содержать проводящий наполнитель, диспергированный таким образом, чтобы некоторые непрерывные проводящие сети формировались за счет агрегации частиц проводящего наполнителя в изолирующей матрице. ¹²² Эта проводящая сетка может образовываться только за пределами критической (предельной перколяции) концентрации наполнителя. ¹²² Порог перколяции зависит от характеристик наполнителя, таких как размер, площадь поверхности и группы, структура агрегата, а также от характеристик матричного полимера, включая вязкость и присутствие полярных групп. ¹²² Если сравнить влияние коллоидного и осажденного диоксида кремния на рабочие характеристики, то коллоидный диоксид кремния имеет меньший размер частиц и большую площадь поверхности, а также требует большего покрытия PANI. ¹²² Кислотные группы присутствуют на частицах коллоидального диоксида кремния и основные группы в осажденном диоксиде кремния. ¹²² Кислый коллоидный диоксид кремния вызывает частичное легирование ПАНИ, нанесенного на их поверхность, что приводит к более высокой проводимости и агломерированной структуре. ¹²² Это придает более высокую проводимость композитам NBR по сравнению с осажденным диоксидом кремния, покрытым PANI. ¹²²

Полимерные композиты, содержащие проводящие или полупроводниковые наполнители, предназначенные для электростатического разряда, должны иметь нелинейную характеристику напряжения, которая ведет себя как изолятор (диэлектрик) во время нормальной работы схемы и становится проводящей, когда напряжение превышает заранее установленный порог. ¹²³ Материал снова становится изолятором после того, как напряжение снова упадет ниже порогового значения при нормальном рабочем уровне. ¹²³ Высокое соотношение сторон углеродных нанотрубок позволяет формировать электропроводящие пути в полимерной матрице при очень малой концентрации перколяции с нелинейными характеристиками напряжения. ¹²³ Когда приложенное напряжение низкое, композит проявляет омическое поведение. ¹²³ Но при увеличении приложенного напряжения композит демонстрирует нелинейное поведение. ¹²³ Скачок концентрации электронов от зоны проводимости углеродной нанотрубки к эпоксидной матрице быстро увеличивается с увеличением напряжения. ¹²³ Эффект прыжка и эффект туннелирования были основными причинами сильных нелинейных характеристик напряжения в композитах при повышенных приложенных напряжениях. ¹²³

Устройство защиты от электростатического разряда было разработано для печатных плат и других электронных устройств. ¹²⁴ Состав для заполнения разрядного промежутка включает металлический порошок (по крайней мере, часть поверхности металла покрыта пленкой из продукта гидролиза алкоголята металла), алюминиевый порошок и связующий компонент ( термореактивный полиуретан). ¹²⁴ Тантал или гафний, кремний являются предпочтительными металлическими порошками. ¹²⁴

Электростатические рассеивающие электронные упаковочные материалы основаны на электропроводящих пенополиуританах, декорированных нанонаполнителем. ¹²⁵ Пены покрыты полимерным покрытием, содержащим от 0,003 до 2,97 об.% Нагрузки электропроводящих материалов (например, проводящего полимера, функционализированных углеродных нанотрубок, аналогов графена и т. Д.) Поверх / на электрически изолирующую поверхность пены. ¹²⁵ Эти пены также используются для изготовления антистатических пылевых фильтров, одежды для чистых помещений / медицинского оборудования, антистатической обуви, предметов обивки, рассеивающих статическое электричество, антистатических / рассеивающих полы / плитки и т. Д. ¹²⁵

В промышленных условиях электростатический сброс создает значительную опасность.Он несет ответственность за возгорания и взрывы из-за воспламенения как пыли, так и пара. ¹²⁶ Бетонные или цементные полы обладают антистатическими свойствами, но не обладают декоративными свойствами. ¹²⁶ Полы из смолы эстетически привлекательны, их легко чистить и легко обеззараживать. ¹²⁶ Они также обладают термической, механической и химической стойкостью и поэтому широко применяются в промышленной среде, но в неизмененном виде не обладают антистатическими свойствами. ¹²⁶ Подходящий состав для полов может быть получен из смеси (широкого ряда) отверждаемых смол и волокон углеродистой и нержавеющей стали (0,3 мас.%). ¹²⁶ Волокна из нержавеющей стали имеют длину от 3 до 6 мм и диаметр от 6 до 8 мкм. ¹²⁶ Смесь также содержит до 40 мас.% Минерального наполнителя, такого как кремнезем, сульфат бария или карбонат кальция. ¹²⁶

Статический заряд возникает, когда два изолятора трутся друг о друга, а затем разделяются. ¹²⁷ Один из изоляторов получает электроны, а другой их теряет. Таким образом создается несбалансированный (статический) заряд. ¹²⁷ Этот статический заряд может затем разрядиться с одной поверхности на другую либо при соприкосновении двух поверхностей, либо при превышении изолирующей способности среды, разделяющей две поверхности (например, воздуха). ¹²⁷ Это движение статического заряда называется электростатическим разрядом. ¹²⁷ Электростатический разряд напряжением всего 5 В повреждает телефонное оборудование, печатные платы, сетевые компьютеры, медицинские устройства и т. Д. ¹²⁷ Кроме того, электростатический разряд может достигать порогового значения от 3000 до 3500 В и стать опасным для человека. Электропроводящие клеевые композиции на водной основе содержат клей на водной основе и технический углерод, графит или их комбинации. ¹²⁷ Клеевые композиции на водной основе эффективны в предотвращении накопления статического заряда и уменьшении случаев возникновения электростатических разрядов. ¹²⁷ Адгезивные композиции на водной основе можно смешивать с пропеллентами и наносить на субстраты с помощью системы доставки аэрозоля. ¹²⁷ Адгезивные композиции на водной основе могут быть легко приклеены к любой подложке, такой как, например, полы, стены, потолки и т. п. ¹²⁷ Клей на водной основе включает акриловую эмульсию, эмульсию акрилового сополимера, эмульсию карбоксилированного SBR или эмульсию стирол-акрилового сополимера. ¹²⁷

Деформируемые эластомерные проводники содержат эластомерную полимерную матрицу и проводящий наполнитель, равномерно диспергированный в эластомерной полимерной матрице, чтобы сделать материал электропроводящим. ¹²⁸ Проводящий материал наполнителя может включать в себя незапутанные частицы, имеющие достаточно большое соотношение размеров, чтобы позволить частицам оставаться в контакте и / или в непосредственной близости с соседними частицами, чтобы поддерживать проводящие пути в материале, когда материал подвергается воздействию. до деформации до 10% и более. ¹²⁸ Таким образом, на расстоянии передачи электрического сигнала через проводник передача не страдает более чем примерно 3 дБ ослабления сигнала, когда подвергается деформации. ¹²⁸ Углеродное волокно с никелевым покрытием было испытано в этом изобретении с большим количеством матричных полимеров. ¹²⁸ Можно также использовать многие другие удлиненные наполнители. ¹²⁸

