La nostra azienda TÜRCERT può condurre test di scariche elettrostatiche ESD nei propri laboratori durante i test EMC in conformità con le norme IEC / EN o solo come test ESD.
La scarica elettrostatica (ESD) è un'improvvisa corrente elettrica, cortocircuito o guasto dielettrico causato dal contatto di due oggetti caricati elettricamente. L'aumento dell'elettricità statica può essere causato dal carico di attrito o dall'induzione elettrostatica. L'ESD si verifica quando due oggetti caricati diversamente si uniscono o si rompono dielettrici tra di loro, creando spesso una scintilla visibile.
L'ESD può creare straordinarie scintille (il fulmine è un evento ESD maggiore con tuoni accompagnato da un tuono) o forme meno pronunciate, che sono ancora abbastanza sufficienti per danneggiare i dispositivi elettronici sensibili. Le scintille elettriche richiedono intensità di campo nell'aria superiore a circa 4 kV / cm, come in un fulmine. Altre forme di ESD sono lo scarico di elettrodi affilati mediante scarica a corona e elettrodi non affilati mediante perdita.
L'ESD può causare alcuni dei principali effetti dannosi nel settore (inclusi gas, combustibili a vapore, esplosioni di polveri di carbone e guasti di alcuni componenti dell'elettronica allo stato solido, come i circuiti integrati). Potrebbero subire danni permanenti se esposti ad alta tensione. I produttori di elettronica hanno quindi individuato le aree di protezione elettrostatica senza elettricità statica adottando misure precauzionali (evitando materiali elettricamente carichi e fornendo mezzi di raccolta di terra per i dipendenti umani, fornendo mezzi di raccolta corrente, controllando l'umidità e adottando misure per eliminare l'elettricità statica).
I simulatori ESD possono essere utilizzati per provare strumenti elettronici. (Ad esempio, modello di corpo umano con veicolo a carico elettrico)
Le scariche elettriche possono verificarsi nel modo 2. L'altro modo è lo scarico dei contatti. Lo scarico può trovare il proprio percorso nell'aria e saltare ovunque sul dispositivo. Affinché la scarica avvenga attraverso il contatto, la superficie metallica deve essere toccata e lo scarico si verifica nel punto di contatto. Pertanto, la cosa più importante da ricordare e ricordare in un ambiente di test ESD dovrebbe essere quello di tenere l'oggetto sotto test e avvicinarsi troppo.
Le cause
Una ragione per l'ESD è l'elettricità statica. L'elettricità statica è solitamente causata dal carico di attrito (la distribuzione della carica elettrostatica attraverso il contatto e la separazione delle due sostanze). Camminare sul tappeto, sfregare un pettine di plastica sui capelli asciutti, sfregare un palloncino in un maglione, salire sul sedile di una macchina o rimuovere alcuni pacchetti di plastica sono esempi di elettrificazione per frizione.
Un'altra causa di danno da ESD è l'induzione elettrostatica. L'induzione elettrostatica si verifica quando un oggetto elettricamente carico viene posizionato accanto a un materiale conduttivo separato dal terreno. La presenza dell'oggetto caricato crea un campo elettrostatico che provoca la ridistribuzione di cariche elettriche sulla superficie dell'altro oggetto. Sebbene la carica elettrostatica totale dell'oggetto non cambi, ora ha regioni di carica eccessivamente positive e negative. Un evento ESD può verificarsi quando l'oggetto contatta il percorso conduttivo. Ad esempio, le aree cariche sulla superficie della tazza o della busta di polistirolo possono indurre potenziale nei componenti sensibili alle scariche elettrostatiche tramite induzione elettrostatica e, se questo componente viene messo in contatto con un dispositivo metallico, può verificarsi un evento ESD.
formati
La forma più straordinaria di ESD è la scintilla generata da un forte campo elettrico che crea un canale conduttivo ionizzato nell'aria. Ciò può causare lievi disagi alle persone, gravi danni alle apparecchiature elettroniche, incendi ed esplosioni se l'aria contiene gas e particelle combustibili.
Ma la maggior parte degli eventi ESD si verificano senza scintille invisibili e non udibili. Una persona con una carica elettrica relativamente piccola potrebbe non essere in grado di sentire una scarica sufficiente a danneggiare un componente elettronico sensibile. Alcuni veicoli possono essere danneggiati con una piccola scarica piccola come 30V. Queste forme invisibili di ESD possono portare direttamente a disturbi dei veicoli elettronici o forme meno pronunciate di perdita di efficienza nell'affidabilità e nelle prestazioni a lungo termine dei veicoli. Il deterioramento di alcuni veicoli potrebbe non essere evidente durante il periodo di servizio.
scintille
Articolo principale: scintille elettriche
La scintilla viene attivata quando la forza del campo elettrico supera circa 4-30kV / cm (intensità del campo dielettrico dell'aria). Questo fenomeno può causare un improvviso aumento nel numero di elettroni liberi e ioni nell'aria, facendo sì che l'aria diventi improvvisamente un conduttore elettrico nel processo chiamato degrado dielettrico.
