توليد وتأثير وحماية الكهرباء الساكنة
I. توليد الكهرباء الساكنة:
1. الاحتكاك: في الحياة اليومية، تتولد الكهرباء الساكنة عندما يتلامس أي جسمين من مادتين مختلفتين ثم ينفصلا. الطريقة الأكثر شيوعًا لتوليد الكهرباء الساكنة هي من خلال الاحتكاك. كلما كان عزل المادة أفضل، كان من الأسهل توليد الكهرباء الساكنة من خلال الاحتكاك. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا توليد الكهرباء الساكنة عندما يتلامس أي جسمين من مواد مختلفة ثم ينفصلان.
2. الحث: بالنسبة للمواد الموصلة، يمكن للإلكترونات أن تتدفق بحرية على سطحها. إذا تم وضعها في مجال كهربائي، فإن الإلكترونات الموجبة والسالبة سوف تنتقل بسبب تنافر الشحنات المتشابهة وتجاذب الشحنات المختلفة.
3. التوصيل: بالنسبة للمواد الموصلة، يمكن للإلكترونات أن تتدفق بحرية على سطحها. إذا لامست جسمًا مشحونًا، فسيتم نقل الشحنة.
ثانيا. تأثير الكهرباء الساكنة على صناعة الإلكترونيات
إن تصغير الدوائر، والقدرة على تحمل الجهد المنخفض، ومساحة الدائرة الأصغر في مكونات الدوائر المتكاملة يضعف مقاومتها للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). تشكل المجالات والتيارات الكهروستاتيكية تهديدًا مميتًا لهذه المكونات{1}}ذات الكثافة العالية. وفي الوقت نفسه، فإن الاستخدام الواسع النطاق للمواد شديدة العزل مثل البلاستيك يزيد بشكل كبير من فرص توليد الكهرباء الساكنة. يتم توليد الكهرباء الساكنة في الحياة اليومية من خلال أنشطة مثل المشي وحركة الهواء والتعامل معها. في حين أنه من الشائع أن رقائق CMOS فقط هي الحساسة للكهرباء الساكنة، إلا أنه في الواقع، المكونات الإلكترونية شديدة التكامل حساسة للغاية.
أ. تأثيرات الكهرباء الساكنة على المكونات الإلكترونية
1. تجذب الكهرباء الساكنة الغبار، مما يغير المعاوقة بين الدوائر ويؤثر على وظائف المنتج وعمره.
2. يمكن أن تؤدي المجالات أو التيارات الكهربائية إلى إتلاف العزل أو موصلات المكونات، مما يجعلها غير صالحة للعمل (تدمر بالكامل).
3. يمكن للحرارة الناتجة عن المجالات أو التيارات الكهربائية اللحظية أن تلحق الضرر بالمكونات، مما يسمح لها بمواصلة العمل ولكن مع تقصير عمرها الافتراضي.
ب. خصائص أضرار الكهرباء الساكنة:
1. خبيث: لا يستطيع جسم الإنسان إدراك الكهرباء الساكنة بشكل مباشر ما لم يحدث تفريغ كهروستاتيكي. وحتى في هذه الحالة، لا يتم الشعور دائمًا بالإحساس بالصدمة الكهربائية. وذلك لأن جسم الإنسان لا يمكنه إدراك سوى جهد تفريغ إلكتروستاتيكي يبلغ 2-3 كيلو فولت.
2. الكامنة: لا تظهر بعض المكونات الإلكترونية انخفاضًا واضحًا في الأداء بعد تلف الكهرباء الساكنة، ولكن التفريغ المتكرر يمكن أن يسبب تلفًا داخليًا، مما يخلق مخاطر خفية ويزيد من حساسية المكون للكهرباء الساكنة. لا يوجد علاج للمشاكل الموجودة. 3. العشوائية: تحت أي ظروف ستعاني المكونات الإلكترونية من ضرر التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)؟ يمكن القول أنه منذ لحظة تصنيع أحد المكونات حتى فشله، فإنه يكون مهددًا بالتفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، ويكون توليد هذا التفريغ العشوائي (ESD) عشوائيًا. نظرًا لأن توليد وتفريغ التفريغ الكهروستاتيكي يحدث بشكل فوري، فمن الصعب التنبؤ بها والحماية منها.
