Statik Elektriğin Üretimi, Etkisi ve Korunması
I. Statik Elektrik Üretimi:
1. Sürtünme: Günlük yaşamda, farklı malzemelerden yapılmış iki nesnenin temas etmesi ve ayrılması durumunda statik elektrik oluşur. Statik elektrik üretmenin en yaygın yöntemi sürtünmedir. Bir malzemenin yalıtımı ne kadar iyi olursa sürtünme yoluyla statik elektrik üretilmesi de o kadar kolay olur. Ek olarak, farklı maddelerden oluşan herhangi iki nesne temas edip ayrıldığında da statik elektrik üretilebilir.
2. İndüksiyon: İletken malzemeler için elektronlar yüzeylerinde serbestçe akabilir. Bir elektrik alanına yerleştirildiğinde, pozitif ve negatif elektronlar benzer yüklerin itilmesi ve farklı yüklerin çekilmesi nedeniyle aktarılacaktır.
3. İletim: İletken malzemelerde elektronlar yüzeylerinde serbestçe akabilir. Yüklü bir nesneyle temasa geçmeleri durumunda yük aktarımı gerçekleşir.
II. Statik Elektriğin Elektronik Sektörüne Etkisi
Entegre devre bileşenlerinde devrelerin minyatürleştirilmesi, daha düşük voltaj dayanım kapasitesi ve daha küçük devre alanı, bunların elektrostatik boşalmaya (ESD) karşı direncini zayıflatır. Elektrostatik alanlar ve akımlar bu yüksek-yoğunluklu bileşenler için ölümcül tehdit haline gelir. Aynı zamanda, plastik gibi yüksek düzeyde yalıtkan malzemelerin yaygın kullanımı, statik elektrik üretimi olasılığını büyük ölçüde artırmaktadır. Günlük yaşamda yürüme, hava hareketi ve elleçleme gibi aktiviteler yoluyla statik elektrik üretilir. Genellikle yalnızca CMOS çiplerinin statik elektriğe duyarlı olduğuna inanılsa da gerçekte yüksek düzeyde entegre edilmiş elektronik bileşenler oldukça hassastır.
A. Statik Elektriğin Elektronik Bileşenler Üzerindeki Etkileri
1. Statik elektrik, tozu çekerek devreler arasındaki empedansı değiştirir ve ürünün işlevselliğini ve ömrünü etkiler.
2. Elektrik alanları veya akımlar bileşenlerin izolasyonuna veya iletkenlerine zarar vererek bunları çalışmaz hale getirebilir (tamamen tahrip olabilir).
3. Anlık elektrik alanları veya akımlar tarafından üretilen ısı, bileşenlere zarar vererek bunların çalışmaya devam etmesine olanak tanır ancak ömrünü kısaltabilir.
B. Statik Elektrik Hasarının Özellikleri:
1. Sinsi: Elektrostatik boşalma meydana gelmediği sürece insan vücudu statik elektriği doğrudan algılayamaz. O zaman bile elektrik çarpması hissi her zaman hissedilmez. Bunun nedeni, insan vücudunun yalnızca 2-3KV'lik bir elektrostatik deşarj voltajını algılayabilmesidir.
2. Gizli: Bazı elektronik bileşenler, statik elektrik hasarından sonra belirgin bir performans düşüşü göstermez, ancak tekrarlanan deşarjlar dahili hasara neden olabilir, gizli tehlikeler yaratabilir ve bileşenin statik elektriğe karşı duyarlılığını artırabilir. Mevcut sorunların çaresi yok. 3. Rastgelelik: Elektronik bileşenler hangi koşullar altında elektrostatik boşalma (ESD) hasarına maruz kalır? Bir bileşenin üretildiği andan arızalandığı ana kadar ESD tehdidi altında olduğu ve bu ESD'nin oluşumunun rastgele olduğu söylenebilir. ESD'nin oluşumu ve deşarjı anında meydana geldiğinden bunların tahmin edilmesi ve bunlara karşı koruma sağlanması zordur.
