การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) เป็นปัญหาความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่รู้จักกันดี ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานผิดปกติหรือเสียหายได้เมื่อวางอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ไว้ตามลำพังหรือติดตั้งในโมดูลวงจร อาจทำให้อุปกรณ์เหล่านี้เสียหายถาวรได้แม้ว่าจะไม่ได้เปิดเครื่องก็ตามส่วนประกอบที่ไวต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิตเรียกว่าอุปกรณ์ที่ไวต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESDS)
หากแรงดันไฟระหว่างพินของส่วนประกอบตั้งแต่สองพินขึ้นไปนั้นมีค่ามากกว่าความต้านการสลายของไดอิเล็กตริกของส่วนประกอบ ส่วนประกอบนั้นจะได้รับความเสียหายนี่คือสาเหตุหลักของความล้มเหลวของอุปกรณ์ MOSยิ่งชั้นออกไซด์บางลงเท่าใด อุปกรณ์ก็จะยิ่งไวต่อการปล่อยไฟฟ้าสถิตมากขึ้นเท่านั้นความผิดปกติมักจะปรากฏเป็นไฟฟ้าลัดวงจรที่มีความต้านทานบางอย่างต่อตัวจ่ายไฟเองสำหรับอุปกรณ์ไบโพลาร์ ความเสียหายโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นในพื้นที่ของสารกึ่งตัวนำแบบแอคทีฟที่ได้รับการเคลือบโลหะและแยกออกจากกันด้วยชั้นออกไซด์บางๆ ดังนั้นจึงทำให้เกิดการรั่วไหลอย่างรุนแรง
ความล้มเหลวอีกประการหนึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิของโหนดเกินจุดหลอมเหลวของเซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอน (1415 ° C)พลังงานของพัลส์การคายประจุไฟฟ้าสถิตอาจทำให้เกิดความร้อนเฉพาะที่ ดังนั้นกลไกนี้จะล้มเหลวความล้มเหลวนี้สามารถเกิดขึ้นได้แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าจะต่ำกว่าแรงดันพังทลายของอิเล็กทริกตัวอย่างทั่วไปคือการสลายตัวระหว่างอีซีแอลและฐานของทรานซิสเตอร์ NPN จะทำให้เกนในปัจจุบันลดลงอย่างรวดเร็ว
หลังจากที่อุปกรณ์ได้รับผลกระทบจากไฟฟ้าสถิต ความเสียหายจากการทำงานอาจไม่เกิดขึ้นทันทีส่วนประกอบที่อาจเสียหายเหล่านี้มักถูกเรียกว่า "คนพิการ" และเมื่อใช้แล้ว จะมีความอ่อนไหวมากขึ้นต่อการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตที่ตามมาหรือสภาวะสื่อกระแสไฟฟ้าชั่วขณะสิ่งสำคัญคือต้องใส่ใจอย่างใกล้ชิดกับความเสียหายที่เกิดขึ้นกับส่วนประกอบที่ไม่สามารถตรวจจับได้ง่ายจากแรงดันไฟที่คายประจุร่างกายมนุษย์สัมผัสได้ถึงแรงดันไฟฟ้าที่คายประจุไฟฟ้าสถิตระหว่าง 3000-5000V อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟฟ้าเมื่อส่วนประกอบเสียหายมีเพียงไม่กี่ร้อยโวลต์ผลกระทบที่เป็นอันตรายของการปล่อยไฟฟ้าสถิตเริ่มเป็นที่รู้จักในปี 