Elektrostatski izboj – kako uređaji zataje?

Elektrostatski kvarovi elektroničkih uređaja mogu se dogoditi u bilo kojem
stadiju od proizvodnje do njegovog korištenja. Kvar je rezultat skladištenje
uređaja u nekontroliranim uvjetima ili kad je korištena slaba ESI praksa.
Kvarovi se dijele kao katastrofalan defekt ili latentni defekt.

KATASTROFALAN DEFEKT
Kada je elektronički uređaj izložen ESI događaju to može značiti da više neće
funkcionirati. ESI događaj može uzrokovati topljenje metala, prekid spoja
ili kvar oksida. Uređaj je permanentno oštećen pa se ti kvarovi u većini slučajeva
otkriju testiranjem uređaja prije slanja. Ako se to dogodi nakon testa kvar
neće biti detektiran dok se uređaj ne pusti u rad.

LATENTI DEFEKT
Latentni defekt je mnogo teže otkriti. Uređaj izložen ESI događaju može biti
samo parcijalno degradiran, tj. sposoban izvršavati svoje funkcije ali njegov
radni vijek može biti dramatično smanjen. Uređaj ili sistem koji se sastoji
od dijelova sa latentnim defektom može prerano zatajiti nakon što se počne
koristiti. Takvi kvarovi su veoma skupi za popravak i u nekim primjenama mogu
dovesti do osobnog rizika. Sa podobnom opremom je relativno lako otkriti katastrofalan
defekt dok je kod latentnog to veoma teško pogotovo ukoliko je dotični dio
integriran u neki proizvod.

 

Osnovni ESD događaji – što dovodi do kvara?

ESI kvar je obično uzrokovan trima događajima: direktno elektrostatičko izbijanje
na uređaj, DEI iz uređaja i poljem uzrokovanim izbijanjem.

IZBOJ NA UREĐAJ
ESI događaj se javlja kada se bilo koji nabijeni vodič (uključujući ljudsko
tijelo) izbije na ESIO (elektrostatski izbojno osjetljiv) uređaj. Najrašireniji
uzrok ESI događaja je direktni transfer elektrostatskog naboja između ljudskog
tijela ili nabijenog materijala na ESIO uređaj. Kada osoba hoda preko poda
elektrostatski naboj se akumulira na tijelu. Jednostavni kontakt prsta sa
vodom ESIO uređaja ili više njih dopušta da se tijelo izbije uzrokujući kvar
na uređaju. Model koji se koristi da se simulira taj događaj je HMB (human
body model) . Slično izbijanje se događa od strane nabijenog vodljivog objekta
kao što su metalni alati, itd. Model koji karakterizira taj događaj je poznat
kao strojni model (MM- machine model).

Human body model – crtano u Electronics Workbenchu

 

IZBOJ IZ UREĐAJA
Transfer naboja iz ESIO uređaja je isto ESI događaj. Automatiziranog sastavljanje
se činilo kao da će riješiti problem HBM ESI događaja. Nažalost, pokazalo
da je osjetljivost na kvar nekih dijelova automatiziranim sastavljanjem još
i veća. Uređaj se recimo može nabiti kretanjem kroz tvorničku traku i onda
rapidno izbiti na neki drugi vodljivi dio. Događaj se opisuje kao CDM (Charged
Device Model) i može biti destruktinvniji nego HBD (za neke uređaje). Iako
je vrijeme izbijanja manje od jedne nanosekunde pik struje može doseći i nekoliko
desetina ampera.

 

POLJEM INDUCIRANO IZBIJANJE
Još jedan događaj koji može direktno ili indirektno pokvariti uređaje je poljem
inducirano izbijanje. Kada god objekt postane elektrostatski nabijen postoji
elektrostatsko polje stvoreno tim nabojem. Ako se ESIO uređaj stavi u elektrostatsko
polje naboj može biti induciran na uređaju. Ako se uređaj uzemlji dok je pod
utjecajem elektrostatskog polja dolazi do transfera naboja iz uređaja.

OSLJETLJIVOST UREĐAJA – KOLIKO JE ZAŠTITE POTREBNO
Šteta na ESIO uređaju zbog ESD događaja je određena mogućnošću uređaja da
disipira energiju izboja ili da se odupre vrijednostima napona. To je poznato
kao ESD osjetljivost uređaja. Neki su uređaji više osljetljivi na HBM model
dok su drugi osjetljiviji na CMD. Definiranje osjetljivosti je jedan od prvih
koraka u određivanju potrebne zaštite. Mnoge od eletroničkih komponenata su
osjetljive na ESD kvar već pri malim naponskim vrijednostima. Neki na vrijednostima
od 100V, a mnogi diskovi i ispod 10V. Današnji trend u proizvodnji dizajniranja
i stvaranja sve više integriranih krugova u tim malim uređjima dodatno povećava
postojeći problem.








































Osjetljivost
eletričnih komponenata na ESD

Tip
uređaja
ESD osjetljivost
u voltima

VMOS

30- 1200

Mosfet,
Gasfet, EPROM
100
– 300

JFET

150 – 7000

OP-AMP

190 – 2500
Schottky
Diode
300 – 2500

Filmski
otpornici

300 – 3000

Schottky
TTL

1000 – 2500

 

Zaključak

U ovom članku o elektrostatskom izboju diskutirali smo o osnovama
elektrostatskog izboja, tipovima, kvarovima, ESD događajima i o osjetljivosti
naših uređaja pa možemo postaviti nekoliko zaključaka:

  1. Virtualno svi materijali čak i vodiči se mogu nabiti procesom
    kontakta i separacije,
  2. Vrijednost naboja ovisi o tipu materijala, brzini kontakta
    i separacije, vlažnosti i o još nekoliko manje zavisnih faktora,
  3. Elektrostatski izboj može stvoriti kataskrofalne ili latentne
    kvarove električnih komponenata,
  4. Kvar komponente se može dogoditi kao rezultat izboja iz
    komponente kao i direktnog izboja na komponentu,
  5. Komponente variraju značajno u svojoj osjetljivosti na ESD.

Za kraj koristimo priliku pozdraviti jednog našeg prijatelja koji je tokom
jedne ne tako davne zime (1999/00) uspio statičkim elektricitetom "srediti"
tri matične ploče, dva procesora i jednu grafičku karticu. Sve zahvaljujući
svojoj fleece vesti.