Программируемые логические устройства, специализированные интегральные схемы, аналоговые интегральные схемы, ЦП, графические процессоры и другие интегральные схемы требуют большого количества схем ввода / вывода при относительно небольших площадях основных схем. ¹²⁹ Полупроводниковая интегральная схема содержит множество ячеек ввода / вывода, обеспечивающих боковые соединения ячеек ввода / вывода для эффективного распределения питания ввода / вывода и основного питания и заземления на ячейки ввода / вывода и, таким образом, минимизирует шум входного / выходного сигнала и максимизировать электростатический разряд. ¹²⁹

Электропроводящий композитный материал получают путем смешивания термопластичной смолы, проводящих частиц, диспергированных в смоле, и поверхностно-активного вещества для связывания проводящих частиц, диспергированных в смоле, друг с другом. ¹³⁰ Продукт разработан для ИТ-отраслей, полупроводниковых деталей, автомобильных и электронных компонентов, деталей и материалов самолетов и других материалов, требующих защиты от электростатического разряда. ¹³⁰ Токопроводящее покрытие для проводов, контактных площадок, запасных частей и корпусов продуктов, упаковки и т. Д.используются в различных областях, где требуется защита от электростатического разряда. ¹³⁰ Диоктилэтилентриаминоэтил и додецилдиаминоэтилглицин гидрохлорид являются типичными примерами поверхностно-активных веществ, используемых в этой заявке. ¹³⁰ Можно использовать многие наполнители, включая углеродные нанотрубки, технический углерод и их смеси. ¹³⁰

Введение в электростатический разряд (ESD)

Что такое электростатический разряд (ESD)?

Статическое электричество — это электрический заряд в состоянии покоя.Электростатический разряд (ЭСР) — это внезапная передача статических зарядов между телами с разными потенциалами, вызванная прямым контактом или проводимостью через среду, чья прочность на пробой была превышена, что приводит к кондуктивному нагреву, который может происходить на уровне энергии, который повреждает предметы через который провел ток разряда.

Перенос электронов внутри тела (поляризация) или от одного тела к другому (проводящая зарядка) приводит к статическому заряду тела.Величина заряда в первую очередь зависит от размера, формы, состава и электрических свойств, из которых состоят тела.

В нейтральном атоме количество электронов равно количеству протонов:

3 протона (+) = 3 электрона (-)

Отсутствие или избыток электронов является необходимым предвестником события ESD, но не единственным условием, необходимым для возникновения ESD.

Основной метод создания статически заряженных предметов — трение или разделение материалов, широко известный как трибоэлектрический метод.Термин «трибоэлектрик» происходит от древнегреческого слова «трибо», что означает тереть. Трибоэлектрический заряд определяется как «электрический заряд, создаваемый движением трения или разделением двух поверхностей».

Трибоэлектрификация материалов происходит каждый раз, когда два разнородных материала контактируют друг с другом; внешние атомы одного из материалов оторвут часть электронов от другого. Дополнительная энергия трения вызовет больший обмен электронами, создав больший заряд.Быстрое движение усилит эффект.

Другой метод создания статически заряженного объекта — это индуктивный метод, который перераспределяет уже присутствующий электрический заряд в объекте, вызванный влиянием близлежащего электрического поля. Ниже приводится краткое описание трибоэлектрических и индуктивных методов.

Трибоэлектрический метод:

• Относящийся к статическому заряду, создаваемому трением;
• Создание статического заряда при контакте и разделении материалов;
• Prime — метод, при котором электроника получает статический заряд в процессе производства.

Индуктивный метод:

• Отсутствие физического контакта между предметами;
• Электрическое поле взаимодействует с электростатически заряженными объектами;
• Электроны притягиваются или отталкиваются в соответствии с полярностью поля;
• Сам объект становится поляризованным.

Грозы создают электростатические заряды всякий раз, когда теплая влажная воздушная масса сталкивается с холодной, сухой воздушной массой. Теплый воздух поднимается над холодным. Движение воздуха вверх и вниз с помощью трибоэлектрического метода вызывает накопление статического заряда на образующихся облаках.Когда количество заряда в облаках становится достаточно большим, чтобы нарушить электрически изолирующие свойства воздуха между зарядом и поверхностью земли (землей), происходит разряд, и мы видим этот разряд как разряд молнии. Когда молния проходит через объект, такой как дерево или дом, мы видим разрушение, вызванное током высокой энергии, который протекал, когда статический заряд протекал между точкой «земли».

Статические разряды в лаборатории электроники или производственной среде не должны быть столь же сильными, как молния, чтобы повредить электрические детали или системы, поскольку размер и свойства материалов чувствительных к электростатическому разряду элементов очень малы и легко проводят электрический ток. Большинство случаев электростатического разряда, которые приводят к повреждению электроники, незаметны для операторов и испытательного оборудования, когда они происходят.

Тот же самый процесс отвечает за создание статического заряда на нашем теле каждый раз, когда мы двигаемся. При подходящих условиях простое движение людей может вызвать статические заряды до 35 000 вольт.

Чем выше влажность, тем меньше статический заряд. Влага в воздухе снижает поверхностное сопротивление материалов, позволяя влажным частицам создавать проводящую пленку на изолирующей поверхности.Эта пленка позволяет перераспределить поверхностный заряд, уменьшая концентрацию заряда.

Обычное явление электростатического разряда:

Электростатический разряд: насколько это важно?

Роль ESD

В обычных обстоятельствах статическое электричество — не более чем раздражение. Однако во все более технологичную и интегрированную эпоху знакомый статический шок, который мы получаем при ходьбе по ковру, может быть дорогостоящим или даже опасным. Этот же статический разряд, называемый электростатическим разрядом (ESD), может воспламенить горючие смеси и повредить электронные компоненты. Статическое электричество также может притягивать загрязнители в чистой среде или вызывать слипание продуктов.

ESD и ESD повреждения играют важную роль во многих современных отраслях, поскольку технологии становятся все более сложными и жизненно важными. Стоимость только электронных устройств, поврежденных электростатическим разрядом, колеблется от нескольких центов за простой диод до нескольких сотен долларов за сложные гибриды.Потери производственного времени в отраслях обработки рулонов из-за статического притяжения значительны. Когда включены сопутствующие расходы на ремонт и переделку, доставку, рабочую силу и накладные расходы, становятся очевидными возможности для значительных улучшений в снижении потерь от электростатического разряда и статического электричества.

