Çeşitli

Elektrostatik Deşarj nedir: ESD temelleri

Elektrostatik Deşarj nedir: ESD temelleri

Elektrostatik Deşarj veya ESD, günlük yaşamın bir gerçeğidir ve bugünlerde elektronik endüstrisinde özel bir öneme sahiptir.

Yıllar önce termiyonik valfler / vakum tüpleri kullanıldığında bu bir sorun değildi ve transistörlerin piyasaya sürülmesine rağmen çok az kişi bunu bir sorun olarak değerlendirdi. Ancak MOSFET'ler piyasaya sürüldüğünde başarısızlık oranları yükseldi, sorun araştırıldı ve statik birikimin cihazdaki oksit tabakasının bozulmasına neden olmak için yeterli olduğu bulundu.

O zamandan beri ESD farkındalığı önemli ölçüde arttı çünkü birçok cihaz üzerinde etkisi olduğu gösterildi. Aslında günümüzde pek çok üretici, yalnızca hasara en yatkın MOS cihazları değil, tüm bileşenlerin statik elektriğe duyarlı olduğunu düşünüyor.

ESD'ye verilen önem sonucunda elektronik ekipman üreticileri, iş yerlerinin statik etkilere karşı korunmasını sağlamak için binlerce lira harcıyor. Ürettikleri ürünlerin imalat testi sırasında yüksek başarısızlık oranlarına sahip olmamasını ve uzun süre yüksek güvenilirlik gösterebilmelerini sağlarlar.

ESD nedir?

Statik, basitçe iki yüzey arasındaki yük oluşumudur. Yüzeyler birbirine sürtündüğünde ortaya çıkar ve bu, bir yüzeyde fazla elektrona ve diğerinde eksikliğe neden olur.

Yükün oluştuğu yüzeyler bir kapasitör olarak düşünülebilir. Yük, içinden akabileceği bir yol olmadığı sürece yerinde kalacaktır. Genellikle yükün akabileceği gerçek bir yol olmadığından, ortaya çıkan voltaj bir süre yerinde kalabilir ve bu "statik elektrik" terimine yol açar.

Bununla birlikte, bir iletim yolu mevcut olduğunda, bir akım akacak ve yük azalacaktır. Deşarjla ilişkili bir zaman sabiti vardır. Yüksek direnç, daha küçük bir akımın daha uzun süre akacağı anlamına gelir. Düşük bir direnç, çok daha hızlı bir boşalmaya yol açacaktır.

Elbette, üretilen voltaj ve akım seviyeleri çok çeşitli faktörlere bağlıdır. Kişinin büyüklüğü, faaliyet düzeyi, tahliyenin yapıldığı nesne ve tabii ki havanın nemi. Bunların hepsinin belirgin bir etkisi vardır, bu nedenle meydana gelecek deşarjların tam boyutunu tahmin etmek neredeyse imkansızdır.

Ancak üretilen gerilimleri etkileyen en önemli faktörlerden biri, birbirine sürtünen malzeme türleridir. Farklı malzemelerin farklı voltajlar verdiği bulunmuştur. Üretilen voltaj, tribo-elektrik serisi olarak bilinen bir serideki iki malzemenin konumuna bağlıdır.

Tribo-elektrik serisi

Seri içinde ne kadar ayrı olurlarsa, voltaj o kadar yüksek olur. Serinin daha yüksek olanı pozitif bir yük alır ve bir negatif yük aşağı indirir. Aşağıdaki tribo-elektrik serisi listesine bakıldığında, bir saçın plastik bir tarakla taranmasının saç üzerinde pozitif bir yüke neden olacağını ve tarağın negatif olarak yükleneceğini görebilir.

Tribo-elektrik serisi

Pozitif yük
Cilt
Saç
Yün
İpek
Kağıt
Pamuk
Odun
Silgi
Rayon
Polyester
Polietilen
Pvc
Teflon
Negatif yük

Yüklenmenin pek çok yolu vardır. Bir halının üzerinde yürümek bile çok büyük voltajlara neden olabilir. Tipik olarak bu, 10 kV'luk potansiyele yol açabilir. Kötü durumlarda, bu değerin üç katı potansiyellere bile yol açabilir. Bir vinil zeminde yürümek bile yaklaşık 5 kV'luk potansiyellerin üretilmesine yol açabilir. Aslında, yüzeylerin birbirine sürtündüğü her türlü hareket statik elektrik üretimine yol açacaktır. Elektronik bileşenler kullanarak bir tezgahta çalışan bir kişi, 500 V veya daha fazla statik potansiyel oluşturabilir.


ESD'nin pratik örnekleri

Yük oluşturmanın en yaygın görülen örneklerinden biri, bir odada yürürken ortaya çıkar. Bu günlük olay bile şaşırtıcı derecede yüksek voltajlar üretebilir. Gerçek voltajlar önemli ölçüde çeşitli faktörlere bağlı olarak değişir, ancak sorunun kapsamını göstermek için tahminler verilebilir.

Sorunun boyutunu göstermek için aşağıdaki tabloda çeşitli örnekler ayrıntılı olarak açıklanmıştır:


Günlük eylemlerden kaynaklanan olası ESD voltajları
Şarj oluşumunun nedeniÜretilen muhtemel gerilim (kV) *
Bir halıda yürümek30
Bir polietilen torba almak20
Vinil döşeli bir yüzeyde yürümek15
Bir bankta çalışmak5

* Bunlar yaklaşık rakamlardır ve% 25'e kadar bağıl nem olduğunu varsayar. Nem arttıkça, bu seviyeler düşer: yaklaşık% 75'lik nem oranıyla, statik seviyeler bir faktör kadar düşebilir. çok kabaca 25 veya daha fazla. Tüm bu rakamlar çok yaklaşıktır, çünkü belirli koşullara çok bağlıdırlar, ancak beklenen ESD seviyeleri için bir büyüklük sıralaması kılavuzu verirler.