Probabilmente l'esempio più noto di scintilla naturale è il lampo. In questo caso, il potenziale elettrico tra la nuvola e il terreno o tra le due nuvole è spesso fino a centinaia di milioni di volt. Di conseguenza, la corrente che fluisce attraverso il canale di viaggio provoca un enorme trasferimento di energia. Su una scala molto più piccola, le scintille possono verificarsi come oggetti a bassa carica come 380 V durante le scariche elettrostatiche nell'aria. (Legge di Paschen) L'atmosfera terrestre è composta da% di ossigeno 21 (O2) e azoto% 78 (N2). Durante una scarica elettrostatica, come un lampo, le molecole atmosferiche interessate sono stirate elettricamente. Le molecole di ossigeno biatomico sono separate. Sono sotto forma di ozono (O3) che è instabile o reagisce con metalli e sostanze organiche. Se la tensione elettrica è sufficientemente elevata, si possono formare ossidi di azoto (NOx). Entrambi i prodotti sono tossici per gli animali e sono necessari ossidi di azoto per la fissazione dell'azoto. L'ozono aderisce a tutte le sostanze organiche con decomposizione dell'ozono e viene utilizzato nel trattamento delle acque.
Le scintille sono una fonte di combustione per ambienti altamente infiammabili e possono causare esplosioni devastanti in questi ambienti densi di carburante. La maggior parte delle raffiche si verifica dopo una scarica elettrostatica molto piccola, indipendentemente dal fatto che vi sia una perdita di carburante inaspettata che invade un dispositivo di scintilla all'aria aperta noto o una scintilla inaspettata in un ambiente ricco di combustibile noto. Se l'ossigeno è presente e le tre condizioni del triangolo del fuoco sono combinate, il risultato è lo stesso.
Prevenzione dei danni in elettronica
Parte dello scaricatore statico di un veicolo spaziale.
Molti componenti elettronici, in particolare i microchip, possono essere danneggiati dall'ESD. Componenti di precisione; deve essere protetto durante e dopo la produzione, durante il trasporto e l'assemblaggio di parti e allo stato finito.
Protezione durante la produzione
La prevenzione dell'ESD nella produzione si basa sull'EPA (Electrostatic Discharge Protected Area). L'EPA può essere una piccola area di lavoro o una grande area di produzione. Il principio di base dell'EPA è evitare la presenza di materiali altamente caricati nelle vicinanze di componenti elettronici sensibili alle scariche elettrostatiche. Tutti i materiali conduttori e i lavoratori sono messi a terra e l'accumulo del carico è impedito nell'elettronica sensibile alle scariche elettrostatiche. Gli standard internazionali specificano un tipico EPA, che viene trovato da esempi come l'International Electrotechnical Commission (IEC) o l'American National Standards Institute (ANSI).
Prevenzione delle ESD nell'EPA; l'uso di adeguati materiali confezionati ESD, l'uso di filati sottili conduttivi negli indumenti indossati dai dipendenti, l'uso di polsi conduttivi e pinze per prevenire l'accumulo di alta tensione nei corpi dei dipendenti, l'uso di tappeti antistatici o materiali conduttivi per mantenere il carico elettrico dannoso lontano dall'area di lavoro e il contenuto di umidità. esso contiene il controllo. Poiché il sottile strato di umidità accumulato sulla maggior parte delle superfici serve a dissipare le cariche elettriche, le condizioni di umidità impediscono la formazione di cariche elettrostatiche.
Generatori di ioni sono talvolta usati per iniettare ioni nel flusso d'aria del mezzo. I sistemi di ionizzazione aiutano a neutralizzare le regioni di superficie caricate di isolanti o materiali dielettrici. I materiali conduttivi soggetti all'elettrificazione per attrito devono essere tenuti lontani dai dispositivi sensibili per evitare la carica accidentale a causa dell'induzione. Negli aerei vengono utilizzati scaricatori statici sui bordi delle ali e su altre superfici.
I produttori e gli utenti dei circuiti integrati dovrebbero adottare una serie di misure per evitare l'ESD. La prevenzione delle ESD può far parte del dispositivo stesso o includere tecniche di progettazione specifiche per i terminali di ingresso e di uscita. I componenti di protezione esterna possono anche essere utilizzati con il design del circuito.