По мнению отраслевых экспертов, «борьба с электростатическим разрядом, не считая резкого увеличения продаж, является единственной наиболее выгодной возможностью для промышленности в сегодняшних экономических условиях. Независимые консультанты обнаружили, что электростатические разряды обходятся среднему производителю электроники от 4 до 8 процентов от общего годового дохода компании. ¹ Также «внутренние исследования телекоммуникационных и других электронных компаний выявили убытки, равные или превышающие 10 процентов годового дохода. При оценке среднего воздействия в 6,5 процента доходов это означает, что международная электронная промышленность ежегодно теряет более 84 миллиардов долларов США, исходя из производственных данных с 1997 по 2001 годы ». ¹ Согласно Дорожной карте технологии электростатического разряда (ESD), разработанной EOS / ESD Association, сегодняшние и будущие устройства будут более чувствительны к электростатическому разряду, чем те, которые использовались с 1997 по 2001 год.Действительно, с середины 90-х годов уровни устойчивости электронных устройств к электростатическому разряду неуклонно снижались. По оценкам, к 2020 году чувствительность наиболее чувствительных устройств будет ниже 125 В CDM. ²

Что такое ESD?

Статическое электричество — это электрический заряд, вызванный дисбалансом электронов на поверхности материала. Этот дисбаланс электронов создает электрическое поле, которое можно измерить и которое может влиять на другие объекты даже на расстоянии.Электростатический разряд определяется как передача заряда между телами при различных электрических потенциалах.

Электростатический заряд чаще всего возникает в результате контакта и разделения двух материалов. Например, человек, идущий по полу, генерирует статическое электричество, когда подошвы обуви соприкасаются, а затем отделяются от поверхности пола. Таким же образом электронное устройство, скользящее в сумку, магазин или трубку или из них, генерирует электростатический заряд, поскольку корпус устройства и металлические выводы создают множественные контакты и разъединения с поверхностью контейнера.Хотя величина электростатического заряда может быть разной в этих двух примерах, статическое электричество генерируется в обеих ситуациях.

Так же, как обстоятельства и объекты в приведенных выше примерах различаются, различаются и результаты. Первый пример может закончиться тем, что человек испытывает небольшой шок, когда он подходит к двери и касается металлической дверной ручки. Однако во второй ситуации результат может быть гораздо более долговечным. Электростатический разряд может изменить электрические характеристики полупроводникового устройства, ухудшить его качество или разрушить.Электростатический разряд также может нарушить нормальную работу электронной системы, вызывая сбои в работе или отказ оборудования.

Другая проблема, вызванная статическим электричеством, возникает в чистых помещениях. Заряженные поверхности могут притягивать и удерживать загрязнения, затрудняя удаление из окружающей среды. При притяжении к поверхности кремниевой пластины или электрической схемы устройства эти частицы могут вызывать случайные дефекты пластины и снижать выход продукции.

ESD Повреждение

Электростатическое повреждение электронных устройств может произойти на любом этапе от производства до обслуживания в полевых условиях. Устройства, работающие в неконтролируемой среде или с ненадлежащими методами защиты от электростатического разряда, могут получить повреждения.

Повреждение ESD может быть либо катастрофическим, либо скрытым дефектом. Катастрофический отказ определяется как необратимое повреждение схемы устройства, в результате чего устройство выходит из строя. Событие ESD могло вызвать расплавление металла, пробой соединения или повреждение оксида. Катастрофические сбои обычно можно обнаружить при тестировании устройства перед отправкой. Если, однако, событие ESD произойдет после тестирования, повреждение останется незамеченным до тех пор, пока устройство не перестанет работать.

Скрытый дефект выявить труднее. Устройство, подвергшееся воздействию электростатического разряда, может частично выйти из строя, но при этом продолжать выполнять свои функции. Однако срок службы устройства может резко сократиться. Продукт или система, включающие устройства со скрытыми дефектами, могут выйти из строя после того, как пользователь введет их в эксплуатацию. Ремонт таких отказов обычно требует больших затрат, а в некоторых случаях они могут создавать опасность для персонала.

Электростатический разряд

Еще в 1400-х годах европейские и карибские форты использовали процедуры и устройства защиты от электростатического разряда для предотвращения возгорания складов черного пороха от электростатического разряда.К 1860-м годам бумажные фабрики по всей территории Соединенных Штатов использовали меры контроля электростатического разряда, такие как базовое заземление оборудования и паровых барабанов, методы ионизации и другие творческие средства для рассеивания статического электричества.

Эпоха электроники принесла с собой новые проблемы, связанные со статическим электричеством и электростатическим разрядом. Электронные устройства стали меньше и быстрее, а их чувствительность к электростатическому разряду увеличилась. Сегодня электростатические разряды влияют на производительность и надежность продукции практически во всех аспектах электронной среды. Многие аспекты контроля электростатического разряда в электронной промышленности также применимы в других отраслях, например, в чистых помещениях, в полиграфии, текстиле, пластике и переработке топлива.

Как управлять ESD

Управление электростатическим разрядом в среде электроники может показаться сложной задачей. Однако задачу разработки и внедрения программ управления электростатическим разрядом можно упростить с помощью знаний и понимания. По сути, необходимо оценить существующий процесс и угрозу, которой обладает ESD, а затем оценить и выбрать соответствующие меры контроля ESD.

Для эффективной программы управления электростатическим разрядом необходимы следующие шаги:

1. Тщательное понимание конкретного производственного процесса
2. Нанять или обучить персонал, разбирающийся в процессе и обладающий знаниями в области ESD
3. Выберите и внедрите средства защиты от электростатического разряда, которые соответствуют конкретным потребностям процесса и обрабатываемых устройств. ¹

Как EOS / ESD Association, Inc. может помочь

Являясь лидером в разработке стандартов и спецификаций ESD, EOS / ESD Association

предоставляет руководство, необходимое компаниям для создания программ управления электростатическим разрядом.Ассоциация EOS / ESD является всемирно признанной организацией по разработке стандартов, аккредитованной Американским национальным институтом стандартов (ANSI), и опубликовала более шестидесяти документов, касающихся электростатических разрядов в электронной среде. Стандарты EOS / ESD Association, Inc. охватывают методики испытаний для оценки материалов для защиты от электростатического разряда и чувствительности электронных компонентов к электростатическому разряду. Методы испытаний объединены в полные программы контроля ESD. Согласовав требования и методы испытаний для контроля ESD, EOS / ESD Association создает общую методологию для промышленных и военных пользователей.Более 150 добровольцев работают над проектами стандартов, включая совместные усилия с военными агентствами и правительственными подразделениями США, а также с европейскими органами по разработке стандартов. Эти добровольцы работают над определением эффективных стандартов и руководств, применимых к электронной промышленности. Ассоциация EOS / ESD помогает достичь вышеуказанных целей по созданию эффективных программ контроля ESD посредством:

