Was ist statische Elektrizität und wie wird sie erzeugt?

Unter statischer Elektrizität versteht man die Ansammlung elektrischer Ladungen auf der Oberfläche eines Objekts. Statische Ladungen werden normalerweise auf die folgenden drei Arten erzeugt:

1. Reibung
2. Zwei Objekte sperieren nach Kontakt
3. Elektrostatische Induktion

Fast jeder Gegenstand am Arbeitsplatz kann statische Elektrizität erzeugen, z. B:

• Mobile Objekte: Handkarren und Stühle
• Materialien: Klebeband, Wendeboxen und andere für die Materialhandhabung verwendete Gegenstände
• Kleidung: Handschuhe, Reinraumtücher, Schuhe und normale Kleidung
• Bestandteile des Arbeitsplatzes: Werkbankoberflächen, CRT-Computermonitore, Handwerkzeuge, Papier, Notizbücher, Ordner und Stifte
• Infrastruktur: Wände, Böden und Alkoholflaschen
• Verpackung: normaler Kunststoff, Papier und Karton.

Was bedeutet ESD?

ESD steht für Electrostatic Discharge (elektrostatische Entladung) und bezeichnet den plötzlichen Stromfluss zwischen zwei elektrisch geladenen Objekten, der durch Kontakt, einen Kurzschluss oder einen dielektrischen Durchschlag verursacht wird. Wenn dieser Prozess der elektrostatischen Ladungsübertragung stark genug ist, kann er Bauteile und Produkte beschädigen.

Faktoren, die die Entstehung statischer Elektrizität beeinflussen

Die Erzeugung statischer Elektrizität wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Das Verständnis dieser Faktoren ist für ein effektives ESD-Management unerlässlich.

• Material Leitfähigkeit: Die Leitfähigkeit von Materialien wirkt sich direkt auf die Erzeugung statischer Elektrizität aus. Leitfähige Materialien und antistatische Stoffe erzeugen nur eine geringe statische Aufladung, während isolierende Materialien eine erhebliche statische Elektrizität erzeugen.
• Relative Luftfeuchtigkeit: Die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung hat einen erheblichen Einfluss auf die Erzeugung statischer Elektrizität. Eine höhere relative Luftfeuchtigkeit, die auf eine feuchte Atmosphäre hindeutet, führt zu einer geringeren Erzeugung statischer Ladung und zu weniger ESD-Problemen. Umgekehrt verstärkt eine niedrigere relative Luftfeuchtigkeit die ESD-Problematik, indem sie die Erzeugung statischer Elektrizität verstärkt.

Relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung	10-20% RH	40-50% RH	70-90% RH
Gehen auf Teppich	35000V	8000V	1500V
Gehen auf ESD-Boden mit normale Schuhe ohne Handgelenkriemen	10000V	4000V	200V
Begehen eines ESD-Bodens mit ESD-Schuhe und Handgelenkband	50V	10V	0V
Materialien zur Reibungsisolierung	4000V	1500V	300V

• Auswirkungen der Bewegung: Das Gehen auf dem Boden erzeugt mehr statische Elektrizität als das Stehenbleiben, was die Bedeutung der Bewegung für die Ansammlung statischer Ladungen unterstreicht.
• ESD-Kontrollmaßnahmen: Die Nutzung von ESD-BodenbelagESD-sicheres Schuhwerk, ESD-Armband, ESD-Kombi-Prüfgerät , ESD-Drehkreuz und andere Schutzausrüstungen sind äußerst wirksam bei der Minimierung der vom Menschen erzeugten statischen Elektrizität.

Wenn wir verstehen wollen, wie ESD entsteht und wie sie Bauteile und Produkte schädigen, müssen wir den wichtigsten Teil lernen -Wie man ESD handhabt und verhindert ?

