정전 방전

Electrostatic discharge
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정전기 방전(ESD)은 접점에 의해 발생하는 두 개의 대전 물체 간의 갑작스럽고 순간적인 전류 흐름입니다. 즉, 누전 또는 유전체 고장입니다.정전기의 축적은 트라이보전 또는 정전 유도에 의해 발생할 수 있습니다.ESD는 서로 다르게 대전된 물체가 가까이 오거나 그 사이의 유전체가 고장나 눈에 보이는 스파크가 발생할 때 발생합니다.

ESD는 화려한 전기 스파크를 발생시킬 수 있지만(번개는 천둥소리와 함께 발생하는 대규모 ESD 이벤트이다), 보이지 않거나 들리지 않을 수 있지만 민감한 전자 장치에 손상을 입힐 만큼 큰 형태는 아니다.전기 스파크는 특히 낙뢰 시 발생하는 공기 중 약 40 kV/cm 이상의 전계 강도를 필요로 한다.ESD의 다른 형태로는 날카로운 전극으로부터의 코로나 방전, 둔탁한 전극으로부터의 브러시 방전 등이 있습니다.

ESD는 가스, 연료 증기, 석탄 분진의 폭발, 집적회로 등 고체 전자 부품의 고장 등 산업에서의 중요성에 대한 악영향을 초래할 수 있다.고전압에 노출되면 영구적인 손상을 입을 수 있습니다.따라서 전자제품 제조업체는 고충전 물질을 피하고 작업자의 접지, 정전기 방지 장치 제공, 습도 제어 등의 정전기 방지 수단을 사용하여 정전기 방지 영역을 구축하고 있습니다.

ESD 시뮬레이터는 예를 들어 인체 모델 또는 충전 장치 모델을 사용하여 전자 장치를 테스트하는 데 사용할 수 있다.

원인들

ESD 이벤트의 원인 중 하나는 정전기다.정전기는 종종 두 물질이 접촉한 후 분리될 때 발생하는 전하 분리인 트리보차징을 통해 발생합니다.충전의 예로는 양탄자 위를 걷는 것, 마른 머리에 플라스틱 빗을 문지르는 것, 스웨터에 풍선을 문지르는 것, 직물 카시트에서 올라오는 것, 또는 플라스틱 포장지를 제거하는 것 등이 있습니다.이러한 모든 경우, 두 재료 사이의 접촉이 끊기면 트리보충전이 발생하여 정전기가 발생할 수 있는 전위차가 발생합니다.

ESD 손상의 또 다른 원인은 정전 유도입니다.이는 지면에서 분리된 전도성 물체 근처에 대전된 물체가 놓여 있을 때 발생합니다.대전된 물체의 존재는 다른 물체의 표면에 전하를 재분배시키는 정전장을 생성합니다.물체의 정전기하에는 변화가 없지만 현재 과잉 양전하와 음전하 영역이 있습니다.물체가 전도성 경로에 닿으면 ESD 이벤트가 발생할 수 있습니다.예를 들어 스티로폼 컵이나 가방 표면에 충전된 영역은 정전기 유도를 통해 근처의 ESD 민감 컴포넌트에 전위를 유도할 수 있으며 컴포넌트를 금속 공구로 만지면 ESD가 발생할 수 있습니다.

또한 ESD는 물체에 충돌하는 에너지 하전 입자에 의해 발생할 수 있습니다.이로 인해 표면과 충전이 증가합니다.이것은 대부분의 [1]우주선에 대해 알려진 위험입니다.

종류들

ESD의 가장 화려한 형태는 스파크로, 무거운 전기장이 공기 중에 이온화된 전도성 채널을 만들 때 발생합니다.이로 인해 인체에 경미한 불쾌감, 전자 기기의 심각한 손상, 공기 중에 가연성 가스 또는 입자가 포함되어 있는 경우 화재 및 폭발이 발생할 수 있습니다.

그러나 많은 ESD 이벤트는 가시적 또는 청각적 스파크 없이 발생합니다.비교적 적은 전하를 가진 사람은 민감한 전자 부품을 손상시키기에 충분한 방전을 느끼지 못할 수 있습니다.일부 장치는 30V 미만의 방전으로 인해 손상될 수 있습니다.이러한 ESD의 보이지 않는 형태는 명백한 장치 고장을 일으키거나 전자 장치의 장기적 신뢰성과 성능에 영향을 미칠 수 있는 덜 명백한 형태의 열화를 일으킬 수 있다.일부 디바이스의 열화는 서비스 수명이 [citation needed]길어질 때까지 명확하게 나타나지 않을 수 있습니다.

스파크

주요 기사:전기 스파크

스파크는 전계 강도가 공기의 유전체 강도인 약 4~30kV/cm를[2] 초과할 때 발생합니다.이로 인해 공기 중에 있는 자유 전자와 이온의 수가 매우 빠르게 증가하여 일시적으로 유전체 파괴라고 불리는 과정에서 공기가 갑자기 전기 전도체가 되는 원인이 될 수 있습니다.

