A geração, impacto e proteção de eletricidade estática
I. A Geração de Eletricidade Estática:
1. Fricção: Na vida diária, a eletricidade estática é gerada quando dois objetos de materiais diferentes entram em contato e depois se separam. O método mais comum de geração de eletricidade estática é através do atrito. Quanto melhor for o isolamento de um material, mais fácil será gerar eletricidade estática através do atrito. Além disso, a eletricidade estática também pode ser gerada quando dois objetos de substâncias diferentes entram em contato e depois se separam.
2. Indução: Para materiais condutores, os elétrons podem fluir livremente em sua superfície. Se colocados em um campo elétrico, os elétrons positivos e negativos serão transferidos devido à repulsão de cargas semelhantes e à atração de cargas diferentes.
3. Condução: Para materiais condutores, os elétrons podem fluir livremente em sua superfície. Se eles entrarem em contato com um objeto carregado, ocorrerá transferência de carga.
II. O impacto da eletricidade estática na indústria eletrônica
A miniaturização dos circuitos, a capacidade de suportar tensão mais baixa e a menor área do circuito nos componentes do circuito integrado enfraquecem sua resistência à descarga eletrostática (ESD). Campos e correntes eletrostáticas tornam-se ameaças mortais para esses componentes de alta-densidade. Simultaneamente, o uso generalizado de materiais altamente isolantes, como os plásticos, aumenta muito as chances de geração de eletricidade estática. A eletricidade estática é gerada na vida diária por meio de atividades como caminhada, movimento do ar e manuseio. Embora se acredite que apenas os chips CMOS sejam sensíveis à eletricidade estática, na realidade, os componentes eletrônicos altamente integrados são bastante sensíveis.
A. Efeitos da eletricidade estática em componentes eletrônicos
1. A eletricidade estática atrai poeira, alterando a impedância entre os circuitos e afetando a funcionalidade e a vida útil do produto.
2. Campos ou correntes elétricas podem danificar o isolamento ou os condutores dos componentes, tornando-os inoperantes (completamente destruídos).
3. O calor gerado por campos ou correntes elétricas instantâneas pode danificar os componentes, permitindo-lhes continuar a funcionar, mas encurtando a sua vida útil.
B. Características dos danos por eletricidade estática:
1. Insidioso: O corpo humano não consegue perceber diretamente a eletricidade estática, a menos que ocorra uma descarga eletrostática. Mesmo assim, a sensação de choque elétrico nem sempre é sentida. Isso ocorre porque o corpo humano só consegue perceber uma tensão de descarga eletrostática de 2-3KV.
2. Latente: Alguns componentes eletrônicos não apresentam um declínio óbvio de desempenho após danos por eletricidade estática, mas descargas repetidas podem causar danos internos, criando perigos ocultos e aumentando a sensibilidade do componente à eletricidade estática. Não há cura para os problemas existentes. 3. Aleatoriedade: sob quais circunstâncias os componentes eletrônicos sofrerão danos por descarga eletrostática (ESD)? Pode-se dizer que desde o momento em que um componente é fabricado até sua falha, ele fica ameaçado por ESD, e a geração dessa ESD é aleatória. Como a geração e a descarga de ESD ocorrem instantaneamente, são difíceis de prever e de proteger contra elas.
4. Complexidade dos danos causados por descargas eletrostáticas: a estrutura complexa e delicada dos produtos eletrônicos torna o trabalho contra descargas eletrostáticas-consumidor, trabalhoso-intensivo e caro. Muitas vezes requer tecnologia sofisticada, muitas vezes necessitando do uso de instrumentos de precisão, como microscópios eletrônicos de varredura. Mesmo assim, alguns fenómenos de danos por ESD são difíceis de distinguir dos danos causados por outras razões, levando à interpretação errada das falhas de ESD como outros tipos de falhas. Antes de ser alcançada uma compreensão completa dos danos ESD, estes são frequentemente atribuídos a falhas precoces ou falhas de origem desconhecida, obscurecendo assim inconscientemente a verdadeira causa da falha.
5. Gravidade: Embora os problemas de descarga eletrostática possam parecer afetar apenas os usuários de produtos acabados, na verdade eles afetam os fabricantes em todos os níveis, como custos de garantia, custos de reparo e reputação da empresa.
III. Três tipos de ESD
1. Tipo de corpo humano: refere-se à carga de fricção gerada entre o corpo e as roupas durante a atividade humana. 1. Quando as pessoas seguram dispositivos sensíveis a ESD-sem primeiro aterrá-los, as cargas triboelétricas serão transferidas para os dispositivos sensíveis a ESD-e causarão danos.
2. Tipo de carregamento de dispositivos microeletrônicos: refere-se a dispositivos-sensíveis a ESD, especialmente peças de plástico. Durante a produção automatizada, são geradas cargas triboelétricas. Essas cargas podem ser descarregadas rapidamente através de linhas-de baixa resistência para uma superfície altamente condutiva e firmemente aterrada, causando danos; ou podem fazer com que as partes metálicas do dispositivo sensível a ESD-se carreguem por indução, resultando em danos.
3. Tipo-induzido por campo: ocorre quando um forte campo elétrico envolve o dispositivo, que pode ser originado de materiais plásticos ou roupas. A conversão de elétrons ocorre através da camada de óxido. Se a diferença de potencial exceder a constante dielétrica da camada de óxido, um arco elétrico será gerado para destruir a camada de óxido, resultando em um curto-circuito.
4. Proteção Eletrostática
1. Aterramento
O aterramento descarrega diretamente a eletricidade estática para a terra através de uma conexão de fio. Esta é a medida anti{1}estática mais direta e eficaz. Para condutores, o aterramento é comumente usado, por exemplo, usando pulseiras anti{3}}estáticas e aterrando superfícies de trabalho.
O aterramento é implementado através dos seguintes métodos:
1) Aterramento do corpo humano através de pulseiras.
2) Aterramento do corpo humano por meio de sapatos (ou cadarços) anti-estáticos e pisos anti{2}}estáticos.
3) Aterramento da superfície da bancada.
4) Aterramento de instrumentos de teste, porta-ferramentas e ferros de solda.
5) Aterramento de pisos e tapetes antiestáticos.
6) Aterramento de carrinhos, caixas e racks de transporte antiestáticos sempre que possível.
7) Aterramento de cadeiras anti{1}estáticas ESD.
2. Blindagem Eletrostática
Componentes sensíveis à eletrostática podem ser expostos à eletricidade estática durante o armazenamento ou transporte. A blindagem eletrostática pode reduzir o impacto da eletricidade estática externa nos componentes eletrônicos. Os métodos mais comuns são o uso de bolsas de proteção eletrostática e caixas anti{2}}estáticas para proteção. Além disso, roupas anti{4}}estáticas fornecem alguma proteção contra eletricidade estática.