Повреждение компонента электростатическим разрядом – как и почему происходит сбой в приборах?

Как правило, повреждение может произойти в результате тестировании приборов при отсутствии контроля или слабом контроле за ESD. Обычно повреждение классифицируется как полный отказ изделия или сбой изделия.

Полный отказ

Когда устройство подвергается воздействию ESD, происходит сбой. Появление ESD может стать причиной нарушения целостности дорожки металлизации. Цепь устройства повреждена, в результате – устройство перестает функционировать полностью или, по крайней мере, частично. Такие сбои обычно можно обнаружить, когда прибор проверяется перед отправкой. Если устройство повреждено ESD после тестирования, то процесс производства будет продолжаться, при этом повреждение может быть обнаружено только при последнем тестировании.

Сбой

Согласно ГОСТ РВ 20.39.303-98 «сбой – однократное кратковременное искажение работы, не нарушающее границ работоспособности». Сбой может быть результатом повреждения ESD. Концепция скрытого сбоя противоречива и не полностью принята в техническом сообществе. «Скрытый дефект трудно определить. Устройство, которое подвергается воздействию электростатического разряда может не полностью выходить из строя, но продолжать выполнять свои функции. При этом срок службы прибора может быть сокращен. Прибор или оборудование, содержащие устройства со скрытыми дефектами, могут столкнуться с преждевременным сбоем после того, как пользователь введет их в эксплуатацию. Ремонт таких поломок обычно дорогостоящий, а в некоторых случаях невозможен.

Относительно легко со специализированным оборудованием можно подтвердить, что прибор перенес полный отказ. Основные тесты производительности подтвердят повреждение устройства. Однако скрытые дефекты весьма трудны для того чтобы их обнаружить, используя современную технологию, особенно после того, когда прибор уже полностью собран.

Влияние ESD – что приводит к сбою электронных устройств?

Повреждение ESD обычно возникает по одной из 3 причин: прямой электростатический разряд к электронному компоненту (ЭК), электростатический разряд от компонента или от разряда электростатического поля. Является ли изделие чувствительным к ESD, определяется способность прибора рассеивать энергию разряда или выдерживать высокое напряжение. Степень восприимчивости устройств к ESD – это уровень электростатического разряда, при котором устройства вышло из строя.

Влияние разряда на устройства

ESD может возникнуть при разряжении проводника (включая человеческое тело). Причиной электростатического повреждения может быть прямая передача электростатического заряда от человека или заряженного материала к компонентам, чувствительным к ESD. Когда человек идет по полу, на нём накапливается электростатический заряд. 

Простой контакт (или приближение) пальца к компоненту, чувствительному к ESD или при сборке, у которого обычно другой электрический потенциал, может привести к разряду и, возможно, вызвать повреждение компонента. Для моделирования этого события используется модель человеческого тела (МЧТ). Подобный разряд может произойти от зараженного проводника, например, металлического инструмента или крепления. По характеру разряда, раньше для описания этого события ранее использовали такой термин, как модель механического устройства (ММ).

Разряд компонента

Передача заряда от компонентов, чувствительных к ESD к проводнику также является появлением ESD. Статический заряд может аккумулироваться на самом компоненте, чувствительном к ESD при работе с ним и контакте устройств с упаковкой, рабочей поверхностью или поверхностью оборудования. Это часто происходит, когда устройство перемещают по поверхности или при его упаковке (распаковке). Модель, используемая для имитации передачи заряда от компонента, чувствительного к ESD, называется моделью заряженного устройства (МЗУ). Емкость, энергия и форма волны тока зависит от чувствительности предмета к электростатическому разряду, что приводит к различным типам сбоя.

Тенденция автоматизировать сборку, как представляется, решает проблемы, связанные с МЧТ ESD. Однако, было доказано, что компоненты могут быть более подвержены к повреждениям при сборке на автоматизированном оборудовании. Устройство может заряжаться, например, от скольжения вниз по фидеру. Если он после этого контактирует с любой проводной поверхностью, то устройство моментально разряжается.

Магнитная индукция

Другой процесс электростатического заряда, который может привести к отказу или полностью уничтожить ЭК называется индукцией поля. Как отмечалось ранее, когда какой-либо объект становится электростатически заряженным, вокруг него возникает электростатическое поле с зарядом такой же полярности. Если компонент, чувствительный к ESD, помещен в зону действия электростатического поля, то заряд может влиять на него. Если ЭК удалить из зоны действия эл поля, а затем заземлить или приблизить к заземленной поверхности, то мы получим эффект МЗУ, который можно измерить с помощью приборов.

Сколько внимания нужно уделять контролю за ESD?

Повреждение ESD определяется способностью устройства рассеивать энергию разряда или выдерживать соответствующие уровни напряжения - как объяснялось ранее, эти факторы определяют чувствительность или восприимчивость ЭК к ESD. Процедуры тестирований, основанные на моделях ESD, помогают определить чувствительность компонентов к ESD. Хотя известно, что очень редко существует прямая корреляция между разрядами в процедурах тестирования и явлениями ESD в реальных условиях, определение чувствительности электронных компонентов к электростатическому разряду дает некоторые рекомендации по определению степени требуемой защиты от электростатического разряда.

Выдерживаемое напряжение электростатического разряда - «самый высокий уровень напряжения, который не вызывает сбой в функционировании ЭК; устройство выдерживает все испытания при более низком напряжении». Многие электронные компоненты чувствительны или могут быть подвержены ESD при относительно низких уровнях напряжения. Многие восприимчивы к напряжению менее 100 вольт, а некоторые компоненты выдерживают напряжение только менее 10 вольт. Текущие тенденции в дизайне и разработке делают ЭК еще компактнее, что приведет к повышению их чувствительность к ESD, и это делает потенциальную проблему еще более острой. Таблица 3 показывает чувствительность к электростатическому разряду различных типов компонентов.

Защита ЭК от ESD начинается с понимания ключевых понятий электростатических зарядов и разрядов. Эффективная программа по контролю за ESD требует эффективной программы обучения, в которой весь задействованный персонал вовлечен в процесс и понимает ключевые аспекты.