A causa della natura dielettrica dei componenti e degli strumenti elettronici, la carica elettrostatica non può essere completamente evitata durante la gestione dei dispositivi. La produzione e la gestione della maggior parte degli strumenti e componenti elettronici sensibili alle scariche elettrostatiche è così piccola che può essere completata con apparecchiature automatizzate. I processi di prevenzione ESD sono quindi molto importanti con questi processi in cui i componenti sono portati a diretto contatto con le superfici dell'hardware. È anche importante prevenire l'ESD non appena i componenti sensibili alle scariche elettrostatiche entrano in contatto con altre parti conduttive del prodotto stesso. Il modo più efficace per prevenire l'ESD è utilizzare materiali che non sono molto conduttivi, ma possono rimuovere lentamente la carica statica. Questi materiali sono chiamati distributori statici e hanno resistenze nell'intervallo tra 105 e 1012 ohm-metri. Nella produzione automatizzata, i materiali che toccano le aree conduttive dell'elettronica sensibile alle scariche elettrostatiche devono essere fatti di materiale disperdente e devono essere messi a terra.
Protezione durante il trasporto
I dispositivi sensibili devono essere protetti durante il trasporto, l'uso e la conservazione. L'aumento e lo scarico di elettricità statica possono essere ridotti al minimo controllando la resistenza superficiale dei materiali di imballaggio e il volume di resistività. Il processo di confezionamento è inoltre progettato per ridurre al minimo l'elettrificazione a frizione degli imballaggi durante il trasporto, che potrebbe essere necessario affinché il materiale di imballaggio contenga protezione elettrostatica o elettromagnetica.
Simulazione e test per dispositivi elettronici
Scarica elettrica
Un simulatore ESD, spesso chiamato modello di corpo umano (HBM) con uno speciale circuito di uscita, viene spesso utilizzato per testare la sensibilità dei dispositivi elettronici a ESD, che può derivare dal contatto umano. Consiste di un condensatore collegato in serie con il resistore. Il condensatore viene caricato ad una certa alta tensione da una sorgente esterna e il carico viene improvvisamente scaricato attraverso la resistenza alle estremità del dispositivo in prova (DUT). Gli standard JEDEC 22-A114-B più usati (100 pico farad capacitor e 1500 ohm resistance sono specificati come). Metodo MIL-STD-883 Gli ESD STM3015 dell'associazione 5.1 e ESD sono altri standard simili. Le specifiche di test IEC / EN 61000-4-2 sono utilizzate per soddisfare gli standard dell'Unione Europea delle apparecchiature informatiche (UE, Unione europea). Misurare la stabilità del prodotto; linee guida e requisiti per geometrie delle unità di prova, specifiche del produttore, livelli di prova, velocità di scarica e forme d'onda, forme e punti di scarico nel prodotto "vittima deki" e criteri operativi.
Il test del modello di dispositivo caricato (CDM, modello di dispositivo a pagamento) viene utilizzato per determinare l'ESD a cui il dispositivo può resistere quando il dispositivo ha una propria carica elettrostatica e viene scaricata a causa del contatto di metallo. Questa forma di scarica è la forma più comune di ESD nei dispositivi elettronici e causa la maggior parte dei danni ESD durante la produzione. Lo scarico del CDM dipende principalmente dai parametri di interferenza dello scarico e dalle dimensioni e dalla forma del componente di imballaggio. Uno dei più usati modelli di test di simulazione CDM è stato identificato da JEDEC.
Altri circuiti di prova ESD standardizzati sono il modello di macchina (MM, modello di macchina) e la vibrazione della linea di trasmissione (TLP).
Abbreviazione ESD per scarica elettrostatica (scarica). Le scariche elettriche statiche sono una serie di eventi fisici che possiamo sperimentare ogni giorno. Carichi statici; può verificarsi su materiali conduttivi e non conduttivi o sugli esseri umani. Il corpo umano è una resistenza oltre che un condensatore. persone; attrito durante le passeggiate, salire e scendere dai veicoli, lavorare al tavolo, indossare vestiti e così via. durante le attività quotidiane come (+) o (-) sono caricati con carica elettrica. Mentre si stringono la mano nella vita quotidiana, toccare la maniglia della porta dà una sensazione di distorsione. Tutte queste formazioni sono scariche di cariche elettrostatiche accumulate sull'uomo.
Non realizziamo lo scarico (scarico) nella nostra vita quotidiana. A causa; È necessario scaricare più di 3000 Volt per sentire, 5000 Volt per vedere e 10.000 Volts scaricare per vedere.
