تاریخچه و پیشینه[1]

دانشمند یونانی، تالس از میلتوس، اولین گزارش برق را ذکر کرد. او متوجه شد که پس از مالش کهربا، گرد و غبار و برگ ها به آن جذب می شوند. کلمه "تریبوالکتریک" که بعداً پوشش داده شد، از کلمات یونانی tribo - به معنی "مالیدن" و elektros - به معنی "کهربا" (رزین فسیل شده از درختان ماقبل تاریخ) گرفته شده است. هنگامی که خواص جریان الکتریسیته در دهه 1700 کشف شد، الکتریسیته ساکن اصطلاحی برای شکل قدیمی الکتریسیته شد که آن را از اشکال جدید الکتریسیته متمایز کرد.

بسیاری از مردم هنگام دست زدن به دستگیره فلزی در پس از راه رفتن روی یک زمین فرش شده یا پس از سر خوردن روی صندلی ماشین، الکتریسیته ساکن و "شوک" یا تخلیه الکترواستاتیک (ESD) را تجربه کرده اند. با این حال، الکتریسیته ساکن و ESD قرن ها مشکلات صنعتی جدی ایجاد کرده اند. در اوایل دهه 1400، قلعه‌های نظامی اروپا و کارائیب از روش‌های کنترل ثابت و دستگاه‌های زمین شده استفاده می‌کردند تا از اشتعال ناخواسته ESD  انبارهای باروت جلوگیری کنند. در دهه 1860، کارخانه های کاغذ در سراسر ایالات متحده از روش‌های پایه، یونیزاسیون شعله و درام‌های بخار برای از بین بردن الکتریسیته ساکن از تار کاغذ در طول فرآیند خشک کردن استفاده کرد. هر فرآیند تجاری و صنعتی قابل تصوری در یک زمان یا زمان دیگری مشکلاتی با شارژ و دشارژ الکترواستاتیکی دارد. مهمات و مواد منفجره، پتروشیمی، داروسازی، کشاورزی، چاپ و هنرهای گرافیک، نساجی، نقاشی و پلاستیک تنها برخی از صنایعی هستند که کنترل الکتریسیته ساکن در آنها اهمیت بسزایی دارد.

عصر الکترونیک مشکلات جدید مرتبط با الکتریسیته ساکن و ESD را به همراه داشت. و با سریع‌تر شدن دستگاه‌های الکترونیکی و کوچک‌تر شدن مدار، حساسیت به ESD به طور کلی افزایش می‌یابد. این روند ممکن است در حال شتاب گرفتن بیش از پیش باشد. نقشه راه فناوری تخلیه الکترواستاتیک (ESD) انجمن EOS/ESD، هر چند سال یکبار تجدید نظر می شود و بیان می کند، "با حساس تر شدن دستگاه ها، ضروری است که شرکت ها شروع به بررسی دقیق قابلیت های ESD در فرآیندهای مدیریتی خود کنند". امروزه ESD بر بهره وری و قابلیت اطمینان محصول تقریباً در هر جنبه ای از محیط الکترونیک جهانی تأثیر می گذارد.

علیرغم تلاش زیاد در دهه های گذشته، ESD همچنان بر بازده تولید، هزینه ساخت، کیفیت محصول، قابلیت اطمینان محصول و سودآوری تأثیر می گذارد. هزینه دستگاه های آسیب دیده از تنها چند سنت برای یک دیود ساده تا هزاران دلار برای مدارهای مجتمع پیچیده متغیر است. هنگامی که هزینه های مربوط به تعمیر و کار مجدد، حمل و نقل، نیروی کار و سربار گنجانده شود، فرصت هایی برای پیشرفت های قابل توجه وجود دارد. تقریباً همه هزاران شرکت درگیر در تولید لوازم الکترونیکی امروزه به عناصر اساسی مورد قبول صنعت کنترل استاتیک توجه دارند. استانداردهای صنعت EOS/ESD، Inc.  امروزه برای راهنمایی تولیدکنندگان در ایجاد تکنیک های کاهش بار استاتیکی و کنترل اساسی در دسترس هستند. بعید است که هر شرکتی که کنترل استاتیک را نادیده می گیرد بتواند قطعات الکترونیکی سالم را با موفقیت تولید و تحویل دهد.

