Технологічний прогрес вимагає розробки, виробництва та використання електронних пристроїв на основі нанотехнологій, які працюють швидше та мають широкий спектр функціональних можливостей. В автомобілях зростає кількість електронних пристроїв та сенсорних систем, побутова техніка стає все "розумнішою", а електронні вироби – компактнішими. В останні роки, паралельно із зазначеними процесами, зросла і чутливість напівпровідникових компонентів до електростатичного розряду (ESD). Це призвело до того, що виробники з серйозним контролем якості стали приділяти ще більшу увагу захисту від ESD.
Під час перевірки електронних виробничих ліній особливу увагу слід приділяти ізоляційним матеріалам, що використовуються у виробництві. Контакт ізоляційних матеріалів, необхідних для виробництва (наприклад, пластиковий корпус електронного виробу), та електронних компонентів вимагає використання іонізаторів для нейтралізації заряду. У цих випадках йдеться про прямі ізоляційні матеріали, які обов'язково контактуватимуть з чутливими до електростатичного розряду електронними виробами (ESDS). [1, c. 16].
Непрямі ізоляційні матеріали не є частиною продукту, але за певних умов можуть знаходитися на виробництві та поблизу ESDS компонентів та виробів. Якщо відомі електростатичні параметри цих матеріалів, то шляхом введення відповідних правил можна забезпечити захист ESDS компонентів або виробів.
Щодо непрямих ізоляційних матеріалів, розташованих поблизу чутливих до електростатичного розряду напівпровідникових компонентів, стандарт IEC 61340-5-1:2024 встановлює наступні вимоги:
Усі непотрібні ізолятори та елементи – такі як кавові чашки, упаковки з їжею та особисті речі – повинні бути видалені з робочого місця або процесу, де обробляються незахищені ESDS вироби.
Небезпека ESD або джерело електростатичного поля від ізоляторів, необхідних для процесу, повинні бути оцінені для забезпечення того, що:
• напруженість електростатичного поля – у місці, де обробляється ESD – не перевищує 5000 В/м
або
• якщо електричний потенціал, виміряний на поверхні ізолятора, необхідного для процесу, перевищує 2000 В, цей елемент повинен знаходитися на відстані не менше 30 см від ESDS; та
якщо електричний потенціал, виміряний на поверхні ізолятора, необхідного для процесу, перевищує 125 В, цей елемент повинен знаходитися на відстані не менше 2,5 см від ESDS. [1, c. 16].
Оскільки стандарт вказує мінімальну відстань (30 см або 2,5 см), більшість виробничих або обробних процесів дотримуються лише цих мінімальних вимог. Тому ізоляційний матеріал може створювати статичне поле, яке діє на значно більших відстанях.
Під час дослідження проводилися вимірювання електростатичних властивостей деяких часто використовуваних ізоляційних матеріалів. На основі результатів вимірювань електричного потенціалу, виміряного на поверхні ізоляційних матеріалів, та вимог стандарту IEC 61340-5-1:2024, можна визначити, яку безпечну відстань необхідно дотримуватися між ізоляційним матеріалом та ESDS компонентами або виробами.
Для встановлення потенціалу на поверхні ізоляторів було використано електростатичного вольтметра типу EFM 022. Використання приладу EFM 022 є відносно простим. Його застосування можна підсумувати в наступних пунктах:
Спершу необхідно встановити на прилад EFM 022 два розпірні елементи довжиною 2 см. Вони забезпечать відповідну відстань між сенсором пристрою та зразком, що вимірюється.
• пристрій необхідно заземлити за допомогою заземлювального провідника через точку заземлення, розташовану в нижній частині приладу;
• після заземлення пристрою необхідно зняти захисний ковпачок сенсора. Після ввімкнення приладу на екрані з'явиться напис "2 см". Це означає, що прилад слід тримати на відстані 2 см від поверхні, що вимірюється;
• під час вимірювання зразків слід стежити за тим, щоб вимірювальний прилад знаходився по центру зразків і був перпендикулярним до поверхні. Згідно з технічним паспортом приладу EFM 022, саме тоді досягаються найточніші результати вимірювань, оскільки, якщо сенсор приладу розташований на відстані 2 см від поверхні зразка, сенсор вимірює електричний потенціал поверхні розміром 15 см x 15 см.
