Антистатичний захист і статична електрика (ESD)
Статична електрика — небезпечний ворог мікросхем високого ступеня інтеграції. Якщо недооцінити його вплив, то можна зазнати відчутних збитків. Попри те, що електростатичний розряд є переносником невеликої кількості енергії, велика різниця потенціалів та висока швидкість їхньої зміни призводять до утворення струмів. Цих струмів достатньо для миттєвого виведення з ладу чутливої електроніки. Вони також можуть нанести мікросхемі спочатку непомітні, але критичні ушкодження. Виявити елемент з пошкодженими параметрами вкрай складно, а надалі відбувається поступова його відмова. Оснащення виробничих ліній засобами антистатичного захисту стало стандартом, ігнорувати який компанії, що займаються виготовленням електронних пристроїв, сьогодні вже не можуть собі дозволити.
Коли і як утворюється електростатичний заряд?
Приклади:
- при вологості повітря 65-90% людина, що йде по килиму, генерує потенціал до 1000 В;
- що сидить на стільці з поліетиленовим покриттям — 1500 В;
- що піднімає зі столу портфель з синтетичного матеріалу — до 1200 В.
При вологості 10-20% значення напруги становлять відповідно 35 000, 18 000 і 20 000 В, у той час як для деяких виробів мікроелектроніки потенціал в сотні вольт є фатальним.
Шляхи утворення електростатичного заряду
Трибоелектричний. При розділенні двох контактуючих поверхонь: одна заряджається позитивно, інша – негативно. Приклади: переміщення об'єктів по поверхні столу, ходіння по килимовій поверхні, операції з монтажним інструментом.
Індукційний. При переміщенні зарядженого об'єкта поблизу незарядженого, у другому формується статичний заряд з протилежним знаком. Приклад: дотик до корпусу мікросхеми статично зарядженим пальцем руки. Зверніть увагу: для пошкодження кристала індукційними струмами не обов'язково навіть торкатися рукою безпосередньо до виводів корпусу мікросхеми.
Ємнісний. Q (заряд) = С (ємність) x U (напруга), тому зменшення C викликає зростання U. Приклад: при піднятті сумки зі столу може відбутись вплив статичної напруги на мікросхему, що лежить поруч. Одна з найбільш небезпечних для електронних компонентів ситуацій: розмотування рулону поліетилену на пакувальному столі дистриб'ютора електронних компонентів.
Теорія антистатики
Використовувані символи
Відповідно до стандарту IEC60417, чорним трикутником з жовтою перекресленою кистю руки позначаються об'єкти, чутливі до впливу розряду статичної електрики. Цей же символ використовують у ролі попереджувального знаку на табличках і наклейках, що мають жовте поле з чорною лінією по периметру і текстову інформацію.
Терміни та скорочення
- ESD (electrostatic discharge) — розряд статичної електрики;
- ЕРА (ESD protected area) — ESD-захищена зона;
- electrostatic conductive — матеріал з поверхневим опором у діапазоні від 100 Ом до 10 кОм, який розглядають стосовно до ESD як провідний (електропровідний, струмопровідний);
- electrostatic dissipative — матеріал з поверхневим опором у діапазоні від 10 кОм до 100 ГОм, що називають за термінологією ESD-розсіювачем;
- insulator — матеріал з поверхневим опором вище 100 ГОм, що називають ізолятором або діелектриком.
Засіб захисту називається антистатичним (ESD-approved), якщо він захищає:
- від неконтрольованого безпосереднього розряду будь-якого зарядженого об'єкта через об'єкт, який захищають;
- від неконтрольованого безпосереднього заряду або розряду самого об'єкта, який захищають;
- від неконтрольованого трибоелектричного або індукційного заряду об'єкта, який захищають.
Стандарти
Стандарти IEC (Міжнародна електротехнічна комісія, International Electrotechnical Commission):
- IEC61340-5-1 Electrostatics, Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena. General requirements (1998)
- IEC 61340-5-2 Electrostatics, Part 5-2: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena. User guide (1999)
- IEC 61340-4-1 Electrostatics, Part 4-1: Standard test methods for specific applications. Electrostatic behavior of floor coverings and installed floors (1995)
- IEC 61340-4-3 Electrostatics, Part 4-3: Standard test methods for specific applications. Footwear (2001)
- IEC 61340-2-1 Electrostatics, Part 2-1: Measurement methods - ability of materials and products to dissipate static electric charge (2002)
- IEC 61340-2-3 Electrostatics, Part 2-3: Methods of test for determining resistance and resistivity of solid planar materials used to avoid electrostatic charge accumulation (2000)
Нормативи
Початкове уявлення про чинні міжнародні нормативи в області антистатичного оснащення можна отримати з таблиці, яка частково взята із стандарту IEC61340-5-1. Для найбільш вичерпного і коректного трактування наведених у ній значень параметрів необхідно враховувати умови тестування, яким в стандарті присвячено цілий розділ. З урахуванням комерційного розповсюдження стандарту, в межах цієї статті ми не розглядаємо цей розділ.