الکتریسیته ساکن: ایجاد شارژ

تعاریف اصطلاحات ESD را می توان در ESD ADV1.0 - واژه نامه، که به صورت دانلود رایگان در ww.esda.org موجود است، یافت. بار الکترواستاتیک به عنوان "بار الکتریکی در حالت استراحت" تعریف می شود. الکتریسیته ساکن عدم تعادل بارهای الکتریکی در داخل یا روی سطح یک ماده است. این عدم تعادل الکترون ها میدان الکتریکی ایجاد می کند که می تواند اندازه گیری شود و می تواند بر اجسام دیگر تأثیر بگذارد. تخلیه الکترواستاتیکی (ESD) به عنوان "انتقال سریع و خود به خود بار الکترواستاتیکی ناشی از یک میدان الکترواستاتیکی بالا" تعریف می شود. توجه: معمولاً با نزدیک شدن به یکدیگر، بار از طریق جرقه ای بین دو جسم رسانا در پتانسیل های الکترواستاتیک متفاوت جریان می یابد.

ESD می تواند ویژگی های الکتریکی یک دستگاه نیمه هادی را تغییر داده و آن را تخریب یا از بین ببرد. ESD همچنین ممکن است عملکرد عادی یک سیستم الکترونیکی را مختل کند و باعث خرابی تجهیزات شود. سطوح شارژ شده (باردار شده) می توانند آلاینده ها را جذب و نگه دارند و حذف ذرات را دشوار می کنند. هنگامی که ذرات معلق در هوا به سطح ویفر سیلیکونی یا مدار الکتریکی دستگاه جذب می شوند، می توانند باعث نقص تصادفی ویفر شوند و بازده محصول را کاهش دهند.

کنترل تخلیه الکترواستاتیک با درک چگونگی وقوع بار الکترواستاتیک در وهله اول آغاز می شود. بار الکترواستاتیکی معمولاً از تماس و جداسازی دو ماده ایجاد می شود. مواد ممکن است مشابه یا غیر مشابه باشند، اگرچه مواد غیر مشابه تمایل دارند سطوح بالاتری از بار ساکن را آزاد کنند. برای مثال، شخصی که روی زمین راه می‌رود، در اثر تماس کف کفش و سپس جدا شدن از سطح زمین، الکتریسیته ساکن تولید می‌کند. یک دستگاه الکترونیکی که به داخل یا خارج از یک کیسه، مجله یا لوله می لغزد، یک بار الکترواستاتیک تولید می کند، زیرا محفظه و سرب های فلزی دستگاه چندین تماس و جداسازی با سطح ظرف تجربه می کنند. در حالی که مقدار بار الکترواستاتیک ممکن است در این مثال ها متفاوت باشد، الکتریسیته ساکن در هر مورد واقعاً تشکیل می شود. 

ایجاد بار الکترواستاتیک از طریق تماس و جداسازی مواد به عنوان شارژ تریبوالکتریک شناخته می شود. این شامل انتقال الکترون بین مواد است. اتم های یک ماده بدون بار ساکن دارای تعداد مساوی پروتون مثبت (+) در هسته و الکترون های منفی (-) هستند که به دور هسته می چرخند. در شکل 1، ماده "A" از اتم هایی با تعداد پروتون و الکترون مساوی تشکیل شده است. ماده B همچنین از اتم هایی با تعداد پروتون و الکترون مساوی (هر چند شاید متفاوت) تشکیل شده است. هر دو ماده از نظر الکتریکی خنثی هستند.

هنگامی که دو ماده در تماس قرار می گیرند و سپس از هم جدا می شوند، الکترون های دارای بار منفی از سطح یک ماده به سطح ماده دیگر منتقل می شوند. اینکه کدام ماده الکترون از دست می دهد و کدام الکترون به دست می آورد به ماهیت دو ماده بستگی دارد. ماده ای که الکترون از دست می دهد دارای بار مثبت می شود در حالی که ماده ای که الکترون می گیرد دارای بار منفی است. (در شکل 2 نشان داده شده است.)

الکتریسیته ساکن بر حسب کولن اندازه گیری می شود. بار (q) روی یک جسم توسط حاصلضرب ظرفیت جسم (C) و پتانسیل ولتاژ روی جسم (V) تعیین می شود:

q = CV

با این حال، ما معمولاً از پتانسیل الکترواستاتیک روی یک جسم صحبت می کنیم که به صورت ولتاژ بیان می شود.