Також важливим є фіксування температури та відносної вологості навколишнього середовища під час проведення таких вимірювань. Ці параметри були заміряні за допомогою приладу AIJGO-61.
Для дослідження були підготовлені наступні зразки: бульбашкова плівка (поліетилен низької щільності, LDPE), спінений полістирол (білий, PS), синій поліетиленовий пакет (PE), чорний сміттєвий пакет (LDPE), пінопласт (білий, PE), матова папка-файл (PP). Кожен зразок мав розміри 15 см × 15 см, і було виготовлено по два екземпляри кожного матеріалу. Зразки були наклеєні на тонку картонну основу. Це забезпечило їхню жорсткість після контакту та розділення з рукою, а також дозволило проводити їхній контакт та розділення один з одним.
На значення електричного потенціалу, виміряного на поверхні пластикових зразків, значною мірою впливає відносна вологість навколишнього середовища. Вимірювання зразків проводилися у два етапи. В приміщенні, де проводилися тестування, відносна вологість в обох випадках становила від 70% до 80%, а температура – 19-21 °C. Досвід показує, що при нижчій відносній вологості схильність ізоляційних матеріалів до заряджання може бути значно вищою. Для деяких матеріалів вона може бути в десять або двадцять разів більшою за виміряними значення під час дослідження. Це підкреслює, наскільки важливим є контроль температури та вологості під час виробництва електронних пристроїв, а також те, що кожен виробничий процес має бути підданий оцінці ризиків. Для професійного виконання цього завдання вимірювання електричного потенціалу, що виникає на поверхні ізоляційних матеріалів, є незамінним.
Нижче наведено порівняння значень електричного потенціалу, виміряних при відносно високій вологості, після контакту ізоляційних матеріалів з рукою, а також після контакту та розділення ізоляційних матеріалів з тією ж складу один з одним:
Бульбашкова плівка заряджалася найбільшою мірою. При контакті з врукою максимальне значення електричного потенціалу становило -705 В.
На поверхні зразка спіненого полістиролу було виміряно максимум -650 В, на поверхні поліетиленового пакета – -357 В, на поверхні чорного сміттєвого пакета (поліетилен низької щільності) – -202 В, а на поверхні поліетиленового пінопласту – -116 В після контакту з шкірою руки.
Найменше значення електричного потенціалу було виміряно на поверхні матової папки-файла з поліпропілену. Після контакту з рукою було виміряно максимум -8 В.
Після контакту та розділення зразків спіненого полістиролу один з одним, максимальне виміряне значення електричного потенціалу становило -284 В. На поверхні поліетиленового пакета це значення становило -158 В, на поверхні чорного сміттєвого пакета (поліетилен низької щільності) – -68 В, на поверхні бульбашкової плівки (поліетилен низької щільності) – 18 В, на поверхні поліетиленового пінопласту – -45 В, а на поверхні матової папки-файла – 15 В.
З вищезазначених значень видно, що для всіх тестованих ізоляційних матеріалів після контакту з рукою на поверхні ізоляційних матеріалів виникає більший потенціал, ніж при контакті та розділенні ідентичних ізоляційних матеріалів один з одним. Це явище можна пояснити трибоелектричним рядом. Шкіра людської руки заряджається позитивно, а пластикові зразки – негативно. У трибоелектричному ряді ці матеріали розташовані далеко один від одного, тому при процесі контакт-розділення виникає більша кількість заряду, що призводить до більшого електричного потенціалу.
Бульбашкова плівка (поліетилен низької щільності), спінений полістирол, поверхня поліетиленового пакета, чорний сміттєвий пакет (поліетилен низької щільності), а також поліетиленовий пінопласт не повинні контактувати з ESDS виробами і повинні розташовуватися на відстані не менше 2,5 см від них. Зазначені матеріали можуть створювати електростатичне поле, що призводить до електростатичного розряду. Цей розряд може вплинути на роботу ЕСЧ електронних пристроїв і навіть вивести їх з ладу.
Література:
1. IEC 61340-5-1:2024. Electrostatics - Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena - General requirements. [Publication date 2024-05-21]. INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION, 2024. 43 p.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter