La generación, el impacto y la protección de la electricidad estática
I. La Generación de Electricidad Estática:
1. Fricción: En la vida diaria, la electricidad estática se genera cuando dos objetos cualesquiera de diferentes materiales entran en contacto y luego se separan. El método más común para generar electricidad estática es mediante fricción. Cuanto mejor sea el aislamiento de un material, más fácil será generar electricidad estática mediante la fricción. Además, la electricidad estática también se puede generar cuando dos objetos de diferentes sustancias entran en contacto y luego se separan.
2. Inducción: En el caso de los materiales conductores, los electrones pueden fluir libremente sobre su superficie. Si se colocan en un campo eléctrico, los electrones positivos y negativos se transferirán debido a la repulsión de cargas similares y la atracción de cargas diferentes.
3. Conducción: En el caso de los materiales conductores, los electrones pueden fluir libremente sobre su superficie. Si entran en contacto con un objeto cargado, se producirá una transferencia de carga.
II. El impacto de la electricidad estática en la industria electrónica
La miniaturización de los circuitos, la capacidad de soportar voltajes más bajos y el área de circuito más pequeña en los componentes de los circuitos integrados debilitan su resistencia a las descargas electrostáticas (ESD). Los campos y corrientes electrostáticos se convierten en amenazas mortales para estos componentes de alta-densidad. Al mismo tiempo, el uso generalizado de materiales altamente aislantes, como los plásticos, aumenta considerablemente las posibilidades de generación de electricidad estática. La electricidad estática se genera en la vida diaria mediante actividades como caminar, movimiento del aire y manipulación. Aunque comúnmente se cree que sólo los chips CMOS son sensibles a la electricidad estática, en realidad, los componentes electrónicos altamente integrados son bastante sensibles.
A. Efectos de la electricidad estática en los componentes electrónicos
1. La electricidad estática atrae el polvo, alterando la impedancia entre los circuitos y afectando la funcionalidad y vida útil del producto.
2. Los campos o corrientes eléctricas pueden dañar el aislamiento o los conductores de los componentes, dejándolos inoperables (completamente destruidos).
3. El calor generado por campos o corrientes eléctricas instantáneas puede dañar los componentes, permitiéndoles seguir funcionando pero acortando su vida útil.
B. Características de los daños por electricidad estática:
1. Insidioso: El cuerpo humano no puede percibir directamente la electricidad estática a menos que se produzca una descarga electrostática. Incluso entonces, no siempre se siente la sensación de una descarga eléctrica. Esto se debe a que el cuerpo humano sólo puede percibir un voltaje de descarga electrostática de 2-3 KV.
2. Latente: Algunos componentes electrónicos no muestran una disminución obvia en el rendimiento después de un daño por electricidad estática, pero las descargas repetidas pueden causar daños internos, creando peligros ocultos y aumentando la sensibilidad del componente a la electricidad estática. No existe cura para los problemas existentes. 3. Aleatoriedad: ¿En qué circunstancias los componentes electrónicos sufrirán daños por descargas electrostáticas (ESD)? Se puede decir que desde el momento en que se fabrica un componente hasta que falla, está amenazado por ESD, y la generación de esta ESD es aleatoria. Debido a que la generación y descarga de ESD ocurren instantáneamente, son difíciles de predecir y proteger contra ellas.
4. Complejidad de los daños por ESD: la estructura compleja y delicada de los productos electrónicos hace que el trabajo de ESD requiera mucho tiempo, trabajo-y sea costoso. A menudo requiere tecnología sofisticada, lo que a menudo exige el uso de instrumentos de precisión, como microscopios electrónicos de barrido. Aun así, algunos fenómenos de daño por ESD son difíciles de distinguir de los daños causados por otras razones, lo que lleva a una interpretación errónea de las fallas por ESD como otros tipos de fallas. Antes de lograr una comprensión completa de los daños por ESD, a menudo se atribuyen a fallas tempranas o fallas de origen desconocido, oscureciendo así inconscientemente la verdadera causa de la falla.
5. Gravedad: Si bien puede parecer que los problemas de ESD solo afectan a los usuarios de productos terminados, en realidad afectan a los fabricantes en todos los niveles, como los costos de garantía, los costos de reparación y la reputación de la empresa.
III. Tres tipos de ESD
1. Tipo de cuerpo humano: esto se refiere a la carga de fricción generada entre el cuerpo y la ropa durante la actividad humana.. 1. Cuando las personas sostienen dispositivos sensibles a ESD-sin conectarlos a tierra primero, las cargas triboeléctricas se transferirán a los dispositivos sensibles a ESD-y causarán daños.
2. Tipo de carga de dispositivos microelectrónicos: se refiere a dispositivos sensibles a ESD-, especialmente piezas de plástico. Durante la producción automatizada se generan cargas triboeléctricas. Estas cargas pueden descargarse rápidamente a través de líneas de baja-resistencia a una superficie altamente conductora y firmemente conectada a tierra, causando daños; o pueden causar que las partes metálicas del dispositivo sensible a ESD-se carguen por inducción, lo que provocará daños.
3. Tipo inducido por campo-: ocurre cuando un fuerte campo eléctrico rodea el dispositivo, que puede provenir de materiales plásticos o ropa. La conversión de electrones se produce a través de la capa de óxido. Si la diferencia de potencial excede la constante dieléctrica de la capa de óxido, se generará un arco eléctrico para destruir la capa de óxido, lo que provocará un cortocircuito.
IV. Protección electrostática
1. Puesta a tierra
La conexión a tierra descarga electricidad estática directamente a la tierra a través de una conexión de cable. Esta es la medida antiestática más directa y eficaz. Para los conductores, se utiliza comúnmente la conexión a tierra, por ejemplo mediante el uso de muñequeras antiestáticas y superficies de trabajo con conexión a tierra.
La conexión a tierra se implementa mediante los siguientes métodos:
1) Puesta a tierra del cuerpo humano mediante muñequeras.
2) Conexión a tierra del cuerpo humano mediante zapatos (o cordones) antiestáticos y suelos antiestáticos.
3) Puesta a tierra de la superficie del banco de trabajo.
4) Puesta a tierra de instrumentos de prueba, portaherramientas y soldadores.
5) Puesta a tierra de pisos y tapetes antiestáticos.
6) Conexión a tierra de carros, cajas y bastidores de transporte antiestáticos siempre que sea posible.
7) Puesta a tierra de sillas anti-estáticas.
2. Blindaje electrostático
Los componentes sensibles a la electrostática pueden quedar expuestos a la electricidad estática durante el almacenamiento o el transporte. El blindaje electrostático puede reducir el impacto de la electricidad estática externa en los componentes electrónicos. Los métodos más comunes son el uso de bolsas de protección electrostática y cajas de rotación antiestáticas para protección. Además, la ropa anti-estática proporciona cierta protección contra la electricidad estática.