فرآیند تماس مواد، انتقال الکترون و جداسازی مکانیسم بسیار پیچیده‌تری از آنچه در اینجا توضیح داده شده است. مقدار بار ایجاد شده توسط تولید تریبوالکتریک تحت تأثیر ناحیه تماس، سرعت جداسازی، رطوبت نسبی، شیمی مواد، عملکرد کار سطحی و عوامل دیگر است. هنگامی که بار روی یک ماده ایجاد می شود، به یک ماده یا جسم باردار الکترواستاتیک تبدیل می شود (اگر بار روی ماده یا جسم باقی بماند). این بار ممکن است از ماده منتقل شود و یک تخلیه الکترواستاتیک یا رویداد ESD ایجاد کند. عوامل اضافی مانند مقاومت مدار تخلیه واقعی و مقاومت تماس در سطح مشترک بین سطوح تماس نیز بر بار واقعی آزاد شده تأثیر می گذارد. سناریوهای تولید بار معمولی و سطوح ولتاژ حاصل در جدول 1 نشان داده شده است. همچنین، سهم رطوبت در کاهش تجمع بار نشان داده شده است. با این حال، باید توجه داشت که تولید بار استاتیکی حتی در رطوبت نسبی بالا هنوز هم رخ می دهد.

جدول 1. نمونه هایی از سطوح ولتاژ تولید استاتیک معمولی

همچنین ممکن است بار الکترواستاتیکی به روش‌های دیگری مانند القا، بمباران یونی یا تماس با جسم باردار دیگر روی ماده ایجاد شود. با این حال، شارژ تریبوالکتریک رایج ترین است.

چگونه ویژگی های مادی بر شارژ استاتیکی تأثیر می گذارد

سری تریبوالکتریک

هنگامی که دو ماده با هم تماس می گیرند و از هم جدا می شوند، قطبیت و بزرگی بار با موقعیت مواد در یک سری تریبوالکتریک نشان داده می شود. جداول سری تریبوالکتریک نشان می دهد که چگونه بارها بر روی مواد مختلف تولید می شوند. هنگامی که دو ماده با هم تماس پیدا می کنند و از هم جدا می شوند، یکی نزدیکتر به بالای سری بار مثبت و دیگری بار منفی می گیرد. موادی که روی میز از هم دورتر هستند معمولاً شارژ بیشتری نسبت به مواد نزدیک به هم ایجاد می کنند. با این حال، این جداول فقط باید به عنوان یک راهنمای کلی مورد استفاده قرار گیرند، زیرا متغیرهای زیادی درگیر هستند که نمی توانند به خوبی کنترل شوند تا از تکرارپذیری اطمینان حاصل شود. یک سری تریبوالکتریک معمولی در جدول لینک زیر نشان داده شده است.https://ntp-electronic.com/Article/%D8%A7%D8%AB%D8%B1-%D8%AA%D8%B1%DB%8C%D8%A8%D9%88%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9-%DB%8C%D8%A7-%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%DB%8C%D8%B3%DB%8C%D8%AA%D9%87-%D9%85%D8%A7%D9%84%D8%B4%DB%8C

تقریباً همه مواد، از جمله آب و ذرات کثیفی موجود در هوا، می توانند به صورت تریبوالکتریک شارژ شوند. اینکه چقدر بار تولید می شود، این بار به کجا می رود و با چه سرعتی، تابعی از ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و الکتریکی ماده است.

مواد عایق

ماده ای که به دلیل داشتن مقاومت الکتریکی بسیار بالا از جریان الکترون ها در سطح یا از طریق حجم خود جلوگیری یا محدود می کند، ماده عایق نامیده می شود. ESD ADV1.0 مواد عایق را به عنوان "مواد با مقاومت سطحی یا مقاومت حجمی برابر یا بیشتر از 1.0 × 10¹¹ اهم" تعریف می کند. مقدار قابل توجهی بار می تواند بر روی سطح یک عایق تولید شود. از آنجایی که یک ماده عایق به راحتی اجازه جریان الکترون ها را نمی دهد، هر دو بار مثبت و منفی می توانند به طور همزمان روی یک سطح عایق قرار گیرند، هرچند در مکان های مختلف. الکترون های اضافی در نقطه دارای بار منفی ممکن است کافی باشد تا عدم وجود الکترون در نقطه با بار مثبت را برآورده می کند. با این حال، الکترون ها نمی توانند به راحتی در سطح ماده عایق جریان داشته باشند و هر دو بار ممکن است برای مدت طولانی در جای خود باقی بمانند.

