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电子元件的静电解决方案
发布时间:2020-09-18 10:54浏览次数:

1、静电放电

        静电放电(ESD)是众所周知的电磁兼容性问题,可能导致电子设备发生故障或损坏它。当半导体器件单独放置或安装在电路模块中时,即使未通电,它们也可能对这些器件造成永久性损坏。静电放电敏感组件称为静电放电敏感设备(ESDS)。

        如果组件的两个或多个引脚之间的电压超过组件电介质的击穿强度,则组件将被损坏。这是MOS装置发生故障的主要原因。氧化层越薄,设备对静电放电越敏感。故障通常表现为对电源本身具有一定电阻的短路。对于双极型器件,损坏通常发生在已经被金属化并被薄氧化物层隔开的有源半导体区域中,因此将发生严重泄漏的路径。

       当节点的温度超过半导体硅的熔点(1415°C)时,会引起另一个故障。静电放电脉冲的能量会引起局部加热,因此该机制将失效。即使电压低于绝缘击穿电压,也会发生此故障。一个典型的例子是,NPN晶体管的发射极和基极之间的击穿将导致电流增益急剧下降。

        设备受到静电放电影响后,可能不会立即发生功能损坏。这些潜在损坏的组件通常被称为“脆片”,并且在使用时,将对后续的静电放电或导电瞬变更加敏感。重要的是要密切注意放电电压不容易检测到的组件损坏。人体会感觉到3000-5000V之间的静电放电电压,但是,损坏组件时的电压仅为几百伏。静电放电的有害影响在1970年代开始被认识到。这是由于新技术的发展使组件对静电放电造成的损坏越来越敏感。每年静电放电造成的损失可能超过数百万美元。因此,许多大型零部件和设备制造商都引进了专业技术来减少生产环境中的静电积累,从而提高了产品合格率和可靠性。用户还可以根据自己的经验了解防止静电放电损坏的重要性。

2、静电如何处理

        控制静电积累的第一步是了解静电荷产生的机理。静电电压是通过接触和分离不同种类的物质产生的。尽管摩擦会积累更多的电荷,但摩擦不是必需的。这种效应被称为摩擦带电,产生的电压取决于相互摩擦的材料的特性。摩擦带电顺序表列出了填充各种类型材料的难度。对于两种相互接触的物质,电子将从序列表中的上层物质变为下层物质,这将导致这两种物质分别具有正电荷和负电荷。

下表列出了常见物质的摩擦起电顺序:

3、解决实际问题

        该问题的解决方案包括:如果在生产和维护期间将静电放电敏感组件(ESDS)暴露在外部,则应防止这些组件附近的电荷积聚,并且应在运输和存储过程中保护这些组件免受静电释放。打包。有很多方法可以防止静电释放。最好的方法是满足要求和成本最低的方法,这种方法因产品和场合的不同而不同。

4、静电放电保护区(EPA)

        静电放电保护区(EPA)(有时称为安全操作区)是任何静电放电控制措施的核心。在此区域,静电放电敏感元件(ESDS)或电路板或包含这些元件的组件可以安全地工作,因为可以控制电荷量而不会产生损坏电压。该区域通常包含工作台或工作组,工作站,处理设备(例如自动插件机)或生产区域。EPA的范围必须清楚地标明,最好设置围栏以防止未经授权的人员进入。EPA区域应使用静电荷积聚最少的材料,并且电荷可以受控方式排入地下。 

5、安全

        EPA中通常提供电动工具和设备。在这种环境下,将单个物体或设备直接接地都非常危险。因此,在腕部接地线,跑步者和脚趾带的连接处,应串联连接不小于1M的电阻。一些腕带接地导体的两端都具有这样的电阻,因此即使腕带接地导体连接到通电产品的带电端子以进行维修,也没有危险。腕式接地线测试仪是一种检查电阻器电阻是否合适的仪器(如果电阻过高,则无法实现等电位连接;如果电阻过低,则会发生安全隐患)。

6、静电放电保护区的实际工作

        在静电放电保护区内,除非遵循明确的操作规范,否则电荷和电势无法保持在允许的范围内。可能引起问题的一些示例包括将非静电防静电塑料盖中的文件,塑料容器,杯子等带入静电放电保护区域,并使用会损坏地板或工作表面的静电特性的清洁剂。相关人员不仅应经过充分的培训,以学习要遵循的程序,而且要了解必须遵循的原因。了解可能会损坏的组件的相关参数也很有用。应任命一个专人负责静电放电保护区域的维护和保养,同时,检查法规的执行情况。这些检查也应作为质量管理体系认证的一部分进行检查。

7、运输和储存

        运输含铅部件时,通常使用导电泡沫。这样可以防止组件引脚之间的电位差更高。对于双列直插式包装中的组件,在散装运输过程中经常使用静电消散管。对于电路板组件,当它们位于ESD保护区域之外时,应将其放在静电屏蔽袋或导电手提箱中运输。一些包装袋由导电材料制成,可以确保所有组件在稳定条件下处于相同的电位,并同时散发偶然在包装袋上流过的静电。此方法不能用于带有电池的电路板。在这种情况下,应使用带有静电耗散材料衬里和导电材料外层的包装袋。这些包装袋价格较高,但可以为电动和非电动组件提供出色的保护。同样,内部带有固定电路板导向装置的导电盒不能与边缘裸露连接器的开机电路板一起使用。

8、现场维修

        应在要维修的产品上设置静电连接点,以便维护技术人员在打开设备盖之前可以连接腕带的接地线。备件应使用防静电袋或箱子运输,除非它们不包含对静电放电敏感的组件。如果模块在裸露的状态下工作,请将防静电地板垫连接到产品的静电结合点,并将其用作工作表面。

9、相关标准

       1987年,英国首次尝试记录实践,其结果是BS5783。与其将其称为应该执行哪些测试的标准,不如将其称为实践准则。这项工作的第二阶段是将该标准翻译成欧洲组织的规范,编号为CECC 000151,名称为:“基本规范:静电敏感组件的保护。第1部分:一般要求”。该标准于1991年发布,并于1992年重新编号为EN1000151。其他部分分别于1993年发布(第二部分:低湿度条件要求)和1994年发布(第三部分:清洁区域要求,第四部分:高压要求)环境)。这些部分的内容超出了本文的范围。该标准不仅包括本文所述措施的安装,维护和检查要求,而且还详细说明了ESD保护设备本身的详细要求,包括测试方法。技术和流程的不断发展以及在执行标准方面积累的经验以及自动化机械和设备的广泛使用,导致这些标准的不断改进,包括结构合理化和用户分离。标准化版本的指南。修订工作已包含在国际电工委员会组织的国际论坛中。新制定的标准将在IEC 1340系列中发布。毫无疑问,这是对欧洲标准的补充。

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