4. تعقيد أضرار التفريغ الكهروستاتيكي: إن البنية المعقدة والحساسة للمنتجات الإلكترونية تجعل عمل التفريغ الكهروستاتيكي -يستهلك وقتًا طويلاً، ويتطلب عمالة-كثيفة، ومكلفة. وهو يتطلب في كثير من الأحيان تكنولوجيا متطورة، مما يستلزم في كثير من الأحيان استخدام أدوات دقيقة مثل المجهر الإلكتروني الماسح. ومع ذلك، يصعب تمييز بعض ظواهر تلف التفريغ الكهروستاتيكي عن الأضرار الناجمة عن أسباب أخرى، مما يؤدي إلى سوء تفسير حالات فشل التفريغ الكهروستاتيكي على أنها أنواع أخرى من حالات الفشل. قبل أن يتم التوصل إلى الفهم الكامل لأضرار التفريغ الكهروستاتيكي، غالبًا ما يُعزى ذلك إلى حالات الفشل المبكرة أو حالات الفشل غير المعروفة، وبالتالي يحجب السبب الحقيقي للفشل دون وعي.
5. الخطورة: في حين أن مشاكل البيئة والتنمية المستدامة قد تبدو أنها تؤثر فقط على مستخدمي المنتجات النهائية، إلا أنها تؤثر في الواقع على الشركات المصنعة على جميع المستويات، مثل تكاليف الضمان، وتكاليف الإصلاح، وسمعة الشركة.
ثالثا. ثلاثة أنواع من ESD
1. نوع جسم الإنسان: يشير هذا إلى شحنة الاحتكاك المتولدة بين الجسم والملابس أثناء النشاط البشري. 1. عندما يحمل الأشخاص أجهزة حساسة لـ ESD- دون تأريضها أولاً، ستنتقل الشحنات الكهربية الاحتكاكية إلى الأجهزة الحساسة لـ ESD- وتتسبب في حدوث ضرر.
2. نوع شحن الأجهزة الإلكترونية الدقيقة: يشير هذا إلى الأجهزة الحساسة ESD-، وخاصة الأجزاء البلاستيكية. أثناء الإنتاج الآلي، يتم توليد الشحنات الكهربائية الاحتكاكية. ويمكن تفريغ هذه الشحنات بسرعة من خلال خطوط المقاومة- المنخفضة إلى سطح عالي التوصيل ومؤرض بقوة، مما يتسبب في حدوث ضرر؛ أو يمكن أن تتسبب في شحن الأجزاء المعدنية للجهاز الحساس للتفريغ الكهروستاتيكي-من خلال الحث، مما يؤدي إلى تلفها.
3. النوع الناتج عن المجال-: يحدث عندما يحيط بالجهاز مجال كهربائي قوي، والذي قد ينشأ من مواد بلاستيكية أو ملابس. يحدث تحويل الإلكترون عبر طبقة الأكسيد. إذا تجاوز فرق الجهد ثابت العزل الكهربائي لطبقة الأكسيد، فسيتم توليد قوس كهربائي لتدمير طبقة الأكسيد، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي.
رابعا. الحماية الكهروستاتيكية
1. التأريض
يؤدي التأريض إلى تفريغ الكهرباء الساكنة مباشرة إلى الأرض من خلال توصيل سلكي. يعد هذا الإجراء الأكثر مباشرة وفعالية لمكافحة-الكهرباء الساكنة. بالنسبة للموصلات، يتم استخدام التأريض بشكل شائع، مثل ارتداء أحزمة معصم مضادة للكهرباء الساكنة- وتأريض أسطح العمل.
يتم تنفيذ التأريض من خلال الطرق التالية:
1) تأريض جسم الإنسان عن طريق أحزمة المعصم.
2) تأريض جسم الإنسان عن طريق أرضية مضادة للكهرباء الساكنة-أحذية (أو أربطة الحذاء) وأرضية مضادة للكهرباء الساكنة-.
3) تأريض سطح طاولة العمل.
4) تأريض أدوات الاختبار وحاملي الأدوات ومكاوي اللحام.
5) تأريض-الأرضيات والحصائر المقاومة للكهرباء الساكنة.
6) تأريض عربات النقل والصناديق والرفوف المقاومة للكهرباء الساكنة- كلما أمكن ذلك.
7) تأريض الكراسي المقاومة للكهرباء الساكنة-.
2. التدريع الكهروستاتيكي
قد تتعرض المكونات الحساسة للكهرباء الساكنة للكهرباء الساكنة أثناء التخزين أو النقل. يمكن أن يقلل التدريع الكهروستاتيكي من تأثير الكهرباء الساكنة الخارجية على المكونات الإلكترونية. تتمثل أكثر الطرق شيوعًا في استخدام أكياس الحماية الكهروستاتيكية وصناديق الدوران المضادة-للكهرباء الساكنة للحماية. بالإضافة إلى ذلك، توفر الملابس المضادة للكهرباء الساكنة- بعض الحماية ضد الكهرباء الساكنة.