• Образование — увеличение резерва квалифицированных специалистов по ОУР за счет предложения широкого спектра образовательных услуг, доступных на международном уровне, от начальной подготовки по ОУР до поддержания навыков с помощью современных исследований.
• Сертификат — предоставление возможностей обучения персоналу, чтобы он мог разбираться в проблемах и решениях, связанных с ОУР. Квалифицированная сертификация способствует стандартизации необходимых навыков управления электростатическим разрядом.
• Стандарты — разработка стандартов, касающихся каждого аспекта проблемы ОУР, с участием почти 20 рабочих групп, которые в рамках Комитета по стандартам ассоциации EOS / ESD круглый год работают над обновлением и созданием новых стандартов и технической документации в областях, которые включают рабочие станции, одежда, временный фиксатор, материалы для пола, упаковка, ионизация и модель человеческого тела.
• Research — предоставление вспомогательной документации, такой как технические отчеты и рекомендательные документы, для обеспечения понимания и эффективного использования стандартов ассоциации.

Стандарты

Стандарты

содержат рекомендации, помогают устранить путаницу и способствуют разработке эффективных программ борьбы с электростатическим разрядом. Стандарты помогают в разработке программ к

• Помощь в разработке, внедрении, аудите и сертификации программ контроля ESD
• Определение чувствительности производимой и использованной продукции
• Определение требований к рабочим характеристикам различных материалов, инструментов и инструментов для защиты от электростатического разряда
• Обеспечение средств объективной оценки и сравнения конкурирующих продуктов для борьбы с электростатическим разрядом
• Уменьшение путаницы на рынке при производстве, оценке и выборе продуктов и программ для защиты от электростатических разрядов
• Уменьшение конфликтов и улучшение взаимопонимания между пользователями и поставщиками продуктов для защиты от электростатического разряда.

S20.20: Стандарт программы контроля электростатического разряда

Стандартная программа контроля электростатического разряда ANSI / ESD S20.20-2014 для защиты электрических и электронных деталей, узлов и оборудования (за исключением взрывных устройств с электрическим возбуждением) охватывает основные принципы контроля электростатического разряда. ³ Доказанный как эффективный стандарт, ANSI / ESD S20.20-2014 был принят для использования Министерством обороны США и стал всемирным стандартом для разработки и внедрения программы контроля ESD.ANSI / ESD S20.20-2014 охватывает требования, необходимые для разработки, создания, внедрения и поддержки программы управления электростатическим разрядом для защиты электрических или электронных деталей, узлов и оборудования, восприимчивого к электростатическим разрядам в результате разряда модели человеческого тела (HBM). больше или равно 100 В.

Симпозиум EOS / ESD

Ежегодно Ассоциация EOS / ESD проводит симпозиум EOS / ESD, международный технический форум, на котором представлены новейшие исследования и технологии, представленные профессионалами отрасли со всего мира. Симпозиум — это крупнейшее в мире мероприятие по образованию в области ОУР, на котором проводятся учебные курсы базового, среднего и продвинутого уровней. Для дальнейшего облегчения обучения и обмена идеями симпозиум предлагает семинары, организованные в виде интерактивных сессий для углубленных дискуссий. На симпозиуме представлены продукты и услуги по борьбе с электростатическим разрядом, в которых представлен широкий выбор технологий и решений для защиты от электростатических разрядов. Симпозиум также объединяет ведущих технических специалистов по устройствам, чтобы поделиться знаниями о методах и решениях защиты микросхем ИС, чтобы противостоять очень передовым новым технологическим разработкам, которые приводят к появлению высокочувствительных электронных продуктов и, таким образом, в свою очередь, требуют разработки сложных программ, таких как S20.20.

Образование и сертификация

Ключевым сторонником успешной программы борьбы с электростатическим разрядом является квалифицированный и знающий персонал. Чтобы эффективно контролировать ущерб от электростатического разряда, сотрудники должны понимать как производственный процесс, так и электростатический разряд. Благодаря обучению и сертификации, которые предлагает ассоциация EOS / ESD, работодатели могут быть более уверены в квалификации своих сотрудников. Как стандарты помогают уменьшить путаницу, так и сертификация помогает обеспечить квалифицированных специалистов по ESD.

Аттестация предприятия

Используя ANSI / ESD S20.20-2014 в качестве основы, EOS / ESD Association, Inc. обучает и сертифицирует квалифицированные органы по сертификации для проведения подробных аудитов объектов и подтверждения эффективности программы контроля ESD. Приемлемые программы получают сертификацию ANSI / ESD S20.20-2014 от органов сертификации, утвержденных ассоциацией EOS / ESD. Сертификационный аудит объекта ESD фокусируется на ключевых элементах программы ESD: документации, обучении, выборе и функционировании элемента управления ESD, закупках (контракты, связанные с ESD), калибровке, несоответствующей продукции и контроле документации. Программа ESD, сертифицированная как соответствующая ANSI / ESD S20.20-2014, обеспечивает гарантию, которая передается клиентам.

Преимущества контроля ESD

ESD — это вполне реальная и дорогостоящая проблема, к которой необходимо относиться как к приоритетной ради качества продукции и процессов, а также безопасности и удовлетворенности клиентов и рабочих мест. Меры по борьбе с электростатическим разрядом могут обеспечить прибыль, которая в сотни, а возможно, и в тысячи раз превышает первоначальные инвестиции. ¹ По мнению отраслевых экспертов, потери от электростатического разряда часто закладываются в бюджет.«Если эти заложенные в бюджет расходы, связанные с ОУР, сократятся на 80 процентов, средняя организация может добавить примерно 5 процентов к своей чистой прибыли». ¹

Вначале проблемы, связанные с электростатическим разрядом, могут показаться огромными, и принятие мер по контролю за электростатическим разрядом представляется сложной задачей. Однако существует ассоциация EOS / ESD для определения опасностей и решений для ESD. Посредством исследования стандартов и возможностей обучения EOS / ESD Association, Inc. уже заложила основу для успешного внедрения мер контроля ESD почти во всех областях промышленности.

Список литературы

1. Стивен А. Гальперин, «Повышение прибыли с помощью эффективного контроля электростатического разряда: точная оценка процесса дает реальные ответы», Conformity 9, no. 12 (декабрь 2004 г.): 34-40.
2. Ассоциация ESD, «Дорожная карта технологии электростатического разряда (ESD)» (март 2016 г.) ESD Association, Рим, Нью-Йорк.
3. Ассоциация ESD, «Основы ESD», Circuits Assembly (декабрь 2004 г.): 47.