Mentre gli sviluppi nel settore dell'elettronica continuano rapidamente, questo porta molti problemi insieme. Il più importante di questi problemi è ESD. Il danno causato da ESD non è affatto sottostimato. È stato determinato che questi danni sono causati da% 25 in materiali elettronici e% 50 in dispositivi funzionanti. Considerando che il costo dei guasti ESD nel mondo fino ad oggi è di circa 25 trilioni di dollari, è inevitabile adottare misure ESD ovunque venga utilizzato nella produzione e utilizzando tecnologie avanzate. Gli impianti di manutenzione e produzione di aeromobili, unità di terapia intensiva, unità di controllo radar, sale emar e radiografie, tipografie, sale operatorie, centri di elaborazione dati, industria farmaceutica, assemblaggio di produzione di componenti elettronici e unità di collaudo sono esempi.
ESD è fondamentalmente; apparecchiature e apparecchiature che possono essere facilmente influenzate dall'ambiente, o la sensibilità di tensione dei componenti utilizzati ad altissima sensibilità. L'elettricità statica è stata conosciuta per avere un effetto travolgente per alcune migliaia di anni. Recentemente, questi effetti hanno appena iniziato a essere capiti e i vantaggi e gli svantaggi di questi effetti sono stati osservati in molte applicazioni. Sfortunatamente, alcune situazioni indesiderate di elettricità statica causano problemi. Molti elementi del circuito, componenti, circuiti, prodotti high-tech causano guasti indesiderati e scarsa qualità del prodotto a causa dell'improvviso cambio di carica elettrostatica. Questo significa; Ciò significa che nell'ambiente esiste una carica di energia, ad es. Scarica elettrostatica o ESD in breve. Apparecchiature interessate da ESD; transistor, diodi, diodi laser, dispositivi elettro-ottici, resistori a film di precisione, resistori a film sottili e spessi, condensatori, diversi semiconduttori, microcircuiti, dispositivi ibridi, cristalli piezoelettrici e dispositivi a circuiti integrati ancora più complessi possono essere facilmente siamo in grado di mostrare gli elementi. Molti generatori elettrostatici includono una carica triboelettrica; questo può essere spiegato come un contatto che può verificarsi tra i due materiali, seguito dalla separazione dei punti di contatto. In una tale azione, il movimento degli elettroni sarà da una superficie all'altra, creando uno squilibrio di carica tra i materiali. A questo punto, l'ESD può danneggiare direttamente le fonti di ricarica o caricare oggetti direttamente al momento del contatto. Queste situazioni ci dimostrano quanto sia efficace e negativo il potere dell'ESS nella nostra vita lavorativa.
Precauzioni contro l'ESD:
Tutti i conduttori e il personale nell'area di lavoro sono in contatto diretto con il terreno. Questo contatto crea un potenziale uguale tra tutti i conduttori e il personale di lavoro. Il potenziale di tensione (O) nel terreno è maggiore di zero e ha lo stesso potenziale in tutti gli altri elementi. Dovrebbero essere prese misure di protezione continua contro questo potenziale. L'intera area di lavoro (EPA) è protetta da segni e simboli ESD sensibili e notevoli e l'area di lavoro deve essere protetta dall'ESD marcando prima che il personale entri nell'area.
L'isolamento e l'isolamento richiesti nei processi servono a prevenire il flusso di elettroni dei conduttori e quindi a fornire un sistema di ionizzazione.
In un'area esterna protetta ESD, la borsa ESD sensibile forma uno scudo protettivo, ad esempio una gabbia di faraday, contro la carica triboelettrica. Queste borse sono protette contro lo scarico dai campi elettrostatici (EPA) e dalla penetrazione nel terreno. Personale e visitatori che entrano nell'area di lavoro; La messa a terra deve essere fornita indossando braccialetti o cinturini per i talloni, guanti o corrimano.I grembiuli ESD devono essere indossati regolarmente, i punti di lavoro e i documenti devono essere conservati in un dispositivo di protezione.
Detergenti contenenti silicone non dovrebbero essere usati. Poiché tali materiali impediscono la conduttività dello strato coibentato o il corretto funzionamento del materiale dissipativo, per pulire i coperchi ESD; Devono essere utilizzati detergenti ESD contenenti sostanze chimiche e soluzioni statiche.
In termini di sicurezza del personale, il materiale vecchio o deperibile deve essere sostituito con uno nuovo. L'interruttore di terra difettoso e altri dispositivi di sicurezza dovrebbero essere enfatizzati. Tuttavia, i dipendenti sono costantemente in contatto con le fonti elettriche ovunque si trovino.
È richiesto uno studio dettagliato per il controllo ambientale ESD (marcature), l'ispezione del prodotto, il collaudo, l'immagazzinamento, il carico, l'uso, la manutenzione, la ristrutturazione e la riparazione.