Rymań 위에 번개.폴란드 북부

아마도 자연 불꽃의 가장 잘 알려진 예는 번개일 것이다.이 경우 구름과 지면 사이 또는 두 구름 사이의 전위는 일반적으로 수억 볼트입니다.결과적으로 스트로크 채널을 순환하는 전류는 엄청난 에너지 전달을 일으킵니다.훨씬 더 작은 규모에서, 스파크는 380V(파셴의 법칙)로 충전된 물체로부터 정전기 방전되는 동안 공기 중에 형성될 수 있습니다.

지구의 대기는 21%의 산소(O)와 78%의 질소(N22)로 구성되어 있습니다.번개 섬광과 같은 정전 방전 중에는 영향을 받는 대기 분자가 전기적으로 과도한 스트레스를 받게 됩니다.이원자 산소 분자는 분열된 후 재결합하여 불안정한 오존(O3)을 형성하거나 금속 및 유기물과 반응합니다.전기적 스트레스가 충분히 높으면 질소산화물(NOx)이 형성될 수 있습니다.두 제품 모두 동물에게 독성이 있으며 질소산화물은 질소 고정에 필수적입니다.오존은 오존 분해에 의해 모든 유기물을 공격하여 정수하는데 사용된다.

스파크는 연료 농도가 높은 환경에서 치명적인 폭발로 이어질 수 있는 가연성 환경에서 발화원입니다.대부분의 폭발은 알려진 노천 스파크 장치에 침입한 예상치 못한 가연성 연료 누출이었는지, 또는 알려진 연료 풍부 환경에서 예상치 못한 스파크였는지는 아주 작은 정전기 방전에서 찾을 수 있습니다.산소가 존재하고 화재 삼각형의 세 가지 기준이 결합되어 있는 경우에도 결과는 동일합니다.

전자제품의 손상 방지

항공기의 정전기 방전기 부분.2개의 날카로운 3/8인치 금속 마이크로포인트와 보호용 노란색 플라스틱에 주의하십시오.

많은 전자 부품, 특히 집적회로와 마이크로칩이 ESD에 의해 손상될 수 있습니다.민감한 컴포넌트는 제조 중, 제조 후, 배송 및 장치 조립 중, 완성된 장치에서 보호해야 합니다.ESD를 효과적으로 제어하려면 접지가 특히 중요합니다.명확하게 정의하고 정기적으로 [3]평가해야 합니다.

다음 항목도 참조하십시오.정전 감응 장치 및 정전 방전 재료

제조 시 보호

제조 시 ESD 예방은 정전기 방전 보호 영역(EPA)을 기반으로 합니다.EPA는 소규모 워크스테이션 또는 대규모 제조 지역일 수 있습니다.EPA의 주요 원칙은 ESD 민감 전자기기 부근에 고충전 재료가 없고, 모든 전도성 및 방산성 재료가 접지되며, 작업자가 접지되며, ESD 민감 전자기기에서의 전하 축적이 방지된다는 것이다.국제 표준은 대표적인 EPA를 정의하는 데 사용되며, 예를 들어 국제 전기 표준 위원회(IEC) 또는 미국 국가 표준 협회(ANSI)에서 확인할 수 있다.

EPA 내의 ESD 방지에는 적절한 ESD 안전 포장재의 사용, 조립 작업자가 착용한 의류에 전도성 필라멘트의 사용, 작업자의 신체에 고전압이 축적되는 것을 방지하기 위한 손목 스트랩 및 발 스트랩의 실시, 정전기 방지 매트 또는 전도성 바닥재의 사용을 포함할 수 있습니다.습도 조절을 할 수 있습니다.습한 상태는 대부분의 표면에 축적된 얇은 수분층이 전하를 방출하는 역할을 하기 때문에 정전하 발생을 방지합니다.

이오나이저는 특히 절연재를 접지할 수 없는 경우에 사용합니다.이온화 시스템은 절연체 또는 유전체 재료의 하전 표면 영역을 중화시키는 데 도움이 됩니다.2,000V 이상의 삼각 전기 충전이 발생하기 쉬운 절연 재료는 현장 유도를 통한 장치의 우발적인 충전을 방지하기 위해 민감한 장치로부터 최소 12인치 떨어져 있어야 한다.항공기에서는 날개 및 기타 표면의 후행 가장자리에 정적 방전기를 사용한다.

집적회로의 제조원 및 사용자는 ESD를 방지하기 위해 예방조치를 취해야 합니다.ESD 방지는 디바이스 자체의 일부이며 디바이스 입력 및 출력 핀에 대한 특별한 설계 기술을 포함할 수 있습니다.외부 보호 컴포넌트는 회로 레이아웃에도 사용할 수 있습니다.