Основанная в 1982 году, EOS / ESD Association, Inc. — это некоммерческая профессиональная организация, занимающаяся обучением и продвижением технологий контроля и предотвращения электростатических разрядов (ESD). EOS / ESD Association, Inc. спонсирует образовательные программы, разрабатывает стандарты контроля и измерения ESD, проводит международные технические симпозиумы, семинары, обучающие программы и способствует обмену технической информацией между своими членами и другими.

Электростатический разряд (ESD), проводящие и изоляционные свойства и методы предотвращения электростатического разряда

Электричество постоянно присутствует в воздухе; мы можем ясно видеть это во время грозы.Но что происходит, когда он находится в вашей чистой комнате, перчаточном ящике или капюшоне? Электростатический разряд повредит компоненты и материалы, поэтому лучше поймите это явление и узнайте, что вы можете с этим поделать.

Что такое ESD? (Электростатический разряд)

Статическое электричество — это дисбаланс электронов — избыток или недостаток. Общее количество недостаточных или избыточных электронов определяет заряд на этой поверхности. Представьте себе разницу между потрясением от включения света и разрядом молнии во время грозы. Поверхность с избытком электронов заряжается отрицательно, а поверхность с недостатком электронов заряжается положительно. Для измерения этих зарядов можно использовать вольтметр.

Как трение создает статическое электричество?

Электростатические заряды обычно возникают из-за трения (или разделения) двух разнородных материалов, по крайней мере, один из которых не является проводником / плохим проводником электричества. Накопленный заряд (статический) находится на поверхности заряженного непроводящего объекта, а не внутри него.Этот накопленный заряд никуда не денется, пока не уменьшится его «емкость» или его способность удерживаться на поверхности.

Как возникает электростатический разряд?

Электростатический разряд возникает, когда накопленный заряд (который может присутствовать на операторе, одежде оператора или на любом другом непроводящем предмете) разряжается через проводник, который может быть частью пластины, микросхемы или упакованное устройство. Это может произойти всякий раз, когда электростатический потенциал, соответствующий накопленному заряду, достаточно велик.

Проводящие, рассеивающие и изолирующие материалы

Материалы можно сгруппировать по их способности сопротивляться электричеству. Статический измеритель измеряет сопротивление объекта — стандартную единицу электрического сопротивления — и позволяет классифицировать материалы.

Связано: Показатели удельного сопротивления поверхности для различных классов материалов

Что такое проводящие материалы?

Электропроводящие материалы обладают низким сопротивлением электричеству; Электроны довольно легко перемещаются к поверхности и могут легко перемещаться между двумя проводящими поверхностями.Заряды перемещаются к рассеивающим материалам и от них более медленным и контролируемым образом.

Что такое изоляционные материалы?

Изоляционные материалы предотвращают или ограничивают поток электронов, демонстрируя самое высокое сопротивление электрическим зарядам. По существу, их трудно заземлить, поэтому статические заряды могут оставаться на их поверхности в течение некоторого времени.

Проводящие материалы эффективно снимают статические поверхностные заряды — во многих случаях даже слишком эффективно.

В чем разница между проводящим и рассеивающим резервуарами?

Рассмотрим случай двух идентично заряженных объектов, один помещен в проводящий, а другой — в рассеивающий корпус.Более высокий ток, протекающий через проводящий материал, будет способствовать более быстрому и потенциально разрушительному разряду на землю. Фактически, вероятность электростатического разряда — того самого события, для предотвращения которого сконструирован антистатический корпус — выше при использовании проводящего материала. Большее сопротивление, обеспечиваемое рассеивающим материалом, обеспечивает более медленный и безопасный разряд на землю при гораздо более низком уровне тока.

Связано: Статически рассеивающий ПВХ против акрила

Источники статического электричества

Статическое электричество может исходить от многих источников и зависит от относительной влажности. В более сухом климате, например, на возвышенностях, статическое электричество, естественно, более распространено. Именно по этой причине многие лаборатории и чистые помещения предпочитают поддерживать уровень относительной влажности 30%. Что-либо большее, чем это, может вызвать другие проблемы, такие как повреждение чувствительных к влаге материалов. Химический состав рабочих, одежды, рабочих поверхностей, оборудования и строительных материалов будет определять восприимчивость к удерживающим зарядам (также известную как емкость). Трение является причиной большого количества статического электричества, но невозможно работать в чистом помещении без движения.По этой причине передовой опыт диктует, что движения должны быть медленными и неторопливыми.

Общие источники статического электричества в чистом помещении включают:

• Частицы в воздухе
• Ходьба по полу (ковер хуже, чем винил), даже по бетону
• Движение рабочих (создает трение воздуха)
• Контакт между два заряжающих материала; есть ли в вашем чистом помещении правила держать предметы на расстоянии друг от друга?
• Рабочие поверхности , например, покрытые воском, окрашенные или сделанные из пластика (акрил хуже, чем статический ПВХ)
• Одежда
• Стулья , например, из стекловолокна или дерева
• Упаковка, включая пластиковые пакеты , коробки для пенопласта и сумки
• Оборудование, например, в сборочной зоне
• Некоторые порошки, обнаруженные в чистых помещениях (например, фармацевтические ингредиенты)
• Мебель , например передвижные тележки
• Электроэнергетические источники

Связанный: Рабочие станции и поверхности для защиты от электростатических разрядов

Как электростатический разряд влияет на микроэлектронные устройства?

Микроэлектронные устройства ухудшаются или разрушаются статическим электричеством двумя способами: чрезмерным напряжением и чрезмерным током. Оператор может легко повредить устройства, с которыми он работает, любым из этих двух способов.

Устройства, чувствительные к напряжению, и принципы переходных процессов разряда

Устройство, чувствительное к напряжению, может быть повреждено под воздействием поля чрезвычайно высокой напряженности, окружающего сильно заряженного человека (заряд может достигать 5000 В). С другой стороны, если прикоснуться к устройству, оператор может пропустить кратковременный разряд прямо через него. Этот электростатический разряд производит настолько высокую плотность тока, что может перегреть и даже расплавить чувствительные к току схемы.

В поисках баланса электрические токи будут проходить по любому доступному пути. Некоторые пути (металлические) более подходят, но электрические токи используют все, с чем они соприкасаются. В интегральных схемах, например, ток на самом деле прожигает дыры во время движения, повреждая компоненты и становясь непригодными для использования. Если один ток проходит, повреждения может не произойти, но если несколько проходят по одному и тому же пути, повреждение будет очевидным.

Иногда повреждение возникает немедленно, но иногда оно является скрытым.Это означает, что компоненты могут работать на заводе во время проверки качества, но позже выходить из строя.

Как предотвратить проблемы электростатического разряда для микроэлектронных компонентов

Основная концепция защиты от статического электричества для микроэлектронных компонентов заключается в предотвращении накопления статического электричества, когда это возможно, и быстром и надежном удалении уже существующих зарядов. Способы удаления этих зарядов зависят от того, является ли заряженный объект проводником или непроводником (изолятором).Оба типа материалов сосуществуют в среде производства полупроводников.

