Unsere Firma TÜRCERT kann in eigenen Labors Prüfungen zur elektrostatischen Entladung (ESD) bei EMV-Prüfungen nach IEC / EN-Normen oder nur als ESD-Prüfungen durchführen.
Elektrostatische Entladung (ESD) ist ein plötzlicher elektrischer Strom, Kurzschluss oder dielektrischer Durchschlag, der durch den Kontakt zweier elektrisch geladener Objekte verursacht wird. Die Erhöhung der statischen Elektrizität kann durch Reibungsbelastung oder elektrostatische Induktion verursacht werden. ESD tritt auf, wenn zwei unterschiedlich geladene Objekte zusammengebracht werden oder dielektrische Brüche zwischen ihnen auftreten, die häufig einen sichtbaren Funken erzeugen.
ESD kann außergewöhnliche Funken erzeugen (Blitz ist ein wichtiges ESD-Ereignis mit Donner in Verbindung mit Donner) oder weniger ausgeprägte Formen, die immer noch ausreichen, um empfindliche elektronische Geräte zu beschädigen. Elektrische Funken erfordern eine Feldstärke in der Luft über etwa 4 kV / cm, wie bei Blitzen. Andere Formen der ESD sind die Entladung scharfer Elektroden durch Koronaentladung und nicht scharfer Elektroden durch Leckage.
ESD kann einige der wichtigsten schädlichen Auswirkungen in der Industrie haben (einschließlich Gas, Dampfbrennstoffe, Kohlenstaubexplosionen und Ausfälle bestimmter Komponenten der Festkörperelektronik, z. B. integrierter Schaltkreise). Sie können durch Hochspannung dauerhaft beschädigt werden. Aus diesem Grund haben die Elektronikhersteller vorsorglich elektrostatische Schutzbereiche ohne statische Elektrizität identifiziert (Vermeidung von stark elektrisch geladenen Materialien und Bereitstellung von Mitteln zum Sammeln von Erde für menschliche Mitarbeiter, Bereitstellung von Mitteln zum Sammeln von Strom, Kontrolle der Feuchtigkeit und Maßnahmen zur Beseitigung statischer Elektrizität).
Mit ESD-Simulatoren können elektronische Werkzeuge ausprobiert werden. (Zum Beispiel Modell des menschlichen Körpers mit elektrisch geladenem Fahrzeug)
Elektrische Entladungen können auf 2-Weise auftreten. Der andere Weg ist die Kontaktentladung. Die Entladung kann ihren eigenen Weg in der Luft finden und an eine beliebige Stelle auf dem Gerät springen. Damit die Entladung durch Kontakt erfolgt, muss die Metalloberfläche berührt werden und die Entladung erfolgt an der Kontaktstelle. Das Wichtigste, woran Sie sich in einer ESD-Testumgebung erinnern sollten, ist daher, das zu testende Objekt festzuhalten und sich zu viel zu nähern.
Ursachen
Ein Grund für ESD ist statische Elektrizität. Statische Elektrizität wird normalerweise durch Reibungsbelastung verursacht (die elektrostatische Ladungsverteilung durch Inkontaktbringen und anschließendes Trennen der beiden Substanzen). Gehen auf dem Teppich, Reiben eines Plastikkamms auf trockenem Haar, Reiben eines Ballons in einem Pullover, Aufstehen auf dem Stoffsitz eines Autos oder Entfernen einiger Plastikverpackungen sind Beispiele für Reibungselektrifizierung.
Eine weitere Ursache für ESD-Schäden ist die elektrostatische Induktion. Elektrostatische Induktion tritt auf, wenn ein elektrisch geladenes Objekt neben einem vom Boden getrennten leitfähigen Material platziert wird. Das Vorhandensein des geladenen Objekts erzeugt ein elektrostatisches Feld, das die Umverteilung elektrischer Ladungen auf der Oberfläche des anderen Objekts verursacht. Obwohl sich die gesamte elektrostatische Ladung des Objekts nicht ändert, weist es jetzt Bereiche mit übermäßiger positiver und negativer Ladung auf. Ein ESD-Ereignis kann auftreten, wenn das Objekt den leitenden Pfad berührt. Beispielsweise können die geladenen Bereiche auf der Oberfläche des Styroporbechers oder Beutels durch elektrostatische Induktion ein Potential in ESD-empfindlichen Komponenten induzieren. Wenn diese Komponente mit einer metallischen Vorrichtung in Kontakt gebracht wird, kann ein ESD-Ereignis auftreten.