مواد رسانا

ماده‌ای که به الکترون‌ها اجازه می‌دهد به راحتی در سطح یا از طریق حجم آن جریان پیدا کنند، ماده رسانا نامیده می‌شود. ESD ADV1.0 مواد رسانا را به عنوان "ماده ای که دارای مقاومت سطحی کمتر از 1.0 × 10⁴ اهم یا مقاومت حجمی کمتر از 1.0 × 10⁴ اهم است" تعریف می کند. هنگامی که یک ماده رسانا باردار می شود، بار (کمبود یا مازاد الکترون ها) به طور یکنواخت در سطح ماده توزیع می شود. اگر ماده رسانای باردار با ماده رسانای دیگری تماس پیدا کند، الکترون‌ها به راحتی بین مواد به اشتراک گذاشته می‌شوند. اگر هادی دوم به تجهیزات AC یا هر نقطه اتصال زمین دیگری متصل شود، الکترون ها به زمین جریان می یابند و بار اضافی روی هادی خنثی می شود.

بار الکترواستاتیکی را می توان به صورت تریبوالکتریک روی رساناها ایجاد کرد، همانطور که در عایق ها نیز ایجاد می شود. تا زمانی که هادی از سایر هادی ها یا زمین جدا باشد، بار استاتیکی روی هادی باقی می ماند. اگر هادی به زمین متصل باشد، شارژ به راحتی به زمین می رود. یا اگر هادی باردار با هادی دیگری با پتانسیل الکتریکی متفاوت تماس پیدا کند، بار بین دو هادی جریان می یابد.

مواد دفع کننده

مواد پراکنده دارای مقاومت الکتریکی بین مواد عایق و رسانا هستند. ESD ADV1.0 مواد پراکنده را اینگونه تعریف می کند: "ماده ای که دارای مقاومت سطحی بیشتر یا مساوی 1.0 × 10⁴ اهم اما کمتر از 1.0 × 10¹¹ اهم یا مقاومت حجمی بیشتر یا مساوی 1.0 × 10⁴ اهم اما کمتر از 10¹¹ × 1.0 اهم است. در اینجا می‌تواند جریان الکترون در سراسر یا از طریق مواد اتلاف‌کننده وجود داشته باشد، اما توسط مقاومت سطحی یا مقاومت حجمی ماده کنترل می‌شود.

مانند دو نوع دیگر از مواد، یک بار می تواند به صورت تریبوالکتریک روی مواد اتلاف کننده ساکن ایجاد شود. با این حال، مانند مواد رسانا، مواد اتلاف کننده ساکن امکان انتقال بار به زمین یا سایر اجسام رسانا را فراهم می کند. انتقال بار از یک ماده اتلاف کننده ساکن معمولاً بیشتر از یک ماده رسانا با اندازه معادل طول می کشد. انتقال بار از مواد پراکنده ساکن به طور قابل توجهی سریعتر از عایق ها و کندتر از مواد رسانا است.

شکل 3: طبقه بندی مقاومت (از ANSI/ESD S541)

میدان های الکترواستاتیک

مواد باردار همچنین دارای میدان الکترواستاتیک و خطوط نیروی مرتبط با آنها هستند. اجسام رسانا که در مجاورت این میدان الکتریکی قرار می گیرند توسط فرآیندی به نام القاء قطبی می شوند. (شکل 4 را ببینید.) یک میدان الکتریکی منفی، الکترون ها را روی سطح رسانایی که در معرض میدان قرار دارد دفع می کند. یک میدان الکتریکی مثبت الکترون‌ها را در نزدیکی سطح جذب می‌کند و در نتیجه نواحی دیگر را دارای بار مثبت می‌گذارد. هیچ تغییری در شارژ واقعی کالا در پلاریزاسیون رخ نخواهد داد. با این حال، اگر مورد رسانا یا اتلاف کننده باشد و در حالی که قطبی شده است به زمین متصل شود، به دلیل عدم تعادل شارژ، شارژ از یا به زمین جاری می شود. اگر اتصال زمین قطع شود و سپس میدان الکترواستاتیک حذف شود، شارژ روی مورد باقی می‌ماند. اگر یک جسم نارسانا به میدان الکتریکی وارد شود، دوقطبی های الکتریکی تمایل دارند با میدان همسو شوند و بارهای سطحی ظاهری ایجاد کنند. یک نارسانا (مواد عایق) را نمی توان با القاء شارژ کرد.