Die elektrostatischen Eigenschaften verschiedener Materialien

Das Ausmaß der statischen Elektrizität variiert je nach Material. Alle Gegenstände können statische Elektrizität erzeugen, und die durch statische Elektrizität hervorgerufenen Phänomene können je nach Gegenstand sehr unterschiedlich sein, was mit der Leitfähigkeit des entsprechenden Materials zusammenhängt.

Leitende, isolierende und ableitende Materialien

Basierend auf der elektrischen Leitfähigkeit werden Materialien in der Regel in drei Typen eingeteilt: Leiter, dissipative Materialien und Isolatoren. Unter ESD ADV 1.0Im Folgenden werden spezifische Definitionen für den Oberflächen- und Volumenwiderstand für diese drei Kategorien angegeben. Für unsichere Materialien ist eine spezielle Oberflächenwiderstandsmessgerät können zur Messung ihres Oberflächen- oder Volumenwiderstands verwendet werden.

	Oberflächenwiderstand/Volumenwiderstand
Leitfähige Materialien	＜1.0 × 104 Ohm
Dissipative Materialien	≥1.0 × 104 Ohm und ＜1,0 × 1011 Ohm
Isolierende Materialien	≥1.0 × 1011 Ohm

Wenn zwei Gegenstände miteinander in Berührung kommen, entsteht statische Elektrizität, unabhängig davon, ob die Gegenstände leitend oder isolierend sind. Es gibt jedoch Unterschiede in der Art der statischen Elektrizität, die zwischen Leitern und Isolatoren erzeugt wird.

Die Ableitung statischer Elektrizität auf leitenden Materialien

Wenn ein leitfähiger Gegenstand aufgeladen wird, bleibt diese Ladung bestehen, wenn nicht etwas unternommen wird. Die Maßnahme, die das Objekt sofort wieder in einen neutralen, nicht aufgeladenen Zustand versetzen kann, ist die "Erdung".

Unter Erdung versteht man die Verbindung des aufgeladenen leitenden Objekts mit der Erde (Masse). Die Erde ist ein großer, stabiler, leitfähiger Körper, der als Ladungsspeicher dienen kann. Durch die Verbindung des Objekts mit der Erde wird ein leitfähiger Pfad gebildet, über den die Ladung des Objekts abgeleitet werden kann.

Bei einem positiv geladenen Objekt ermöglicht die Erdung, dass die negativen Ladungen der Erde dem Objekt zugeführt werden. Bei einem negativ geladenen Objekt bietet die Erdung einen Weg für die negativen Ladungen, in die Erde zu fließen. Durch den Erdungsprozess kann das Objekt in einen stabilen, nicht geladenen Zustand übergehen.

Die Ableitung statischer Elektrizität auf isolierenden Materialien

Bei Isolatoren ist die Ableitung der statischen Elektrizität anders als bei Leitern. Da Isolatoren schlechte Leiter sind, kann die angesammelte statische Elektrizität nicht einfach abfließen, selbst wenn sie geerdet sind.

Die Ableitung statischer Elektrizität auf dissipativen Materialien

Dissipative Materialien haben Widerstandswerte, die zwischen Isolatoren und Leitern liegen. Zwar können Elektronen durch dissipative Materialien fließen, aber ihre Bewegung wird durch den Oberflächen- oder Volumenwiderstand der Materialien bestimmt. Die Geschwindigkeit der Ladungsübertragung ist in diesen Materialien deutlich schneller als in Isolatoren, aber langsamer als in Leitern.

ESD-Veranstaltung

ESD-Ereignisse umfassen drei Szenarien: die Entladung eines geladenen Leiters (einschließlich des menschlichen Körpers) auf einen elektrostatisch entladungsgefährdeten Gegenstand (ESDS), die Übertragung von Ladung vom ESDS auf einen Leiter und die Übertragung von Ladung durch elektrostatische Felder. Jedes dieser Szenarien kann potenziell elektronische Komponenten beschädigen oder zerstören, was zu Ausfällen von Geräten und Systemen führt.

Wie schädigen elektrostatische Entladungen Bauteile?