Formate
Die außergewöhnlichste Form der elektrostatischen Entladung ist der Funke, der durch ein starkes elektrisches Feld erzeugt wird und einen ionisierten leitenden Kanal in der Luft erzeugt. Dies kann zu leichten Unannehmlichkeiten für Personen, schweren Schäden an elektronischen Geräten sowie Bränden und Explosionen führen, wenn die Luft brennbare Gase und Partikel enthält.
Die meisten ESD-Ereignisse treten jedoch ohne unsichtbare und unhörbare Funken auf. Eine Person mit einer relativ geringen elektrischen Ladung kann möglicherweise nicht in der Lage sein, eine ausreichende Entladung zu fühlen, um eine empfindliche elektronische Komponente zu beschädigen. Einige Fahrzeuge können mit einer kleinen Entladung von nur 30V beschädigt werden. Diese unsichtbaren Formen der elektrostatischen Entladung können direkt zu Störungen des elektronischen Fahrzeugbetriebs oder zu weniger ausgeprägten Formen von Effizienzverlusten bei der langfristigen Zuverlässigkeit und Leistung von Fahrzeugen führen. Die Verschlechterung einiger Fahrzeuge ist während des Wartungszeitraums möglicherweise nicht offensichtlich.
Funken
Hauptartikel: elektrische Funken
Der Funken wird ausgelöst, wenn die elektrische Feldstärke ungefähr 4-30kV / cm (dielektrische Feldstärke von Luft) überschreitet. Dieses Phänomen kann zu einem plötzlichen Anstieg der Anzahl freier Elektronen und Ionen in der Luft führen, wodurch die Luft bei dem als dielektrische Degradation bezeichneten Prozess plötzlich zu einem elektrischen Leiter wird.
Das wohl bekannteste Beispiel für natürlichen Funken ist der Blitz. In diesem Fall beträgt das elektrische Potential zwischen der Wolke und dem Boden oder zwischen den beiden Wolken häufig bis zu Hunderten von Millionen Volt. Infolgedessen verursacht der durch den Fahrkanal fließende Strom eine enorme Energieübertragung. In viel kleinerem Maßstab können bei elektrostatischen Entladungen in der Luft Funken als schwach geladene Objekte wie 380 V auftreten. (Paschens Gesetz) Die Erdatmosphäre besteht aus% 21 Sauerstoff (O2) und% 78 Stickstoff (N2). Während einer elektrostatischen Entladung wie einem Blitz werden die betroffenen atmosphärischen Moleküle elektrisch gedehnt. Die zweiatomigen Sauerstoffmoleküle werden getrennt. Sie liegen in Form von Ozon (O3) vor, das instabil ist oder mit Metallen und organischen Substanzen reagiert. Bei ausreichend hoher elektrischer Spannung können sich Stickoxide (NOx) bilden. Beide Produkte sind tiergiftig und für die Stickstofffixierung werden Stickoxide benötigt. Ozon haftet an allen organischen Substanzen mit Ozonzersetzung und wird in der Wasseraufbereitung verwendet.
Funken sind eine Verbrennungsquelle für leicht entzündliche Umgebungen und können in diesen dichten Kraftstoffumgebungen verheerende Explosionen verursachen. Die meisten Explosionen treten nach einer sehr geringen elektrostatischen Entladung auf, unabhängig davon, ob ein unerwartetes Kraftstoffleck vorliegt, das in eine bekannte Freiluft-Zündvorrichtung eindringt, oder ein unerwarteter Funke in einer bekannten brennstoffreichen Umgebung. Wenn Sauerstoff vorhanden ist und die drei Bedingungen des Feuerdreiecks kombiniert werden, ist das Ergebnis dasselbe.
Schadensverhütung in der Elektronik
Teil des statischen Entladers eines Raumfahrzeugs.
Viele elektronische Komponenten, insbesondere Mikrochips, können durch die elektrostatische Entladung beschädigt werden. Präzisionsteile; Es muss während und nach der Herstellung, während des Transports und der Montage von Teilen und im fertigen Zustand geschützt werden.
