Elektronik Sektöründe Statik Elektrik Tehlikesi Nasıl Oluşur?
Elektronik endüstrisindeki statik elektrik tehlikeleri iki kategoriye ayrılabilir: birincisi, elektrostatik çekimin neden olduğu havadaki tozun soğurulmasıdır; diğeri ise elektrostatik boşalmanın neden olduğu dielektrik bozulmadır.
1. Elektrostatik Adsorpsiyon
Yarı iletken bileşenlerin üretim sürecinde, yüksek yalıtım özelliklerine sahip kuvars ve polimerlerden yapılmış alet ve malzemelerin yoğun kullanımı nedeniyle, kullanım sırasındaki kaçınılmaz sürtünme, yüzey yüklerinin sürekli olarak birikmesine neden olarak potansiyeli artırabilir.
Statik elektriğin mekanik etkileri nedeniyle iş yerinde havayla taşınan tozlar bu koşullar altında kolaylıkla talaş yüzeyine yapışabilmektedir. Küçük toz parçacıkları bile yarı iletken cihazların performansını etkileyebilir. Bu nedenle elektronik ürünlerin üretiminin temiz bir ortamda gerçekleştirilmesi ve operatörlerin, araçların ve çevrenin statik elektrik tehlikelerinin oluşumunu önlemek ve azaltmak için bir dizi anti-statik önlem alması gerekir.
2. Dielektrik Arızanın Sınıflandırılması
Statik elektriğin neden olduğu bileşenlerin bozulması, elektronik endüstrisindeki statik elektrik tehlikesinin ana biçimidir. Güçlü bir elektrik alanında alan şiddeti arttıkça yük birikir. Belirli bir seviyeye ulaştığında dielektrik polarizasyonunu kaybeder ve iletken hale gelir ve sonuçta termal hasara yol açar. Bu olaya dielektrik bozulma denir. Dielektrik bozulma üç tipe ayrılabilir: termal bozulma, kimyasal bozulma ve elektriksel bozulma.
(1) Termal Arıza
Bir dielektrik çalışırken, enerji kaybıyla üretilen ısı çevreye yayılan ısıyı aşarsa, dielektrik sıcaklığı hızla yükselir ve termal hasar oluşana kadar iletkenliği artırır. Bu nedenle termal bozulmadaki temel sorun ısı yayılımıdır. Termal tasarım, ürün tasarımının çok önemli bir yönüdür.
(2) Kimyasal Parçalanma
Yüksek voltaj altında güçlü bir elektrik alanı, dielektrik yüzeyindeki veya dielektrik içindeki kusurların veya gözeneklerin yakınında lokalize hava çarpışma iyonizasyonuna neden olabilir. Bu iyonizasyon, dielektrik parlamaya neden olarak, yalıtım performansını azaltan ve dielektrik hasarına yol açan kimyasal maddeleri (-ozon ve karbon dioksit-) üretir.
(3) Elektrik Arızası
Elektriksel bozulma, bir dielektrik güçlü bir elektrik alanına maruz kaldığında meydana gelir ve bu da onun serbest elektronlar yaymasına neden olur. Serbest elektronlar, elektrik alan kuvvetinin artmasıyla birlikte hızla artar, böylece dielektrik maddenin yalıtkan özellikleri tahrip olur. Elektriksel bozulmanın temelde yük birikiminden kaynaklandığı açıktır; bu nedenle yük birikiminin önlenmesi elektrik arızasını önleyebilir.
3. Elektrostatik Arıza ve Deşarj
(1) Elektrostatik Deşarj
Her ne kadar elektrostatik boşalma ve harici kararlı bir güç kaynağı tarafından üretilen boşalma yük birikiminden kaynaklansa da, aralarında önemli farklılıklar vardır. Birincisi, elektrostatik deşarj durumunda, deşarj kaynağı uzay yüküdür ve bu nedenle, sürekli olarak deşarj etme kabiliyetine sahip harici bir güç kaynağının aksine, depolanan enerjisi sınırlıdır. Dolayısıyla yalnızca kısa-vadeli, yerelleştirilmiş arıza için enerji sağlayabilir. Elektrostatik boşalmanın enerjisi nispeten küçük olmasına rağmen, boşalma dalga biçimi çok karmaşıktır ve kontrol edilmesi zordur. Yarı iletken cihazların yumuşak bozulması bununla ilgilidir.
(2) Elektrostatik Arıza
Elektrostatik boşalmanın neden olduğu bileşen arızası hasarı, elektronik endüstrisinde, özellikle elektronik ürünlerin imalatında ve montajında en yaygın ve ciddi tehlikedir. Elektrostatik boşalma, cihazların sert veya hafif bozulmasına neden olabilir. Kesin arıza, cihazın çıkışı ve girişi arasında açık devre veya kısa devre gibi cihazın-bir kerelik kalıcı arızasıdır. Yumuşak arıza, bileşenlerin performansını düşürebilir ve özelliklerini azaltarak arıza potansiyeli yaratabilir. Geçici arıza, devrelerin aralıklı olarak arızalanmasına neden olduğundan (özelliklerin azalması nedeniyle) ve tespit edilmesi zor olduğundan, genel sistem çalışması ve sorun giderme açısından önemli sorunlara neden olur. Hafif arıza sırasında ekipman hala bir "arızayla" çalışabilir, performansı temel olarak değişmeyebilir ve fabrika denetimini geçebilir ancak herhangi bir zamanda yeniden arızalanmaya eğilimlidir. Birden fazla geçici arıza, ciddi arızaya yol açarak ekipmanın anormal çalışmasına neden olabilir, bu da kullanıcılar açısından kayıplara, üreticinin itibarının ve ürün satışlarının zedelenmesine ve hatta ülkede telafisi mümkün olmayan kayıplara neden olabilir.