| Типи об'єктів в антистатичній зоні | Поверхневий опір або опір «точка-точка» | Прохідний опір до землі або точки заземлення антистатичної зони | Час стікання заряду (для об'єктів з опором більше 10 ГОм та ізоляторів) |
|---|---|---|---|
| Настільні покриття, складські полиці, транспортні візки | 10 кОм — 10 ГОм | 750 кОм — 1 ГОм | |
| Покриття підлоги | Не вище 1 ГОм. Нижня межа визначається вимогами електробезпеки. При використанні взуття та покриття підлоги як первинного засобу заземлення загальний опір рекомендується в межах 750 кОм — 35 МОм | ||
| Взуття в робочому стані (опір на металевій плиті) в якості первинного чи вторинного засобу заземлення | 50 кОм — 100 МОм (для пари) і 100 кОм — 100 МОм (одна). При використанні взуття та покриття підлоги як первинного засобу заземлення загальний опір рекомендується в межах 750 кОм — 35 МОм | ||
| Предмети одягу (халати, штани і т.п.) | Не вище 1000 ГОм. Нижня межа визначається вимогами електробезпеки | від 1000 В до 100 В не більше 2 секунд | |
| Сидіння стільця | не вище 10 ГОм | ||
| Браслет (окремо, до роз'ємної кліпси) | не вище 10 кОм | ||
| Шнур для браслета | 750 кОм — 5 МОм з розрахунку напруги мережі живлення 230 В змінного струму; потужність резистора не менше 0,25 Вт | ||
| Браслет зі шнуром у системі заземлення | 750 кОм — 35 МОм | ||
| Інструменти | Не вище 1000 ГОм. Обмеження знизу визначається вимогами електробезпеки | від 1000 В до 100 В не більше 2 секунд | |
| Іонізатори | Нейтралізація заряду в зоні дії: від 1000 В до 100 В не більше 20 секунд |
Три правила антистатики
Людина є основним «генератором» статичного заряду в робочій зоні, тому індивідуальні засобу ESD-захисту є ключовим пунктом будь-якої антистатичної програми. Вважається, що близько 70% ушкоджень електронних компонентів статичною електрикою викликані ненадійним заземленням персоналу. Для забезпечення ESD-безпеки на робочому місці і у виробничих приміщеннях слід дотримуватися трьох базових правил:
- Використовувати тільки антистатичні матеріали та інструмент.
- Забезпечити надійне заземлення всіх «заземлюваних» об'єктів, з яких принципово може стікати заряд через провідники.
- З робочої зони по можливості видалити діелектричні матеріали, що мають поверхневий опір більше 100 ГОм. Заземлення цих матеріалів за допомогою провідників не дає практичних результатів. У випадках, якщо уникнути їх використання не вдається, в робочій зоні застосовується локальна іонізація повітря.
Засоби електростатичної безпеки
Пристібатися ременем безпеки в автомобілі люблять далеко не всі, хоча мало хто заперечує його користь в разі аварії. Схожа ситуація з антистатичним браслетом: без нього працювати комфортніше. І все ж не варто покладатися на щасливий випадок, антистатичний захист повинен застосовуватись на всіх підприємствах, що займаються виробництвом та ремонтом сучасної електроніки.
Індивідуальні антистатичні засоби
Щоб зняти статичний заряд з тіла людини використовують антистатичний браслет. Браслет з'єднують з шиною заземлення кабелем, що містить резистор опором 1 МОм. Антистатичний браслет є найбільш поширеним первинним способом стаціонарного заземлення для працівника, що сидить.
Також дуже корисними можуть бути антистатичні рукавички або шкарпетки. Їх виготовляють з суміші бавовни, акрилу і нейлону з провідними волокнами (нікельована нитка). В рукавичках провідні волокна зосереджені біля пальців, в шкарпетках – біля п'яти, що перешкоджає виникненню статичної електрики.
На робочому місці не менш потрібним може виявитися антистатичний килимок, виготовлений з нітрил-бутадієнової гуми. Основа - чорна гума товщиною 1,5 мм, яка перешкоджає відображенню флуоресцентного світла. Зелена гума, товщиною 0,5 мм, поліпшує зчеплення. Для підвищення зносостійкості при виготовленні використовуються посилені матеріали, завдяки чому покриття витримує навантаження стільця або візка. За допомогою коннектора і кабеля килимок підключається до шини заземлення.
Також широко використовується антистатична накидка для стільця. Вона універсальна і дуже легко одягається і знімається. Накидка складається з тих же матеріалів що рукавички і шкарпетки, також прекрасно вентилюється. Опір зовнішнього шару накидки від 10-2 до 106 Ом/м2. У комплекті йде кабель з опором 1 МОм і довжиною 1.8 м для з'єднання з шиною заземлення.
Всі текстильні засоби антистатичного захисту можна прати.