ESD'den kaynaklanan sonuçlar çok yüksek görünmesine rağmen, genellikle fark edilmeden geçer. Hissedilebilecek en küçük elektrostatik deşarj 5kV civarındadır ve o zaman bile bu büyüklükteki deşarj yalnızca bazı durumlarda hissedilebilir. Bunun nedeni, ortaya çıkan tepe akımların çok yüksek olmasına rağmen, sadece çok kısa bir süre dayanmaları ve arkalarındaki yük nispeten küçük olduğu için vücudun bunları algılamamasıdır. Daha fazla akımın kaynak olabildiği ve çok daha uzun süre elektronik veya elektrikli ekipmandan gelen bu büyüklükteki voltajlar çok daha büyük bir etkiye sahip olacaktır ve çok tehlikeli olabilir.


Statik transfer

Statik yüklerin yarı iletken cihazlara aktarılmasının ESD'den hasara neden olmasının birkaç yolu vardır. Bunlardan en bariz olanı, yüklü ve iletken bir nesneye dokunulduğunda ortaya çıkar. Bunun en açık örneği, muhtemelen bir yarı iletken bir çalışma tezgahı üzerindeyken ve birisi bir yük oluşturarak zeminde yürüdükten sonra onu aldığında ortaya çıkar.

Şarj edilmiş parmak daha sonra statik yükü çok hızlı bir şekilde yarı iletkene verir ve hasar olasılığı vardır. Araçlar muhtemelen daha da zararlı olabilir. Metal tornavidalar daha da iletkendir ve yükü daha da hızlı verir ve bu da daha yüksek tepe akım seviyelerine neden olur.

Ancak hasar görmesi için bileşenlere dokunmak gerekli değildir. Plastik kaplar gibi maddeler çok yüksek bir şarj taşır ve bunlardan birini bir IC'nin yanına yerleştirmek, IC'ye ters bir yük "indükleyebilir". Bu da yarı iletken cihaza zarar verebilir. Suni ve sentetik elyaftan yapılan bağlar da bir ESD tehlikesidir çünkü bunlar şarj olabilir ve hassas elektronik ekipmanın yakınında kolayca asılı kalabilir.

ESD arıza mekanizmaları

ESD'nin yarı iletken bileşenlere zarar vermesinin birkaç yolu vardır. Yerel yanmaya neden olabilecek yüksek tepe akım seviyelerine yol açan çok yüksek statik voltajın en belirgin sonuçları. Akım çok kısa bir süre aksa da entegre devrede bulunan dakika özellik boyutları çok kolay hasara yol açtığı anlamına gelir. Çipteki birbirine bağlanan tel bağlantıları veya alanlar, yüksek tepe akımı ile birleştirilebilir.

ESD'nin bir sonucu olarak hasarın meydana gelmesinin bir başka yolu, yüksek voltaj seviyesinin, cihazın kendisindeki bir bileşende bozulmaya neden olmasıdır. Cihazdaki bir oksit tabakasını bozarak cihazı çalışmaz hale getirebilir. Bazı IC'lerdeki bir mikrondan çok daha küçük boyutlarla, nispeten düşük voltajların bile bozulmaya neden olması şaşırtıcı değildir.

ESD'nin verdiği hasar, cihazları anında yok edebildiği gibi, gizli arızalar olarak adlandırılan şeyleri yaratmaları da mümkündür. Bunun nedeni, ESD'nin cihazı tamamen yok etmemesi, ancak neden olduğu hasarın cihazı zayıflatması ve daha sonra kullanım ömrü boyunca başarısız olma riskiyle karşı karşıya kalmasıdır. Bu gizli kusurlar genellikle tespit edilemez. Sonuç, genel güvenilirlik seviyesinin önemli ölçüde azalması veya (analog cihazlarda daha fazla) performansın düşebilmesidir. ESD'nin neden olduğu gizli arızalar çok maliyetli olabilir çünkü bir ürün hizmette iken onarım, fabrikada arızalanan bir parçayı tamir etmekten çok daha maliyetlidir. Bunun nedeni, bir onarım teknisyeninin normalde öğeyi yerinde tamir etmesi veya bir onarım tesisine gönderilmesi gerekmesidir.

Bir ara bağlantı ESD ile kısmen kaynaştığında gizli arızalara neden olabilir. Genellikle iletkenin bir kısmı statik deşarj nedeniyle tahrip olur ve daha sonra onu savunmasız bırakır. Yongaların hasar görmesinin başka bir yolu, hasardan kaynaklanan malzemenin yarı iletkenin yüzeyine yayılmasıdır ve bu, alternatif iletim yollarıyla sonuçlanabilir.

Bileşenlerin ESD tarafından kolayca zarar görebileceği gerçeğinin bir sonucu olarak, çoğu üretici tüm yarı iletkenleri statik duyarlı aygıtlar olarak ele alır ve bununla birlikte pek çoğu, kapasitörler ve dirençler gibi pasif bileşenler de dahil olmak üzere tüm aygıtları statik duyarlı olarak kullanır. Buna bakarken, günümüzde seri üretilen ekipmanların çoğunun, boyutların geleneksel bileşenlerden çok daha küçük olduğu yüzey montaj bileşenleri kullandığı ve bu da onları ESD'nin neden olduğu hasara karşı çok daha duyarlı hale getirdiği unutulmamalıdır.


Videoyu izle: Faraday Kafesi Nedir? (Ocak 2022).