Связано: Контроль статического электричества в шкафах эксикатора

Принципы электростатического разряда для непроводящих поверхностей

После того, как непроводящая поверхность получила заряд, единственный способ нейтрализовать его — использовать ионный источник. Как положительные, так и отрицательные поверхностные заряды удаляются на непроводящих поверхностях ионами противоположной полярности, которые нейтрализуют поверхностные заряды.Время статического затухания напрямую связано с количеством ионов в воздухе; чем больше отрицательных ионов, тем быстрее время распада положительных зарядов, и наоборот.

Вы можете измерить скорость статического распада среды, содержащей источник ионов, с помощью монитора заряженной пластины: см. Требования к испытаниям, опубликованные ANSI / ESD.

Способы борьбы с электростатическим разрядом — Одежда от электростатического разряда

Соответствующая защитная одежда от электростатического разряда , такая как напальчники, предотвращающие заряд при касании рабочих поверхностей, является одним из самых простых и эффективных способов борьбы с электростатическим разрядом.

Связанный: Перчатки, рассеивающие статическое электричество и проводящие ток

Что такое клетка Фарадея? Как клетки Фарадея предотвращают возникновение электростатического разряда?

Что такое клетка Фарадея?

Клетка Фарадея — это проводящий корпус или подложка, которая изолирует чувствительную электронику от ближайшей электрической активности. Статический разряд не возникает внутри корпуса, поскольку проводящие внешние слои пропускают ток на землю. В отличие от мешков для рассеивания статического электричества, которые обеспечивают только рассеивание статического электричества, клетки Фарадея могут пропускать ток обратно на землю.Сигналы, проходящие через экранированную часть, остаются изолированными от внутренних компонентов, что предотвращает повреждение компонентов, блокируя любые статические поля, случайный ток или ионизирующий потенциал.

Что такое фаракатор?

Faraccator — это шкаф эксикатора с защитой от электростатического разряда. Он состоит из металлического экрана над металлическим поддоном, эффективно защищающего материалы, хранящиеся между ними. Шкаф также можно продуть инертным газом азота, чтобы обеспечить низкую влажность и защиту от электростатического разряда.

Связано: Farracators (шкафы-эксикаторы с защитой от электростатического разряда). Объяснение

Способы борьбы с электростатическим разрядом — ионизаторы, заземление и статически безопасные материалы

Ионизирующие стержни генерируют сбалансированный поток положительных и отрицательных ионов для нейтрализации поверхностные статические заряды, защищающие материалы, чувствительные к электростатическим разрядам. Поместите их под FFU в чистых помещениях или вытяжных шкафах или в перчаточных ящиках (со встроенными пропеллерами вентилятора).

Ионизирующие пистолеты подключены к источнику чистого воздуха или азота, который вытесняет и удаляет частицы, удерживаемые статическим притяжением.Вставной газ толкает электроны вперед, нейтрализуя поверхность.

Рассеивающий статическое электричество ПВХ изготавливается из жесткого или гибкого материала для использования на панелях из твердых материалов или занавесках для чистых помещений, пылезащитных покрытиях, в микросредах и других областях, требующих использования более мягких материалов.

Заземление оборудования и рабочих для отвода электрических импульсов бывает в виде кабелей, клемм, напольных ковриков, а также ремней для запястий и ног. Terra предлагает несколько стандартных опций. Узнайте у торгового представителя, какие опции доступны для вашей системы.

ОСНОВЫ ESD — длинноволновая электроника

ЧТО ТАКОЕ ESD И ЧТО МОЖНО СДЕЛАТЬ?

ESD — это аббревиатура от электростатического разряда. Возможно, вы помните, как терлись ногами о ковер, а затем ударили ничего не подозревающего брата или сестру. Это был электростатический разряд, который представляет собой внезапный (и нежелательный) поток электричества между двумя электрически заряженными объектами — по сути, мини-разряд молнии. Даже небольшое количество электростатического разряда может повредить или вывести из строя чувствительную электронику.

Электронная часть, чувствительная к электростатическому разряду, называется чувствительной к электростатическому разряду (ESDS).Эти значения чувствительности иногда указываются в таблицах данных и могут составлять всего 20 В.

КАК СОЗДАЮТСЯ ЗАРЯДКИ?

Практически все материалы способны удерживать электрический заряд даже в незначительных количествах. Чаще всего электростатические заряды возникают при контакте и разделении материалов. Это называется «трибоэлектрической зарядкой», как показано на рисунке 1. Повторяющийся контакт и разделение переносят электроны между материалами. При контакте каждый материал приобретает (становится отрицательно заряженным) или теряет электроны (становится положительно заряженным).Чем больше дисбаланс, тем больше потенциальный заряд, когда материалы достигают нейтральности за счет разряда электронов.

На количество создаваемого заряда также влияют, среди прочего, площадь контакта, скорость, с которой разделяются материалы, и относительная влажность окружающей среды. Увеличение любого из них увеличит вероятность возникновения электростатического разряда. Заряд высвобождается, когда один материал приближается к другому, несходно заряженному материалу или контактирует с ним.

КАК ПРОИЗВОДИТСЯ ЭСР?

ESD происходит в основном при контакте с людьми, и, хотя иногда мы доставляем неудобства при прикосновении, часто мы даже не замечаем этого обмена. В течение обычного дня мы накапливаем в наших телах заряд от 500 В до 2500 В, но мы можем ощущать только статические разряды в 2000 В и более. Электростатический разряд также может возникать без непосредственного контакта с человеком.

В то время как большинство электростатических разрядов возникает при прямом контакте с человеком, есть также ряд случаев, когда электростатические разряды вызываются человеческим взаимодействием.Некоторые примеры: когда не соблюдаются меры безопасности; например, когда синтетические материалы (которые имеют тенденцию собирать больше электростатической энергии) размещаются рядом с электронным оборудованием или на нем; или когда происходит быстрое неионное движение воздуха вблизи электроники, обычно в форме вентилятора или сжатого воздуха; или когда поблизости находится неправильно заземленная электроника, такая как радио или сотовый телефон.

Существует три возможных пути возникновения электростатического разряда: разряд устройства, разряд устройства или разряд, индуцированный полем.Первые две альтернативы не требуют пояснений и вызваны близостью материалов, которые не обладают одинаковым электростатическим потенциалом. Разряд, индуцированный полем, случается редко, но происходит, когда устройство помещается в электростатическое поле, заряд передается устройству, а затем заземляется, вызывая разряд. Способность устройства рассеивать разряженную энергию также определяет, произойдет ли повреждение чувствительной электроники.