Schutz während der Herstellung
Die Vermeidung von elektrostatischer Entladung in der Fertigung basiert auf dem EPA (Electrostatic Discharge Protected Area). Die EPA kann ein kleiner Arbeitsbereich oder ein großer Fertigungsbereich sein. Das Grundprinzip der EPA besteht darin, das Vorhandensein hoch geladener Materialien in der Nähe von ESD-empfindlicher Elektronik zu vermeiden. Alle leitenden Materialien und Arbeitskräfte sind geerdet und die Ansammlung von Lasten in ESD-empfindlichen elektronischen Bauteilen wird verhindert. Internationale Standards spezifizieren eine typische EPA, die anhand von Beispielen wie der International Electrotechnical Commission (IEC) oder dem American National Standards Institute (ANSI) ermittelt wird.
ESD-Prävention bei EPA; die Verwendung geeigneter ESD-sicherer Verpackungsmaterialien, die Verwendung leitfähiger dünner Garne in den von Mitarbeitern getragenen Kleidungsstücken, die Verwendung leitfähiger Handgelenke und Fußklemmen, um die Entstehung von Hochspannung im Körper der Mitarbeiter zu verhindern, die Verwendung antistatischer Teppiche oder leitfähiger Bodenbeläge, um schädliche elektrische Lasten vom Arbeitsbereich fernzuhalten, und der Feuchtigkeitsgehalt. Kontrolle. Da die auf den meisten Oberflächen angesammelte dünne Feuchtigkeitsschicht dazu dient, elektrische Ladungen abzuleiten, verhindern feuchte Bedingungen die Bildung elektrostatischer Ladungen.
Manchmal werden Ionengeneratoren verwendet, um Ionen in den Luftstrom des Mediums zu injizieren. Ionisationssysteme helfen dabei, die geladenen Oberflächenbereiche von Isolatoren oder dielektrischen Materialien zu neutralisieren. Leitfähige Materialien, die durch Reibung zur Elektrifizierung neigen, sollten von empfindlichen Geräten ferngehalten werden, um eine versehentliche Aufladung durch Induktion zu vermeiden. In Flugzeugen werden statische Entlader an den Endkanten von Tragflächen und anderen Oberflächen verwendet.
Hersteller und Anwender von kombinierten Schaltungen sollten eine Reihe von Maßnahmen ergreifen, um ESD zu vermeiden. Der Schutz vor elektrostatischer Entladung kann Teil des Geräts selbst sein oder spezielle Entwurfstechniken für die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse umfassen. Bei der Auslegung der Schaltung können auch externe Schutzkomponenten verwendet werden.
Aufgrund der dielektrischen Eigenschaften der elektronischen Komponenten und Werkzeuge kann eine elektrostatische Aufladung während der Verwaltung der Geräte nicht vollständig verhindert werden. Die Herstellung und Verwaltung der meisten ESD-empfindlichen elektronischen Werkzeuge und Komponenten ist so klein, dass sie mit automatisierten Geräten fertiggestellt werden können. Bei diesen Prozessen, bei denen die Komponenten in direkten Kontakt mit den Hardwareoberflächen gebracht werden, sind ESD-Schutzprozesse daher sehr wichtig. Es ist auch wichtig, ESD zu vermeiden, sobald die für elektrostatische Entladungen empfindlichen Komponenten mit anderen leitenden Teilen des Produkts selbst in Kontakt kommen. Der effektivste Weg, um ESD zu verhindern, ist die Verwendung von Materialien, die nicht sehr leitfähig sind, aber die statische Aufladung langsam entfernen können. Diese Materialien werden als statische Verteiler bezeichnet und haben Widerstände im Bereich von 105 bis 1012 Ohmmeter. Bei der automatisierten Herstellung müssen Materialien, die die leitenden Bereiche der ESD-empfindlichen Elektronik berühren, aus dispergierendem Material bestehen und geerdet sein.
Schutz beim Transport
Empfindliche Geräte müssen während des Transports, der Verwendung und der Lagerung geschützt werden. Die Erhöhung und Entladung von Statik kann minimiert werden, indem der Oberflächenwiderstand der Verpackungsmaterialien und das Volumen des spezifischen Widerstands gesteuert werden. Der Verpackungsprozess ist auch darauf ausgelegt, die Reibungselektrifizierung der Verpackungen während des Transports zu minimieren, die erforderlich sein kann, damit das Verpackungsmaterial einen elektrostatischen oder elektromagnetischen Schutz enthält.