4. İnsan Vücudundan Gelen Statik Elektrik
Endüstriyel üretimde, bileşen hasarının ve elektronik ekipmanın normal çalışmasına müdahalenin ana nedeni, insan vücudundaki elektrostatik boşalmadır. İnsan vücudundaki elektrostatik boşalma, elektrik çarpmasına ve yaralanmalara neden olabileceği gibi ikincil kazaları da (örn. bileşen hasarı) tetikleyebilir, bu nedenle ciddiye alınmalıdır. Statik elektrik, insan vücudunun günlük işler sırasında tükettiği mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmesi sonucu üretilir. İnsan vücudu statik bir iletkendir. Yerden yalıtıldığında (örneğin yalıtkan malzemeden yapılmış ayakkabılarla), gövde ile toprak arasında elektrik yükünü depolayan bir kapasitör oluşturulur. Şarj voltajı tipik olarak 50kV'a eşit veya daha azdır.
Çok yaygın ve incelikli bir eylem oldukça yüksek bir statik voltaj üretebilir. İnsan vücudu yüklü bir maddeyi boşalttığında değişen derecelerde tepki verecektir; bu reaksiyona elektrik çarpması duyarlılığı denir. Statik şok büyük bir fizyolojik hasara neden olmasa da sağlığı etkileyebilir veya vücuda zarar verebilir.
Elektrik çarpması yaralanması sınırı 3,0kV'dir. Ayrıca, yüklü bir gövdeyle statik-duyarlı cihazlara dokunmak bu cihazlara zarar verebilir.
III. Anti-Statik Kontrol Teknolojisi (Ölçümler)
Elektrostatik boşalmanın ilkelerine, tehlikelerine ve yasalarına dayanarak, zararı önlemek amacıyla etkili anti-statik kontrol önlemleri oluşturmak için aşağıdaki ilkeler izlenebilir.
a) Elektrostatik kontrolü tasarıma dahil edin
b) Elektrostatik yük birikimini önleyin ve statik elektrik oluşumunu bastırın ve azaltın
c) Hızlı ve güvenli bir deşarj kanalı oluşturmak
d) Anti-statik önlemlerin etkinliğini tespit etmek ve izlemek
1. Elektrostatik kontrolü tasarıma dahil edin
(1) Üretim ortamının anti-statik tasarımı
Elektronik ürünlere ilişkin üretim ortamının anti-statik tasarımı, ESD kontrolünün anahtarıdır. Tasarım, elektronik bileşenlerin yalıtım filmine, tüm makinedeki elektrostatik duyarlı cihazların (ESDS) elektrostatik arıza voltajına ve üretim ekipmanının anti-statik performansına dayanmaktadır. Üreticilerin, üretim sürecindeki en hassas bileşenlerin belirlediği belirli bir ESD kontrol seviyesi belirlemesi ve üretim ortamının bu seviyenin güvenliğini sağlaması gerekir. DGJ08-83-2000 "Anti-Statik Mühendislik Teknik Şartnamesi"ne göre, statik elektriği kontrol etmeye yönelik mühendislik tasarımı özellikle üç seviyeye ayrılmıştır: Seviye 1 standardı, kontrol odasındaki elektrostatik potansiyelin mutlak değerinin 100V'tan büyük olmamasıdır; Seviye 2 standardı, kontrol odasındaki elektrostatik potansiyelin mutlak değerinin 200V'tan büyük olmamasıdır; Seviye 3 standardı, kontrol odasındaki elektrostatik potansiyelin mutlak değerinin 1000V'tan büyük olmamasıdır. Anti-statik mühendislik sınıflandırma standartları için geçerli yerler aşağıdaki Tablo 5'te gösterilmektedir:
Statik elektrik hasarı görünmez olduğundan, ESD tehlikelerinin ortadan kaldırılması birincil yaklaşım olarak önlemeyi gerektirir. Çalışma alanında elektrostatik korumalı alanlar (EPA'lar) kurulmalıdır. IEC 1340-5-1 (1995) "Elektronik cihazların korunmasına yönelik genel gereklilikler" uyarınca, EPA'ların temel gereksinimi, personeli, malzemeleri ve çalışma yüzeylerini birbirine bağlayan ve farklı nesneler arasındaki potansiyel farkları önlemek için bunları ortak bir zemine elektriksel olarak bağlayan eş potansiyel bağlantıdır. Aynı potansiyeli veya sıfır potansiyeli koruyan malzemeler arasında ESD oluşmadığından, EPA ortamındaki ESD'ye yatkın cihazlar veya devre kartları ESD hasarından korunur.