1970ทั้งนี้เนื่องมาจากการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่ทำให้ส่วนประกอบไวต่อความเสียหายที่เกิดจากการปล่อยไฟฟ้าสถิตมากขึ้นเรื่อยๆการสูญเสียจากไฟฟ้าสถิตสามารถสูงถึงหลายล้านดอลลาร์ในแต่ละปีดังนั้นผู้ผลิตชิ้นส่วนและอุปกรณ์ขนาดใหญ่จำนวนมากจึงได้นำเทคโนโลยีระดับมืออาชีพมาใช้เพื่อลดการสะสมของไฟฟ้าสถิตในสภาพแวดล้อมการผลิต ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอัตราคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์และความน่าเชื่อถือผู้ใช้ยังเข้าใจถึงความสำคัญของการป้องกันความเสียหายจากไฟฟ้าสถิตโดยพิจารณาจากประสบการณ์ของตนเอง
2．วิธีจัดการกับการคายประจุไฟฟ้าสถิต
ขั้นตอนแรกในการควบคุมการสะสมของไฟฟ้าสถิตคือการทำความเข้าใจกลไกการสร้างประจุไฟฟ้าสถิตแรงดันไฟฟ้าสถิตเกิดจากการสัมผัสและแยกสารประเภทต่างๆแม้ว่าความเสียดทานจะสะสมประจุได้มากกว่า แต่ก็ไม่จำเป็นต้องเสียดสีผลกระทบนี้เรียกว่าการชาร์จแบบไทรโบอิเล็กทริก และแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุที่มีการเสียดสีกันตารางลำดับการเกิดกระแสไฟฟ้าเสียดทานแสดงระดับความยากในการชาร์จวัสดุประเภทต่างๆสำหรับสารสองชนิดที่สัมผัสกัน อิเล็กตรอนจะเปลี่ยนจากสารบนในรายการลำดับเป็นสารล่าง ซึ่งจะทำให้สารทั้งสองมีประจุบวกและลบตามลำดับยิ่งวัสดุในตารางลำดับอยู่ไกลเท่าไร ก็ยิ่งมีประจุมากขึ้นเท่านั้น
ลำดับการเกิดกระแสไฟฟ้าเสียดทานของสารทั่วไปแสดงในตารางต่อไปนี้:
3．การแก้ปัญหาในทางปฏิบัติ
วิธีแก้ปัญหาประกอบด้วย: หากส่วนประกอบที่ไวต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESDS) สัมผัสกับภายนอกระหว่างการผลิตและการบำรุงรักษา ควรป้องกันไม่ให้มีการสะสมของประจุใกล้กับส่วนประกอบเหล่านี้ และส่วนประกอบเหล่านี้ควรได้รับการปกป้องจากการคายประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างการขนส่งและวิธีการจัดเก็บ บรรจุภัณฑ์มีหลายวิธีในการป้องกันไฟฟ้าสถิตย์วิธีที่ดีที่สุดคือตอบสนองความต้องการและต้นทุนต่ำสุด วิธีนี้จะแตกต่างกันไปตามผลิตภัณฑ์และโอกาสต่างๆ
4．พื้นที่ป้องกันการปล่อยไฟฟ้าสถิต (EPA)
พื้นที่ป้องกันไฟฟ้าสถิต (EPA) ซึ่งบางครั้งเรียกว่าพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย เป็นหัวใจสำคัญของมาตรการควบคุมการปล่อยไฟฟ้าสถิตในบริเวณนี้ ส่วนประกอบที่ไวต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESDS) หรือแผงวงจร หรือส่วนประกอบที่ประกอบด้วยสิ่งเหล่านี้ สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยเนื่องจากควบคุมปริมาณประจุโดยไม่สร้างแรงดันไฟฟ้าที่เสียหายพื้นที่นี้มักจะประกอบด้วยโต๊ะทำงานหรือกลุ่มงาน เวิร์กสเตชัน อุปกรณ์การประมวลผล เช่น เครื่องปลั๊กอินอัตโนมัติ หรือพื้นที่การผลิตขอบเขตของ EPA จะต้องมีการทำเครื่องหมายไว้อย่างชัดเจน และเป็นการดีที่สุดที่จะตั้งรั้วเพื่อป้องกันไม่ให้บุคคลที่ไม่ได้รับอนุญาตเข้ามาควรใช้วัสดุที่มีประจุไฟฟ้าสถิตสะสมในพื้นที่ EPA และสามารถปล่อยประจุลงสู่พื้นดินในลักษณะที่ควบคุมได้