ESD — چگونه دستگاه ها به دلیل آسیب ناشی از ESD از کار می افتند

بر اساس ESD ADV1.0، آسیب الکترواستاتیکی به عنوان "تغییر در یک آیتم ناشی از تخلیه الکترواستاتیکی که باعث می شود یک یا چند پارامتر مشخص شده را برآورده نکند" تعریف می شود که می تواند در هر نقطه ای رخ دهد، از تولید تا خدمات صحرایی. به طور معمول، آسیب ناشی از جابجایی دستگاه ها در محیط های کنترل نشده یا زمانی که از شیوه های کنترل ضعیف ESD استفاده می شود. به طور کلی، آسیب به عنوان یک شکست فاجعه بار یا یک نقص پنهان طبقه بندی می شود.

شکست فاجعه بار

هنگامی که یک دستگاه الکترونیکی در معرض یک رویداد ESD قرار می گیرد، ممکن است دیگر کار نکند. رویداد ESD ممکن است باعث ذوب فلز، خرابی اتصال یا شکست اکسید شده باشد. مدار دستگاه برای همیشه آسیب دیده است و باعث می شود دستگاه به طور کامل یا حداقل تا حدی از کار بیفتد. چنین خرابی‌هایی معمولاً زمانی قابل تشخیص هستند که دستگاه قبل از ارسال آزمایش شود. اگر یک رویداد ESD سطح آسیب‌دید پس از آزمایش رخ دهد، ممکن است قطعه وارد تولید شود و تا زمانی که دستگاه در آزمایش نهایی از کار بیفتد، آسیب دیده نمی‌شود.

شکست نهفته

بر اساس ESD ADV1.0، خرابی نهفته "عیب و نقصی است که پس از یک دوره عملکرد عادی رخ می دهد. توجه: خرابی ممکن است به یک رویداد تخلیه الکترواستاتیک قبلی نسبت داده شود. مفهوم خرابی نهفته بحث برانگیز است و به طور کامل توسط همه اعضای جامعۀ فنی در این زمینه پذیرفته نشده است زیرا دستگاهی که در معرض یک رویداد ESD است ممکن است تا حدی تخریب شود، اما همچنان عملکرد مورد نظر خود را انجام دهد. بنابراین شناسایی یک نقص نهفته دشوار است. با این وجود، ممکن است عمر عملکرد دستگاه کاهش یابد. یک محصول یا سیستم استفاده از دستگاه‌هایی با عیوب پنهان ممکن است پس از قرار دادن کاربر در سرویس، دچار خرابی زودرس شود. تعمیر چنین خرابی‌هایی معمولاً هزینه بر است و در برخی کاربردها ممکن است خطراتی برای پرسنل ایجاد کند.

با تجهیزات مناسب، تأیید اینکه یک دستگاه دچار شکست فاجعه‌بار شده است، نسبتاً آسان است زیرا آزمایش‌های عملکرد اولیه آسیب دستگاه را ثابت می‌کند. با این حال، اثبات یا شناسایی عیوب پنهان با استفاده از فناوری فعلی، به ویژه پس از مونتاژ دستگاه در یک محصول نهایی، چالش برانگیز است.

رویدادهای اساسی ESD - چه چیزی باعث از کار افتادن دستگاه های الکترونیکی می شود؟

آسیب ESD معمولاً توسط یکی از سه رویداد ایجاد می شود: ESD مستقیم به دستگاه، ESD از دستگاه، یا تخلیه های ناشی از میدان. اینکه آیا در اثر یک رویداد ESD به یک مورد حساس (ESDS) آسیب وارد می‌شود یا خیر، با توانایی دستگاه در اتلاف انرژی تخلیه یا مقاومت در برابر سطوح ولتاژ مربوطه تعیین می‌شود. سطحی که در آن یک دستگاه از کار می افتد به عنوان حساسیت ESD دستگاه یا حساسیت به ESD شناخته می شود.