전자부품과 조립체의 유전체 특성상 장치 취급 시 정전기를 완전히 막을 수 없다.ESD에 민감한 전자 부품과 부품도 대부분 소형이기 때문에 제조와 취급은 자동화 장비로 이루어집니다.따라서 ESD 방지 활동은 구성요소가 기기 표면에 직접 접촉하는 프로세스에서 중요합니다.또한 정전 방전에 민감한 부품이 제품 자체의 다른 전도성 부품과 연결되어 있을 때는 ESD를 방지하는 것이 중요합니다.ESD를 방지하는 효율적인 방법은 전도성이 높지 않지만 천천히 정전하를 전달하는 재료를 사용하는 것입니다.이러한 물질을 정적 소멸 물질이라고 하며 저항률 값이 10옴미터 미만입니다12.ESD 감응형 전자제품의 전도성 영역에 접촉하는 자동 제조 재료는 방산성 재료로 제작되어야 하며, 방산성 재료는 접지되어야 합니다.이 특별한 물질은 전기를 전도할 수 있지만 매우 느리게 전도한다.축적된 정전하는 실리콘 회로의 내부 구조를 해칠 수 있는 갑작스러운 방전 없이 사라집니다.

운송 중 보호

정전기 방지용 가방 안에 있는 네트워크 카드.페러데이 케이지로서 기능하는 부분 전도성 플라스틱으로 만들어진 가방으로 ESD로부터 카드를 보호합니다.

기밀 장치는 운송, 취급 및 보관 중에 보호해야 합니다.포장재의 표면 저항과 체적 저항률을 제어함으로써 정전기 발생과 방전을 최소화할 수 있습니다.또한 포장재는 배송 중 마찰 또는 마찰로 인한 팩의 삼전기를 최소화하도록 설계되어 있으며, 포장재에 [4]정전 또는 전자파 차폐를 포함해야 할 수도 있습니다.일반적인 예로는 반도체 소자와 컴퓨터 부품은 보통 부분 전도성 플라스틱으로 만들어진 정전기 방지용 봉투에 담겨 운송되는데, 정전기 방지용 봉투는 내용물을 ESD로부터 보호하는 패러데이 케이지 역할을 한다.

전자기기 시뮬레이션 및 테스트

테슬라 코일의 여러 방전에서 발생하는 리본 모양의 플라즈마 필라멘트를 나타내는 방전.

인체 접촉에 의한 ESD에 대한 전자 장치의 민감성을 테스트하기 위해 인체 모형(HBM)이라고 하는 특수 출력 회로가 있는 ESD 시뮬레이터가 자주 사용됩니다.이것은 저항기와 직렬로 연결된 콘덴서로 구성됩니다.콘덴서는 외부 소스에서 지정된 고전압으로 충전된 후 저항을 통해 테스트 대상 장치의 전기 단자로 갑자기 방전됩니다.가장 널리 사용되는 모델 중 하나는 JEDEC 22-A114-B 표준에 정의되어 있습니다. JEDEC 22-A114-B는 100피코파라드 캐패시터와 1,500옴 저항을 지정합니다.다른 유사한 표준으로는 MIL-STD-883 방법 3015와 ESD 협회의 ESD STM5.1이 있다.유럽 연합 정보기술 장비 표준을 준수하기 위해 IEC/EN 61000-4-2 테스트 사양을 사용합니다.[5]장비 제조업체 샤프너가 참조한 또 다른 규격은 높은 충실도의 결과를 제공하는 C = 150 pF 및 R = 330 Ω을 요구한다.이론이 대부분이지만 실제 ESD 생존율을 측정하는 기업은 거의 없습니다.테스트 셀 형상, 발전기 규격, 테스트 레벨, 방전 속도 및 파형, "피해자" 제품의 방전 유형과 지점, 제품 생존성 측정을 위한 기능 기준에 대한 지침과 요건이 제공된다.

대전디바이스 모델(CDM) 테스트는 디바이스 자체에 정전하가 있어 금속 접촉에 의해 방전될 때 디바이스가 견딜 수 있는 ESD를 정의하기 위해 사용됩니다.이 방전 타입은 전자 디바이스에서 가장 일반적인 ESD 타입으로, 제조 시에 ESD에 의한 파손의 대부분을 일으킵니다.CDM 방전은 주로 방전의 기생 파라미터에 의존하며 컴포넌트 패키지의 크기와 유형에 따라 크게 달라집니다.가장 널리 사용되는 CDM 시뮬레이션 테스트모델의 1개는 JEDEC에 의해 정의되어 있습니다.

기타 표준화된 ESD 테스트 회로에는 기계 모델(MM)과 전송 라인 펄스(TLP)가 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 헨리 B.개럿과 알버트 C.Whittlesey: 우주선 충전, 업데이트, IEEE Trans.플라즈마 사이언스, 28(6), 2000.
  2. ^ CRC 화학 및 물리 핸드북 (PDF)
  3. ^ "Fundamentals of Electrostatic Discharge". In Compliance Magazine. May 1, 2015. Retrieved 25 June 2015.
  4. ^ GR-1421, Telcordia, ESD-Protective Circuit Packed Containers의 일반 요건.
  5. ^ "Baytems ESDzap - Lightweight ESD Simulator Product Overview" (PDF). Baytems. Aug 25, 2012. Retrieved 2012-08-25.

외부 링크