Ochrana citlivých součástek a zařízení před škodlivými účinky elektrostatických jevů
Základní pojmy: • Elektrostatický výboj – přenos náboje mezi tělesy o různých elektrostatických potenciálech • Součástka citlivá na elektrostatický výboj - součástka (diskrétní, integrovaný obvod) nebo sestava, která může být poškozena elektrostatickým výbojem, který se vyskytuje při běžné manipulaci, zkoušení nebo transportu
Účinky výbojů Okamžitá ztráta funkce součástky Průraz izolačních vrstev Vznik zkratů
Účinky výbojů Latentní porucha – vznik „slabého“ místa Změna parametrů součástky
Způsoby ochrany před ESD • Zcela zabránit vzniku elektrostatických nábojů • Zabránit vnesení elektrostatických nábojů do EPA • Zajistit rozptýlení elektrostatického náboje, pokud již vznikl
Lze zabránit vzniku nábojů a výbojů dobře vodivým prostředím? Ano, ale …
Musí být respektována: Bezpečnost osob (ohrožení života úrazem el. proudem – vyhl. 50) Malé vybíjecí odpory pro nabité kondenzátory v součástkách – veliké vybíjecí proudy (kA)
Termíny a zkratky • ESD elektrostatický výboj • ESDS součástka citlivá na elektrostatické výboje • EPA ESD vyhrazený prostor • EBP uzemňovací svorka prostoru EPA • Elektrostaticky vodivý materiál • Elektrostaticky ztrátový materiál • Izolační materiál
Vznik elektrostatických nábojů Triboelektrickým nabíjením – elektrický náboj je generován dotykem a následným oddělením dvou povrchů Velikost náboje je závislá na materiálu povrchů, rychlosti oddělování, vnějším prostředí (vlhkost, teplota)
elektrostatické napětí Činnost při 25 ºC 20 % RH
80% RH
chůze po PVC podlahové krytině
12 kV
250 V
chůze po koberci ze syntetických vláken
35 kV
1.5 kV
vyjímání dílů z výplně z pěnového PS
18 kV
1.5 kV
vyjímání dílů z PE tašky
20 kV
600 V
posouvání PS boxu po koberci
18 kV
1.5 kV
odtržení mylarové pásky s DPS
12 kV
1.5 kV
sejmutí smrštitelné fólie s DPS
16 kV
3 kV
podtlakové odsávání pájky ze spojů
8 kV
1 kV
postřik sprejem
15 kV
5 kV
Napětí a energie nebezpečné elektronickým součástkám Napětí (V) Energie(mJ) 30 0,2 100 0,2 380 0,7 1000 0,4 300 2 300 2 300 ?
součástka MOS MOSFET bipolární TTL Schottky dioda planární dioda tv rezistor
Náboj, kapacita, energie, napětí Q C W U
S C = ε 0ε r d
Q = CU
1 2 W = CU 2
Model lidského těla - HBM
• Člověk je vlastně „špatný kondenzátor“
Model strojního zařízení - MM
Stroj se obecně chová jako sériový kmitavý obvod (opakují se proudové špičky).
Model součástky - CDM
Součástka je kondenzátor s téměř nulovým sériovým odporem – proud je velký, puls strmý a krátký
Průběhy proudů při napětí 400 V :
Požadavky na předměty chránící před ESD Předmět Prac. povrch Podlaha Sedadlo Oděv Kabel k náramku Nasazený náramek
Rezistance 10 k - 10 G 0,75 M – 1 G 0,75 M – 10 G 0,75 M – 1 T 0,75 M – 5 M 0,75 M – 35 M
(Ω)
Měření parametrů předmětů Rukavic, nástrojů
Měření parametrů předmětů Podlaha včetně obuvi
Kontrola při vstupu do EPA
Na stejném přístroji lze kontrolovat i náramek
Prostor EPA • Vyhrazený prostor ESD ve kterém lze manipulovat se součástkami ESDS s přijatelným rizikem poškození elektrostatickým výbojem nebo polem. Je vymezen a označen, s pravidly pro vstup a transport. Zvláštní podmínky pro stavbu a el. instalaci
• Z bezpečnostních důvodů nejlepší napájení přes oddělovací transformátor • Použití proudových chráničů - jmenovitý max. proud 0,5 mA, absolutní maximum 0,67 mA (obvyklá hodnota je 10 mA) !!!!! • Jediný uzemňovací rozvod - obvykle shodný se síťovým ochranným uzemňovacím rozvodem. Pozor na smyčkové proudy v silovém rozvodu!
Zapojení v EPA
Dočasné pracoviště EPA
Manipulace s nechráněnými ESDS
Značky, nápisy, štítky Základní značka ESDS (min. délka strany 4 mm)
Varovný štítek ESDS
Označení prostoru EPA
Hranice prostoru EPA
Prostor EPA s vysokým napětím
Označení východu z EPA
Štítek pro uzemňovací svorku EBP
Možnosti omezení vzniku elektrostatických nábojů • Specifické předměty – pracovní povrchy, podlahy, oděv, obuv, náramky, sedadla … • Relativní vlhkost vzduchu – doporučená hodnota je 50 %, při poklesu na 20 % vzrostou povrchové odpory asi 100krát. • Ionizátory vzduchu – neutralizují náboj v případech, kdy nelze užít uzemnění
Technické standardy pro ESD ČSN EN 61340-5-1:2001 Elektrostatika – Část 5-1: Ochrana elektronických součástek před elektrostatickými jevy – Všeobecné požadavky ČSN EN 61340-5-2:2001 Elektrostatika – Část 5-2: Ochrana elektronických součástek před elektrostatickými jevy – Uživatelský návod
ČSN EN 61340-2-3:2001 Elektrostatika – Část 2-3: Metody zkoušek pro stanovení rezistance a rezistivity tuhých rovinných materiálů používaných k zabránění akumulace elektrostatického náboje ČSN EN 61340-4-3:2002 Elektrostatika – Část 4-3: Standardní zkušební metody pro specifické aplikace – Obuv
ČSN EN 61340-2-1:2003 Elektrostatika – Část 2-1: Metody měření – Schopnost materiálů a výrobků odvádět elektrostatický náboj ČSN EN 61340-3-1:2003 Elektrostatika – Část 3-1: Metody simulace elektrostatických jevů – Model lidského těla (HBM) – Zkoušení součástek ČSN EN 61340-3-2:2003 Elektrostatika – Část 3-2: Metody simulace elektrostatických jevů – Strojový model (MM) – Zkoušení součástek