تخلیه به دستگاه

یک رویداد ESD زمانی رخ می دهد که هر هادی باردار (از جمله بدن انسان) به یک آیتم تخلیه شود. یکی از دلایل آسیب الکترواستاتیک می تواند انتقال مستقیم بار الکترواستاتیک از بدن انسان یا یک ماده باردار به ESDS باشد. هنگامی که شخصی در یک طبقه راه می رود، بار الکترواستاتیکی در بدن او جمع می شود. تماس ساده (یا نزدیکی) انگشت به سرنخ‌های ESDS یا مجموعه، که معمولاً در پتانسیل الکتریکی متفاوتی هستند، می‌تواند به بدن اجازه تخلیه دهد و احتمالاً باعث آسیب ESD به ESDS شود. مدل مورد استفاده برای شبیه سازی این رویداد، مدل بدن انسان (HBM) است. تخلیه مشابهی می تواند از یک جسم رسانای باردار مانند یک ابزار فلزی یا فیکسچر رخ دهد. از ماهیت تخلیه، مدل مورد استفاده برای توصیف این رویداد به عنوان مدل ماشین (MM) شناخته می شود.

تخلیه از دستگاه

انتقال شارژ از ESDS به هادی نیز یک رویداد ESD است. بار استاتیک ممکن است از طریق جابجایی یا تماس و جداسازی با مواد بسته بندی، سطوح کاری یا سطوح ماشین روی خود ESDS جمع شود که اغلب زمانی اتفاق می‌افتد که یک دستگاه یر روی سطحی حرکت می‌کند یا در یک بسته‌بندی می‌لرزد. مدل مورد استفاده برای شبیه سازی انتقال شارژ از یک ESDS به عنوان مدل دستگاه شارژ (CDM) نامیده می شود. ظرفیت ها، انرژی ها و شکل موج های جریان درگیر با a متفاوت است.

تخلیه به ESDS، که احتمالاً منجر به حالت های مختلف خرابی می شود.

به نظر می رسد گرایش به مونتاژ خودکار مشکلات رویدادهای HBM ESD را حل کند. با این حال، نشان داده شده است که قطعات ممکن است در هنگام مونتاژ توسط تجهیزات خودکار نسبت به آسیب حساس تر باشند. به عنوان مثال، ممکن است یک دستگاه شارژ شود با کشیدن فیدر به پایین هنگامی که با سر درج یا هر سطح رسانا دیگری تماس می گیرد، تخلیه سریع از دستگاه به جسم فلزی رخ می دهد.

آسیب ناشی از میدان

یکی دیگر از فرآیندهای شارژ الکترواستاتیکی که می تواند به طور مستقیم یا غیرمستقیم به دستگاه ها آسیب برساند، القای میدان نامیده می شود. همانطور که قبلا ذکر شد، هرگاه جسمی به صورت الکترواستاتیکی باردار شود، یک میدان الکترواستاتیک مرتبط با آن بار وجود دارد. اگر یک ESDS در میدان الکترواستاتیک قرار گیرد و در حالی که در میدان الکترواستاتیک قرار دارد زمین شود، انتقال بار از دستگاه به عنوان یک رویداد CDM رخ می دهد. اگر مورد از ناحیه میدان الکترواستاتیک برداشته شود و دوباره به زمین متصل شود، با انتقال بار (با قطبیت مخالف رویداد اول) از دستگاه، دومین رویداد CDM رخ خواهد داد.

چه مقدار محافظت از کنترل ESD مورد نیاز است؟

آسیب به ESDS توسط یک رویداد ESD با توانایی دستگاه در اتلاف انرژی تخلیه یا مقاومت در برابر سطوح ولتاژ درگیر در تخلیه تعیین می شود. همانطور که قبلا توضیح داده شد، این عوامل تعیین کننده حساسیت ESD دستگاه هستند. روش های تست بر اساس مدل های رویدادهای ESD به تعیین حساسیت اجزا به ESD کمک می کند. اگرچه مشخص است که به ندرت ارتباط مستقیمی بین تخلیه‌ها در روش‌های آزمایش و رویدادهای ESD در دنیای واقعی وجود دارد، تعریف حساسیت ESD قطعات الکترونیکی راهنمایی‌هایی در تعیین درجه حفاظت کنترل ESD مورد نیاز می‌دهد. این مراحل و موارد دیگر در قسمت پنجم این مجموعه پوشش داده شده است.