Simulation und Test für elektronische Geräte
Elektrische Entladung
Ein ESD-Simulator, oft als menschliches Körpermodell (HBM) mit einer speziellen Ausgangsschaltung bezeichnet, wird häufig zum Testen der Empfindlichkeit elektronischer Geräte gegenüber ESD verwendet, die durch menschlichen Kontakt entstehen kann. Es besteht aus einem Kondensator, der mit dem Widerstand in Reihe geschaltet ist. Der Kondensator wird von einer externen Quelle auf eine bestimmte Hochspannung aufgeladen und die Last wird plötzlich über den Widerstand an die Enden des Prüflings (DUT) entladen. Die am weitesten verbreiteten JEDEC 22-A114-B-Standards (100-Picofarad-Kondensator und 1500-Ohm-Widerstand sind angegeben als). MIL-STD-883-Methode 3015 und ESD STM5.1 der ESD Association sind andere ähnliche Standards. Die Prüfspezifikationen nach IEC / EN 61000-4-2 werden verwendet, um den Normen der Europäischen Union für Informationstechnologiegeräte (EU, Europäische Union) zu entsprechen. Um die Stabilität des Produkts zu messen; Richtlinien und Anforderungen für die Geometrie der Testeinheit, Herstellerspezifikationen, Testniveaus, Entladungsrate und Wellenformen, Formen und Entladungspunkte im deki victim ”-Produkt und Betriebskriterien.
Der Test des geladenen Gerätemodells (CDM, Charged Device Model) wird verwendet, um die ESD zu bestimmen, der das Gerät widerstehen kann, wenn das Gerät eine eigene elektrostatische Aufladung aufweist und aufgrund von Metallkontakt entladen wird. Diese Form der Entladung ist die häufigste Form der ESD in elektronischen Geräten und verursacht die meisten ESD-Schäden während der Herstellung. Die CDM-Entladung ist hauptsächlich abhängig von den Interferenzparametern der Entladung und der Größe und Form der Verpackungskomponente. Eines der am häufigsten verwendeten CDM-Simulationstestmodelle wurde von JEDEC identifiziert.
Weitere standardisierte ESD-Prüfkreise sind das Maschinenmodell (MM, Maschinenmodell) und die Übertragungsleitungsvibration (TLP).
ESD Abkürzung für Electrostatic Discharge (Entladung). Statische Entladungen sind eine Reihe von physikalischen Ereignissen, die wir jeden Tag erleben können. Statische Lasten; Es kann auf leitenden und nicht leitenden Materialien oder auf Menschen auftreten. Der menschliche Körper ist sowohl ein Widerstand als auch ein Kondensator. Menschen; Reibung beim Gehen, Ein- und Aussteigen, Arbeiten am Tisch, Tragen von Kleidung usw. während der täglichen Aktivitäten wie (+) oder (-) werden mit elektrischer Ladung aufgeladen. Wenn Sie im täglichen Leben die Hände schütteln und den Türgriff berühren, entsteht ein Gefühl der Verzerrung. Alle diese Formationen sind Entladungen elektrostatischer Ladungen, die sich beim Menschen ansammeln.
Wir erkennen die Entladung (Entladung) in unserem täglichen Leben nicht. weil; Es ist notwendig, mehr als 3000 Volt zu entladen, um zu fühlen, 5000 Volt zu sehen und 10.000 Volt zu entladen, um zu sehen.
Während sich die Entwicklungen in der Elektronikindustrie rasant fortsetzen, bringt dies viele Probleme zusammen. Das wichtigste dieser Probleme ist ESD. Der durch ESD verursachte Schaden wird keinesfalls unterschätzt. Es wurde festgestellt, dass diese Schäden durch% 25 in elektronischen Materialien und% 50 in Arbeitsgeräten verursacht werden. Angesichts der Tatsache, dass die Kosten für ESD-Ausfälle weltweit derzeit rund 25 Billionen US-Dollar betragen, ist es unumgänglich, ESD-Maßnahmen zu ergreifen, wo immer sie bei der Herstellung und Verwendung fortschrittlicher Technologien eingesetzt werden. Beispiele sind Flugzeugwartungs- und -produktionsanlagen, Intensivstationen, Radarkontrollanlagen, Emar- und Röntgenräume, Druckereien, Operationssäle, Rechenzentren, die pharmazeutische Industrie, Montage- und Prüfanlagen für die Herstellung von Elektroelektronik.