5. ความปลอดภัย
เครื่องมือและอุปกรณ์โดยทั่วไปมีอยู่ใน EPAในสภาพแวดล้อมนี้ การเชื่อมต่อวัตถุหรืออุปกรณ์ชิ้นเดียวกับพื้นโดยตรงเป็นอันตรายด้วยเหตุนี้เองที่ความต้านทานไม่น้อยกว่า 1M ควรเชื่อมต่อแบบอนุกรมที่จุดต่อของสายกราวด์ข้อมือ ตัววิ่ง และแถบนิ้วเท้าตัวนำกราวด์ของสายรัดข้อมือบางชนิดมีตัวต้านทานดังกล่าวที่ปลายแต่ละด้าน ดังนั้นแม้ว่าตัวนำกราวด์ของสายรัดข้อมือจะเชื่อมต่อกับขั้วต่อที่มีไฟฟ้าของผลิตภัณฑ์ที่เปิดใช้งานเพื่อการซ่อมแซม แต่ก็ไม่มีอันตรายเครื่องทดสอบสายกราวด์ที่ข้อมือเป็นเครื่องมือในการตรวจสอบว่าความต้านทานของตัวต้านทานนั้นเหมาะสมหรือไม่ (หากสูงเกินไป จะไม่สามารถทำให้เกิดพันธะที่เท่ากันได้ หากต่ำเกินไป อาจเกิดอันตรายต่อความปลอดภัยได้)สายกราวด์ของสายรัดข้อมือควรติดตั้งปลั๊กที่ไม่เข้ากับเต้ารับไฟฟ้าอื่นๆ ซึ่งสามารถถอดออกได้ง่าย และสามารถถอดออกได้ง่ายในกรณีฉุกเฉิน
6. การปฏิบัติงานในเขตป้องกันไฟฟ้าสถิตย์
ในเขตป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิต ประจุและศักย์ไฟฟ้าไม่สามารถรักษาให้อยู่ในช่วงที่อนุญาต เว้นแต่จะปฏิบัติตามข้อกำหนดการใช้งานที่ชัดเจนตัวอย่างปัญหาที่อาจทำให้เกิดปัญหา ได้แก่ การนำเอกสาร ภาชนะพลาสติก ถ้วย ฯลฯ หุ้มพลาสติกป้องกันไฟฟ้าสถิตย์แบบไม่ไฟฟ้าสถิตเข้าไปในพื้นที่ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ และการใช้น้ำยาทำความสะอาดที่อาจทำลายลักษณะไฟฟ้าสถิตของพื้นหรือพื้นผิวการทำงานบุคลากรที่เกี่ยวข้องควรได้รับการฝึกอบรมอย่างเพียงพอ ไม่เพียงแต่เรียนรู้ขั้นตอนที่ต้องปฏิบัติตามเท่านั้น แต่ยังต้องเข้าใจเหตุผลที่ต้องปฏิบัติตามด้วยนอกจากนี้ยังเป็นประโยชน์ที่จะทราบพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องของส่วนประกอบที่อาจเสียหายควรแต่งตั้งบุคคลพิเศษเพื่อดูแลการบำรุงรักษาและบำรุงรักษาพื้นที่ป้องกันไฟฟ้าสถิต และในขณะเดียวกัน ให้ตรวจสอบการปฏิบัติตามกฎระเบียบการตรวจสอบเหล่านี้ควรได้รับการตรวจสอบโดยเป็นส่วนหนึ่งของการรับรองระบบการจัดการคุณภาพ
7. การขนส่งและการเก็บรักษา
เมื่อขนส่งส่วนประกอบที่มีสารตะกั่ว มักใช้โฟมนำไฟฟ้าสิ่งนี้สามารถป้องกันความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างพินส่วนประกอบที่สูงขึ้นสำหรับส่วนประกอบในบรรจุภัณฑ์แบบอินไลน์คู่ มักใช้หลอดกระจายไฟฟ้าสถิตระหว่างการขนส่งจำนวนมากสำหรับส่วนประกอบแผงวงจร เมื่ออยู่นอกพื้นที่ป้องกัน ESD ควรขนส่งในถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตหรือกระเป๋าหิ้วที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าถุงบรรจุภัณฑ์บางชนิดทำมาจากวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าส่วนประกอบทั้งหมดมีศักยภาพเท่ากันภายใต้สภาวะที่มั่นคง