4. ESD Hasarının Karmaşıklığı: Elektronik ürünlerin karmaşık ve hassas yapısı, ESD çalışmasını zaman-tüketici, emek-yoğun ve pahalı hale getirir. Genellikle taramalı elektron mikroskopları gibi hassas aletlerin kullanılmasını gerektiren gelişmiş teknoloji gerektirir. Öyle bile olsa, bazı ESD hasar olaylarını diğer nedenlerden kaynaklanan hasarlardan ayırt etmek zordur, bu da ESD arızalarının diğer arıza türleri olarak yanlış yorumlanmasına yol açar. ESD hasarının tam olarak anlaşılmasından önce, bu hasar genellikle erken arızalara veya kaynağı bilinmeyen arızalara atfedilir ve böylece arızanın gerçek nedeni bilinçsizce gizlenir.
5. Önem Derecesi: ESD sorunları yalnızca bitmiş ürünlerin kullanıcılarını etkiliyor gibi görünse de aslında garanti maliyetleri, onarım maliyetleri ve şirket itibarı gibi üreticileri her düzeyde etkiler.
III. Üç Tür ESD
1. İnsan Vücudu Tipi: Bu, insan faaliyetleri sırasında vücut ve giysi arasında oluşan sürtünme yükünü ifade eder.. 1. İnsanlar ESD-hassas cihazlarını önce topraklamadan tuttuklarında, triboelektrik yükler ESD-hassas cihazlarına aktarılacak ve hasara neden olacaktır.
2. Mikroelektronik cihazların şarj türü: Bu, ESD-hassas cihazları, özellikle de plastik parçaları ifade eder. Otomatik üretim sırasında triboelektrik yükler üretilir. Bu yükler, düşük-dirençli hatlar üzerinden hızla yüksek iletkenliğe sahip, sağlam şekilde topraklanmış bir yüzeye boşaltılabilir ve hasara neden olabilir; veya ESD-duyarlı cihazın metal parçalarının indüksiyon yoluyla şarj olmasına neden olarak hasara yol açabilirler.
3. Alan-kaynaklı tür: Bu, plastik malzemelerden veya giysilerden kaynaklanabilecek güçlü bir elektrik alanı cihazı çevrelediğinde meydana gelir. Elektron dönüşümü oksit tabakası boyunca meydana gelir. Potansiyel fark oksit tabakasının dielektrik sabitini aşarsa, oksit tabakasını yok edecek bir elektrik arkı üretilecek ve bu da kısa devreye neden olacaktır.
IV. Elektrostatik Koruma
1. Topraklama
Topraklama, bir kablo bağlantısı yoluyla statik elektriği doğrudan toprağa boşaltır. Bu, en doğrudan ve etkili anti-statik önlemdir. İletkenler için, anti-bilek kayışlarının takılması ve çalışma yüzeylerinin topraklanması gibi topraklama yaygın olarak kullanılır.
Topraklama aşağıdaki yöntemlerle gerçekleştirilir:
1) İnsan vücudunun bilek kayışları aracılığıyla topraklanması.
2) Anti-statik ayakkabılar (veya ayakkabı bağcıkları) ve anti-statik zemin kaplama yoluyla insan vücudunun topraklanması.
3) Tezgah yüzeyinin topraklanması.
4) Test aletlerinin, alet tutucularının ve havyaların topraklanması.
5) Anti-zemin ve paspasların topraklanması.
6) Anti-taşıma arabalarının, kutuların ve rafların mümkün olduğunca topraklanması.
7) Anti-esd sandalyelerin topraklanması.
2. Elektrostatik Koruma
Elektrostatik duyarlı bileşenler depolama veya nakliye sırasında statik elektriğe maruz kalabilir. Elektrostatik koruma, harici statik elektriğin elektronik bileşenler üzerindeki etkisini azaltabilir. En yaygın yöntemler, koruma için elektrostatik koruma torbaları ve anti-statik değiştirme kutuları kullanmaktır. Ek olarak, anti-statik giysiler statik elektriğe karşı bir miktar koruma sağlar.