Все эти разряды потенциально разрушительны для электроники, поэтому важно устранить электростатическую энергию, прежде чем она сможет накапливаться.

КАК УСТРОЙСТВА ОТКАЗЫВАЮТСЯ?

Есть два основных пути выхода из строя электроники: катастрофические и скрытые отказы.

Наиболее заметный отказ устройств, подверженных электростатическому разряду, — это катастрофический отказ. Эти отказы, как правило, имеют очень заметные результаты, такие как плавление или взрывы. Катастрофический отказ приводит к немедленному разрушению устройства.

Скрытый отказ — менее заметный тип. Это то место, где устройство было повреждено, но не сразу выходит из строя.Поскольку повреждение не является очевидным, последующее повреждение может продолжаться до того, как произойдет отказ. Поскольку устройство частично разрушено, отказ может произойти позже — даже спустя годы.

Скрытое повреждение, показанное на Рисунке 2, может быть чрезвычайно сложно обнаружить. Устройство может пройти все испытания после того, как было нанесено повреждение, и может продолжать работать после сборки и последующего использования. Поскольку скрытое повреждение трудно определить, трудно определить место отказа в приборе или компоненте.Также сложно установить, как и когда произошло повреждение.

КАК ПРЕДОТВРАТИТЬ электростатический разряд?

Хотя полное устранение электростатического разряда маловероятно, его можно существенно контролировать. Работая изнутри наружу, существует четыре основных метода управления им с помощью чувствительной электроники: создание устойчивости, устранение и уменьшение генерации заряда, рассеивание и нейтрализация заряда и защита продукта от непреднамеренного разряда.

Основной метод устранения электростатической энергии состоит в том, чтобы спроектировать электронику таким образом, чтобы скопление электронов не происходило в первую очередь. Это называется созданием иммунитета. За счет применения защит, которые уменьшают или исключают накопление и перенос электронов, вероятность возникновения электростатического разряда значительно снижается. Например, использование ферритовой бусины на электронных входах или металлических корпусах с экраном и заземлением предотвратит возникновение электростатического разряда в системе.

Следующий метод — активно управлять способностью генерировать заряд, удерживая компонент при нулевом статическом потенциале.Это достигается за счет использования процессов, которые не генерируют электрические заряды, уменьшения статического электричества за счет использования материалов с одинаковым электростатическим потенциалом и обеспечения заземляющих проводов с помощью электростатических рабочих столов.

Другой метод — безопасное рассеивание или нейтрализация электростатических зарядов внешними методами. Поскольку люди, как правило, являются основным источником электростатической энергии, энергия должна быть высвобождена, прежде чем она может быть передана. Этого можно добиться, надев антистатическую одежду, используя заземленный браслет, или встав на коврик, и надев обувь для защиты от электростатических разрядов при работе с электроникой.

Последний метод — предотвратить попадание разряда в уязвимые детали и узлы. Это включает в себя использование шунтов в электронике, чтобы ток мог обойти чувствительную точку в цепи, или заземление, чтобы отвести ток от чувствительных частей. Детали также следует хранить в контейнерах с защитой от электростатического разряда. Кроме того, использование антистатической упаковки при транспортировке также защищает электронику от потенциальных разрядов.

КАКИЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫ МОЖНО ПРИНЯТЬ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЭСР?

Внедрение комплексной программы борьбы с электростатическим разрядом, в которой используются обучающие материалы и демонстрации передового опыта, вывески и документация, также поможет предотвратить электростатические разряды.

Обеспечьте безопасную среду и оборудование для защиты от электростатического разряда: рабочие станции и другие поверхности должны обеспечивать отсутствие электростатического заряда (рисунок 4 ниже). Кроме того, имейте в наличии все возможные инструменты, одежду и оборудование для защиты от электростатического разряда.

• Носите защитную одежду и обувь от электростатического разряда.
• Используйте заземленные рабочие места, напольные коврики и браслеты.
• Упаковка должна быть антистатической (обычно серебряной), а не только антистатической (обычно розовой).
• Запрещается использование материалов, генерирующих электростатический заряд, таких как пластиковые стаканчики, упаковка из пенополистирола, неионные вентиляторы, мобильные телефоны, бумага (липкие заметки) или виниловые записные книжки из зон, чувствительных к электростатическому разряду.

Вывески: Определите области и предметы, требующие дополнительных мер защиты от электростатического разряда. Это может включать напоминания о необходимости надевать антистатические пальто или выключать мобильные телефоны. На рисунке 3 показан универсальный символ для областей и материалов, где меры защиты от электростатического разряда имеют решающее значение.

Транспортировка и хранение: По возможности используйте антистатические контейнеры для хранения и транспортировки деталей.Храните незакрепленные детали, которые были извлечены из их оригинальной упаковки, в пакеты с антистатической защитой и обязательно запечатайте пакеты, загнув отверстие поверх или с помощью антистатической ленты.

Регулярные аудиты ESD: Регулярные запланированные аудиты ESD для поиска в рабочей среде материалов, генерирующих ESD, помогут снизить любые сценарии потенциального накопления электростатического заряда. Регулярно проверяйте все оборудование, такое как заземленные коврики и столы, чтобы убедиться, что оно правильно заземлено.

Обучение: Попросите всех сотрудников пройти комплексную программу обучения под руководством сертифицированного инструктора ESD, которая ориентирована на их уровень контакта. Обучение должно включать основные процедуры, как правильно обращаться с материалами, использовать защитную одежду от электростатического разряда, а также все профилактические меры, которые необходимо соблюдать. Периодическая переподготовка укрепляет передовой опыт и позволяет внедрять новые или обновленные процедуры.

Документация: документируйте все процессы, процедуры и требования, относящиеся к ESD, в месте, на которое сотрудники могут легко сослаться.Это позволяет каждому в любое время получить доступ к нужным методам и информации. Его также можно использовать в качестве временного инструмента, когда обучение невозможно провести немедленно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электростатический разряд может быть смертельным для чувствительной электроники, и очень важно принять меры для его предотвращения. Поскольку многие события ESD невозможно увидеть или почувствовать, цель внедрения надежных и практичных протоколов предотвращения ESD — устранить большинство, если не все, экземпляры.

Для получения дополнительной информации о методах защиты от электростатических разрядов и методах их реализации посетите веб-сайт Ассоциации электростатических разрядов www.esda.org.

Статическое электричество и электростатический разряд (ESD)

Что такое статическое электричество и электростатический разряд?

Статическое электричество — это дисбаланс электрических зарядов внутри или на поверхности материала. А что такое электростатический разряд? Определение электростатического разряда (ESD) — это быстрая самопроизвольная передача электростатического заряда, вызванная сильным электростатическим полем.В этой статье мы обсудим, что такое и как создается статический заряд, а затем как статическое электричество становится электростатическим разрядом — Omazaki Consulant — консультант по ESD, который предоставляет консультационные услуги по статическому электричеству и электростатическому разряду. Свяжитесь с нами, отправив электронное письмо на [email protected] или заполнив форму в контакте.