ESD ist grundsätzlich; Geräte und Geräte, die leicht von der Umgebung beeinflusst werden können, oder die Spannungsempfindlichkeit der verwendeten Komponenten bei sehr hoher Empfindlichkeit. Seit einigen tausend Jahren ist bekannt, dass statische Elektrizität eine überwältigende Wirkung hat. In jüngerer Zeit haben diese Effekte erst begonnen, verstanden zu werden, und die Vor- und Nachteile dieser Effekte wurden in vielen Anwendungen beobachtet. Leider verursachen einige unerwünschte Situationen statischer Elektrizität Probleme. Viele Schaltungselemente, Komponenten, Schaltungen und High-Tech-Produkte verursachen aufgrund der plötzlichen Änderung der elektrostatischen Aufladung unerwünschte Ausfälle und eine schlechte Produktqualität. Das bedeutet; Dies bedeutet, dass in der Umgebung eine Energieladung vorhanden ist, dh elektrostatische Aufladung oder kurz ESD. Geräte, die von ESD betroffen sind; Transistoren, Dioden, Laserdioden, elektrooptische Bauelemente, Präzisionsschichtwiderstände, Dünn- und Dickschichtwiderstände, Kondensatoren, verschiedene Halbleiter, Mikroschaltungen, Hybridbauelemente, piezoelektrische Kristalle und noch komplexere integrierte Schaltungsbauelemente können durch die ESD-Umgebung leicht beeinträchtigt werden. Elemente. Viele elektrostatische Generatoren enthalten eine triboelektrische Ladung; Dies kann als Kontaktkontakt erklärt werden, der zwischen den beiden Materialien auftreten kann, gefolgt von der Trennung der Kontaktpunkte. Bei einer solchen Aktion werden die Elektronen von einer Oberfläche zur anderen bewegt, wodurch ein Ladungsungleichgewicht zwischen den Materialien entsteht. Zu diesem Zeitpunkt kann ESD die Ladequellen oder Ladeobjekte direkt beim Kontakt beschädigen. Diese Situationen beweisen uns, wie effektiv und negativ die Kraft der BNE in unserem Arbeitsleben ist.
Vorsichtsmaßnahmen gegen ESD:
Alle Leiter und Mitarbeiter im Arbeitsbereich haben direkten Bodenkontakt. Dieser Kontakt schafft ein gleiches Potenzial zwischen allen Leitern und dem Arbeitspersonal. Das Spannungspotential (O) im Boden ist größer als Null und hat in allen anderen Elementen das gleiche Potential. Gegen dieses Potenzial sollten kontinuierliche Schutzmaßnahmen ergriffen werden. Der gesamte Arbeitsbereich (EPA) ist durch empfindliche und auffällige ESD-Symbole und -Schilder geschützt, und der Arbeitsbereich muss vor Betreten des Bereichs durch Personal durch eine Markierung vor ESD geschützt werden.
Die in den Prozessen erforderliche Isolation und Isolation soll den Elektronenfluss der Leiter verhindern und somit ein Ionisationssystem bereitstellen.
In einem ESD-geschützten Außenbereich bildet der empfindliche ESD-Beutel einen Schutzschild, beispielsweise einen Faraday-Käfig, gegen triboelektrische Aufladung. Diese Taschen sind gegen Entladung durch elektrostatische Felder (EPA) und gegen Eindringen in den Boden geschützt. Personal und Besucher betreten den Arbeitsbereich; Die Erdung sollte durch das Tragen von Armbändern oder Fersenriemen, Handschuhen oder Handläufen erfolgen, ESD-Schürzen sollten regelmäßig getragen werden, Arbeitspunkte und Dokumente sollten in einer Schutzhülle aufbewahrt werden.
Reiniger, die Silikon enthalten, sollten nicht verwendet werden. Weil solche Materialien die Leitfähigkeit der Isolierschicht oder die ordnungsgemäße Funktion des dissipativen Materials verhindern, reinigen sie die ESD-Abdeckungen; Es sollten ESD-Reiniger verwendet werden, die statisch dissaative Stoffe und Lösungen enthalten.
Aus Gründen der Personensicherheit muss altes oder verderbliches Material durch ein neues ersetzt werden. Fehlerhafte Erdungsschalter und andere Schutzvorrichtungen sollten hervorgehoben werden. Die Mitarbeiter sind jedoch an jedem Ort in ständigem Kontakt mit elektrischen Quellen.
Eine detaillierte Studie ist für die Gestaltung (Kennzeichnung) der ESD-Kontrolle, Produktprüfung, Prüfung, Lagerung, Verladung, Verwendung, Wartung, Renovierung und Reparatur erforderlich.