بر اساس ESD ADV1.0، ولتاژ مقاومت ESD «بالاترین سطح ولتاژی است که باعث خرابی دستگاه نمی‌شود؛ دستگاه تمام ولتاژهای پایین‌تر آزمایش‌شده را پشت سر می‌گذارد». بسیاری از قطعات الکترونیکی در سطوح ولتاژ نسبتا پایین در معرض آسیب ESD هستند. بسیاری از آنها به کمتر از 100 ولت حساس هستند و بسیاری از قطعات درایو دیسک در برابر ولتاژهای زیر 10 ولت نیز مقاومت می کنند. روندهای کنونی در طراحی و توسعه محصول، مدارهای بیشتری را روی این دستگاه های مینیاتوری سوار می کند، که حساسیت به ESD را بیشتر می کند و مشکل بالقوه را حادتر می کند. جدول 3 حساسیت ESD انواع مختلف قطعات را نشان می دهد.

جدول 2. حساسیت ESD دستگاه های الکترونیکی نماینده یا قطعات با حساسیت مرتبط با HBM و CDM*

 نوع دستگاه یا قطعه

    دستگاه های مایکروویو (دیودهای مانع شاتکی، دیودهای تماس نقطه ای و سایر دیودهای آشکارساز بیش از 1 گیگاهرتز)

    دستگاه های ماسفت گسسته

    دستگاه های موج صوتی سطحی (SAW).

    ترانزیستورهای اثر میدان اتصال (JFET)

    دستگاه های متصل به شارژ (CCD)

    دیودهای تنظیم کننده ولتاژ دقیق (خط تنظیم ولتاژ بار، <0.5٪)

    تقویت کننده های عملیاتی (OP AMP)

    مقاومت های لایه نازک

    مدارهای مجتمع

    GMR و فناوری جدید هدهای ضبط دیسک درایو

    دیودهای لیزری

    هیبریدها

    مدارهای مجتمع با سرعت بسیار بالا (VHSIC)

    یکسو کننده های کنترل شده سیلیکونی (SCRs) با Io <0.175 آمپر در 10 درجه سانتیگراد محیط

خلاصه

بخش 1 اصول ESD بار و دشارژ الکترواستاتیکی، مکانیسم های ایجاد بار، مواد، انواع آسیب های ESD، رویدادهای ESD و حساسیت ESD را مورد بحث قرار داده است. این بحث را می‌توانیم به صورت زیر خلاصه کنیم:

ü     تقریباً همه مواد، از جمله رساناها، می توانند به صورت تریبوالکتریک باشند

ü     میزان شارژ تحت تأثیر نوع ماده، سرعت تماس و جداسازی، رطوبت و چندین عامل دیگر است.

ü     اجسام باردار دارای الکترواستاتیک هستند

ü     ESD می‌تواند به دستگاه‌ها آسیب برساند، بنابراین یک پارامتر فوراً از کار می‌افتد، یا آسیب ESD ممکن است یک نقص پنهان باشد که ممکن است از تشخیص فوری فرار کند، اما ممکن است باعث از کار افتادن زودهنگام دستگاه شود.

ü     ESD می تواند در طول فرآیندهای تولید، آزمایش، حمل و نقل، جابجایی یا عملیاتی و در حین خدمات صحرایی رخ دهد.

ü     آسیب ESD می تواند در نتیجه تخلیه به دستگاه، از دستگاه، یا از انتقال بار ناشی از میدان های الکترواستاتیک رخ دهد. دستگاه ها از نظر حساسیت به طور قابل توجهی متفاوت هستند

ü     محافظت از محصولات در برابر اثرات آسیب ESD با درک این مفاهیم اساسی بارها و دشارژهای الکترواستاتیک آغاز می شود. یک برنامه کنترل ESD موثر نیازمند یک برنامه آموزشی موثر است که در آن همه پرسنل درگیر مفاهیم کلیدی را درک کنند. برای مفاهیم اساسی کنترل ESD قسمت دوم را ببینید.

REFERENCES

ESD ADV 1.0, Glossary, EOS/ESD Association, Inc., Rome, NY.

ESD TR20.20, ESD Handbook, EOS/ESD Association, Inc., NY.

ESD ADV11.2, Triboelectric Charge Accumulation Testing, EOS/ESD Association, Inc., Rome, NY.

ANSI/ESD S20.20—Standard for the Development of Electrostatic Discharge Control Program, EOS/ESD Association, Inc., Rome, NY.

https://www.esda.org/esd-overview/esd-fundamentals/part-1-an-introduction-to-esd/