Wenn sich eine beträchtliche statische Ladung schnell zwischen einem Objekt (sei es eine Person oder eine Maschine) mit unterschiedlichem Potenzial und einem Produkt bewegt, induziert sie innerhalb einer kurzen Zeitspanne einen hohen Strom, der die zulässige Stromstärke des Produkts überschreitet. Dies kann schwerwiegende Folgen haben, z. B. eine Beschädigung des Stromkreises, wodurch das Produkt unbrauchbar wird. In weniger schwerwiegenden Fällen kann es zu einer Überhitzung des Stromkreises und zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Produkts führen.

Elektrostatische Entladungen (ESD) sind ein allgegenwärtiges Phänomen, das uns umgibt. Der menschliche Körper kann ESD erst ab einer Spannung von über 3000 Volt wahrnehmen. Überraschenderweise können ESD im Bereich von nur 100 bis 500 Volt Schäden ESD-empfindliche Geräte. Erschwerend kommt hinzu, dass nur 10% der Fälle von unmittelbarem Bauteilversagen in der Fabrik erkannt werden können, während 90% der potenziellen Defekte, die zu einer Beeinträchtigung dieser empfindlichen Geräte führen können, während des Herstellungsprozesses schwer zu entdecken sind. Dieses Ungleichgewicht macht deutlich, warum umfassende ESD-Kontrolle für die Elektronikfertigung wird entscheidend.

Um Produkte vor Schäden durch elektrostatische Entladung (ESD) zu schützen, ist es notwendig, eine gründliche ESD-Kontrollprogramm.

Wie vermeidet man elektrostatische Entladungen?

• Erdung: Verbinden Sie Personal und Geräte mit einem gemeinsamen Erdungspunkt, um statische Aufladungen zu neutralisieren. Verwenden Sie geerdete Handgelenksbänder, Schuhe oder leitfähige Fußböden, um Ladungen sicher zur Erde abzuleiten.
• ESD-sichere Materialien: Verwenden Sie leitende oder ableitende Materialien (z. B. antistatische Arbeitsflächen, Behälter), um eine Aufladung zu verhindern. Vermeiden Sie isolierende Materialien wie normale Kunststoffe oder unbehandelte Stoffe.
• Kontrolle der Luftfeuchtigkeit: Halten Sie die relative Luftfeuchtigkeit zwischen 40-60%, um statische Aufladung zu vermeiden. Trockene Luft erhöht die Ladungsbildung.
• Persönlicher Schutz: Tragen Sie ESD-sichere Kleidung (z. B. Kittel, Handschuhe) und vermeiden Sie schnelle Bewegungen oder den Kontakt mit ungeschützten Oberflächen.
• Tägliche Checks: Verwenden Sie ESD-Personal-Erdungsprüfgerät persönliche Schutzausrüstungen (z. B. Handgelenkbänder, Schuhwerk) täglich zu überprüfen, um die ordnungsgemäße Funktion und Erdung sicherzustellen.
• Handhabung von Bauteilen: Lagern und transportieren Sie statisch empfindliche Bauteile in abgeschirmten Verpackungen (z. B. metallisierte Beutel, leitfähiger Schaumstoff). Verwenden Sie Ionisatoren, um Ladungen auf isolierenden Oberflächen zu neutralisieren.
• ESD-geschützte Bereiche (EPAs): Kennzeichnen Sie Zonen mit Erdungssystemen, antistatischen Werkzeugen und Schildern. Unwichtige isolierende Gegenstände (z. B. Kaffeebecher, Papier) dürfen nicht in die WPAs gelangen.
• Schulung und Einhaltung der Vorschriften: Aufklärung des Personals über ESD-Risiken und Protokolle, einschließlich wichtiger Normen wie ANSI/ESD S20.20 und IEC-61340-5-1.

Durch die Kombination dieser Maßnahmen wird die statische Aufladung kontrolliert und das ESD-Risiko für empfindliche Komponenten minimiert.