และในขณะเดียวกันก็ช่วยกระจายประจุไฟฟ้าสถิตที่บังเอิญไปบนถุงวิธีนี้ไม่สามารถใช้กับแผงวงจรที่มีแบตเตอรี่ได้ในกรณีนี้ ควรใช้ถุงบรรจุภัณฑ์ที่มีซับในวัสดุกระจายไฟฟ้าสถิตและชั้นนอกของวัสดุนำไฟฟ้ากระเป๋าเหล่านี้มีราคาแพงกว่าแต่ให้การปกป้องที่ดีเยี่ยมสำหรับส่วนประกอบที่ใช้พลังงานและไม่มีกำลังในทำนองเดียวกัน กล่องนำไฟฟ้าพร้อมไกด์สำหรับแผงวงจรคงที่ภายในไม่สามารถใช้กับแผงวงจรเปิดเครื่องที่มีขั้วต่อเปลือยที่ขอบได้
8. การซ่อมแซมสนาม
ควรตั้งค่าจุดเชื่อมต่อไฟฟ้าสถิตบนผลิตภัณฑ์เพื่อซ่อมแซมในสถานที่ทำงาน เพื่อให้ช่างซ่อมบำรุงสามารถต่อสายกราวด์ของสายรัดข้อมือก่อนเปิดฝาครอบอุปกรณ์ชิ้นส่วนอะไหล่ควรขนส่งในถุงหรือกล่องที่มีการป้องกันไฟฟ้าสถิต เว้นแต่จะไม่มีส่วนประกอบที่ไวต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิตหากโมดูลทำงานในสภาวะเปิดโล่ง ให้ต่อแผ่นรองพื้นแบบกระจายไฟฟ้าสถิตกับจุดยึดเกาะด้วยไฟฟ้าสถิตของผลิตภัณฑ์และใช้เป็นพื้นผิวการทำงาน
9. มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง
ในปี พ.ศ. 2530 สหราชอาณาจักรได้พยายามจัดทำเอกสารแนวทางปฏิบัติเป็นครั้งแรก โดยผลที่ได้คือ BS5783แทนที่จะเรียกว่าเป็นมาตรฐานว่าควรทำการทดสอบใด เป็นการดีกว่าที่จะเรียกมันว่าหลักปฏิบัติขั้นตอนที่สองของงานนี้คือการแปลมาตรฐานนี้เป็นข้อกำหนดในองค์กรในยุโรปซึ่งมีหมายเลข CECC 000151 และชื่อคือ: "ข้อกำหนดพื้นฐาน: การป้องกันส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนแบบสถิต ส่วนที่ 1: ข้อกำหนดทั่วไป"มาตรฐานได้รับการตีพิมพ์ในปี 1991 และจัดลำดับใหม่เป็น EN 1000151 ในปี 1992 ส่วนอื่นๆ ได้รับการตีพิมพ์ในปี 1993 (ส่วนที่สอง: ข้อกำหนดสำหรับสภาวะความชื้นต่ำ) และ 1994 (ส่วนที่สาม: ข้อกำหนดสำหรับพื้นที่สะอาด และส่วนที่สี่: ข้อกำหนดสำหรับแรงดันสูง สิ่งแวดล้อม)เนื้อหาของส่วนเหล่านี้อยู่นอกเหนือขอบเขตของบทความนี้มาตรฐานนี้ไม่เพียงแต่รวมข้อกำหนดสำหรับการติดตั้ง การบำรุงรักษา และการตรวจสอบมาตรการที่อธิบายไว้ในบทความนี้ แต่ยังรวมถึงรายละเอียดข้อกำหนดโดยละเอียดของอุปกรณ์ป้องกัน ESD ซึ่งรวมถึงวิธีการทดสอบด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีและกระบวนการและประสบการณ์ที่สะสมในการดำเนินการตามมาตรฐานตลอดจนการใช้เครื่องจักรและอุปกรณ์อัตโนมัติอย่างแพร่หลายได้นำไปสู่การปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของมาตรฐานเหล่านี้ รวมถึงการหาเหตุผลเข้าข้างตนเองของโครงสร้างและการแยกผู้ใช้ คำแนะนำจากรุ่นมาตรฐานงานแก้ไขได้รวมอยู่ในฟอรัมระหว่างประเทศที่จัดโดย International Electrotechnical Commissionมาตรฐานที่พัฒนาขึ้นใหม่จะได้รับการเผยแพร่ใน IEC 1340 seriesไม่ต้องสงสัยเลยว่านี่เป็นส่วนเสริมของมาตรฐานยุโรป