Эта статья представляет собой серию из нескольких статей по теме:

———————————————

Статическое электричество

Электростатический заряд определяется как «электрический заряд в состоянии покоя».Статическое электричество — это дисбаланс электрических зарядов внутри или на поверхности материала. Этот дисбаланс электронов создает электрическое поле, которое можно измерить и которое может влиять на другие объекты.

Как создаются статические заряды?

Статическое электричество — результат так называемого трибоэлектрического заряда, который происходит всякий раз, когда атомы поверхностных слоев двух материалов трутся друг о друга. Поскольку атомы двух поверхностей движутся вместе и разделяются, некоторые электроны с одной поверхности удерживаются другой.

Все предметы состоят из маленьких атомов. Эти атомы состоят из еще более мелких элементов, называемых протонами, нейтронами и электронами. Протоны заряжены положительно, нейтроны не имеют заряда, а электроны заряжены отрицательно. В нормальных условиях существует одинаковое количество протонов и электронов, не дающих атомам заряда.

Однако эти электроны могут двигаться. При разделении или трении материалов электроны могут перемещаться от атома к атому или от одного материала к другому (трибоэлектрические заряды).Это может означать, что атомы могут удерживать положительный или отрицательный заряд. (В зависимости от движения и направления электронов). Если рассматриваемый материал является изолятором, этот заряд может удерживаться и не двигаться. Это называется статическим электричеством.

Что способствует генерации платежей?

Размер генерируемого заряда также зависит от следующего:

• Тип материалов, подвергаемых контакту или разделению.
• Сколько трения / время.
• Что такое относительная влажность?
• Если не контролировать, заряды могут накапливаться.

При более низкой относительной влажности, поскольку окружающая среда более сухая, генерация заряда значительно возрастет. Увеличение относительной влажности снижает образование заряда, но не приводит к значительному улучшению распада.

Общие источники статического электричества

В следующей таблице показан примерный список источников статического электричества.

———————————————

Электростатический разряд

Электростатический разряд (ESD) определяется как быстрая самопроизвольная передача электростатического заряда, вызванная сильным электростатическим полем. Электростатический разряд — это также накопление зарядов в определенной области без протекания тока. Другое определение электростатического разряда — это неконтролируемый скачок статического электричества между объектами с разными потенциалами напряжения. Примечание. Обычно заряд проходит через искру между двумя проводящими телами с разными электростатическими потенциалами, когда они приближаются друг к другу.

Мы сталкиваемся со статическим электричеством каждый день. Например, прогулка по ковровому покрытию в отапливаемом помещении зимой генерирует достаточно статического электричества, чтобы вызвать у нас довольно шокирующие ощущения, когда мы дотрагиваемся до дверной ручки.Хотя этот внезапный разряд статического электричества не причиняет вреда человеческому телу, он может серьезно повредить электронные устройства, чувствительные к электростатическому разряду. Электронные устройства могут быть повреждены электростатическим разрядом, незаметным для человеческого тела.

Как статический заряд превращается в электростатический разряд (ESD)?

Если два объекта находятся на разных уровнях электростатического заряда, когда они приближаются друг к другу, может возникнуть искра или электростатический разряд (ESD). Эта быстрая самопроизвольная передача электростатического заряда может привести к нагреванию и расплавлению электрических цепей в электронных компонентах.

Последовательность статического превращения электростатического разряда следующая:

• Заряды стремятся уравновесить (противоположности притягиваются)
• Больше заряда — меньше заряда
• Разряд мгновенный
• Энергия разряда вызывает тепло
• Тепло наносит урон

Характеристики ESD

Согласно IEC 61000-4-2, ESD характеризуется:

• Быстрое время нарастания
• Высокое пиковое напряжение
• Ток до 30А

Однако ущерб от воздействия электростатического разряда не всегда так заметен.

Типичное генерируемое электростатическое напряжение

Уровни осведомленности человека

• Ощущаем разряд, если он больше 3500 вольт.
• Слышим разряд, если он больше 5000 вольт.
• Видим разряд если больше 8000 вольт.

———————————————

Тип электростатического разряда

Самая яркая форма электростатического разряда — искра.Искра возникает, когда сильное электрическое поле создает в воздухе ионизированный проводящий путь. Это может вызвать небольшой дискомфорт для людей, повреждение электронного оборудования, а также возгорание и взрывы, если в воздухе содержатся горючие газы или частицы.

Искра может быть видимой и слышимой. Но многие события ESD происходят без видимой или слышимой искры. Человек, несущий относительно небольшой электрический заряд, может не почувствовать разряд, достаточный для повреждения чувствительных электронных компонентов. Некоторые электронные устройства могут быть повреждены разрядом до 30 В.Эти невидимые формы электростатического разряда могут вызывать прямые отказы устройства или менее очевидные формы ухудшения, которые могут повлиять на долгосрочную надежность и производительность электронных устройств. Ухудшение характеристик некоторых устройств может не проявиться до истечения срока их службы.

Самый известный пример естественной искры — молния. Электрический потенциал между облаком и землей или между двумя облаками обычно составляет сотни миллионов вольт.

———————————————

Может ли электростатический разряд вызвать повреждение?

Да.Относительно небольшого электрического заряда достаточно, чтобы повредить чувствительные электронные компоненты и даже вызвать возгорание и взрывы, если в воздухе содержатся горючие газы или частицы. Многие устройства могут быть повреждены разрядом до 30 В. Эти невидимые формы электростатического разряда могут вызвать серьезные отказы устройства и могут повлиять на долгосрочную надежность и производительность электронных устройств. Электростатическое повреждение может произойти в любое время — при вводе товаров, производстве, сборке, тестировании, хранении, упаковке, транспортировке или техническом обслуживании.

Эта тема будет более подробно рассмотрена в статье Причины и последствия электростатического разряда.

———————————————

Свяжитесь с Omazaki Consultant , если вам нужны консультанты по изучению и оценке статического электричества и электростатического разряда (ESD) на вашем предприятии в Индонезии.

———————————————

Список литературы

• Ассоциация EOS / ESD, Inc.
• Основы ESD — Праймер по электростатическому разряду, Teledyne Advanced Pollution Instrumentation
• Обучение ESD — Связь — Великобритания
• Основные понятия об электростатическом разряде (ESD) — SCS
• Руководство по защите от электростатических разрядов — Tridonic
• Предотвращение и контроль электростатического разряда (ESD) — миниатюрная схема
• Электростатический разряд — Википедия

———————————————

Статьи по теме

———————————————

.