정전기 방전

이 책의 시작 부분에서 우리는 정전기와 정전기가 생성되는 방식에 대해 논의했습니다. 이것은 정전기 제어가 현대 전자 제품 및 기타 직업에서 큰 역할을 하기 때문에 처음 가정한 것보다 훨씬 더 중요합니다. 정전기 방전 이벤트는 정전기가 제어되지 않는 방식으로 방출되는 경우이며 이후 ESD라고 합니다.

ESD는 다양한 형태로 제공되며 50볼트의 작은 전기를 최대 수만 볼트로 균등화할 수 있습니다. 실제 전력은 매우 작기 때문에 ESD의 방전 경로에 있는 사람에게 일반적으로 위험이 제공되지 않습니다. 사람이 스파크와 그에 수반되는 친숙한 잽의 형태로 ESD를 알아차리는 데에는 일반적으로 수천 볼트가 걸립니다. ESD의 문제는 눈에 띄지 않을 정도로 작은 방전이라도 반도체를 망가뜨릴 수 있다는 것입니다. 수천 볼트의 정전기가 일반적이지만 위협이 되지 않는 이유는 그 뒤에 상당한 기간의 전류가 흐르지 않기 때문입니다. 이러한 극한 전압은 공기의 이온화를 허용하고 다른 물질이 분해되도록 하여 손상의 근원이 됩니다.

ESD는 새로운 문제가 아닙니다. ESD 이벤트가 잘못된 상황에서 발생하면 흑색 화약 제조 및 기타 불꽃 산업은 항상 위험했습니다. 진공관(AKA 밸브) 시대에는 전자제품에서 ESD가 존재하지 않는 문제였으나, 반도체의 등장과 소형화의 증가로 더욱 심각해졌습니다.

부품이 ESD 경로에 있을 때 구성 요소가 손상될 수 있으며 일반적으로 발생합니다. 전력 다이오드와 같은 많은 부품은 매우 견고하고 방전을 처리할 수 있지만 부품이 물리적 구조의 일부로 작거나 얇은 형상을 갖는 경우 전압이 반도체의 해당 부분을 분해할 수 있습니다. 이러한 이벤트 동안의 전류는 상당히 높아지지만 나노초에서 마이크로초 시간 프레임입니다. 이로 인해 구성 요소의 일부가 영구적으로 손상되어 두 가지 유형의 고장 모드, 즉 치명적 및 잠재적인 고장이 발생할 수 있습니다. 파국은 부품이 완전히 작동하지 않는 쉬운 문제입니다. 다른 하나는 훨씬 더 심각할 수 있습니다. 잠재적인 손상으로 인해 문제 구성 요소가 치명적인 오류가 발생하기 전의 초기 손상 이후 몇 시간, 며칠 또는 몇 달 동안 작동할 수 있습니다. 여러 번 이러한 부품은 작동하지만 상태가 좋지 않기 때문에 "걸어다니는 부상자"라고 합니다. 아래 그림은 잠재적인(“걸어다니는 부상자”) ESD 손상의 예를 보여줍니다. 이러한 구성 요소가 의료 또는 군용과 같은 생명 유지 역할로 끝나면 결과는 끔찍할 수 있습니다. 대부분의 애호가에게는 불편하지만 비용이 많이 들 수 있습니다.

상당히 견고한 것으로 간주되는 구성 요소도 ESD에 의해 손상될 수 있습니다. 가장 초기의 솔리드 스테이트 증폭기인 바이폴라 트랜지스터는 덜 민감하지만 면역이 없습니다. 최신 고속 구성 요소 중 일부는 3볼트 정도면 망가질 수 있습니다. ESD를 통해 손상될 수 있는 MOS(금속 산화물 반도체) 기술을 사용하여 제조된 일부 특수 저항 및 커패시터와 같이 위험하지 않은 구성 요소가 있습니다.

ESD 손상 방지

ESD를 예방하기 전에 ESD의 원인을 이해하는 것이 중요합니다. 일반적으로 작업대 주변의 재료는 3가지 범주로 나눌 수 있습니다. 이들은 ESD 생성, ESD 중립 및 ESD 소산(또는 ESD 전도성)입니다. ESD 생성 재료는 대부분의 플라스틱, 고양이 털, 폴리에스터 의류와 같은 활성 정전기 발생기입니다. ESD 중성 물질은 일반적으로 절연성이 있지만 정전기를 잘 생성하거나 유지하지 않는 경향이 있습니다. 예를 들면 나무, 종이, 목화 등이 있습니다. 이것은 정전기 발생기나 ESD 위험이 될 수 없다는 말은 아니지만 다른 요인에 의해 위험이 다소 최소화됩니다. 예를 들어, 목재 및 목재 제품은 습기를 유지하는 경향이 있어 약간 전도성이 있습니다. 이것은 많은 유기농 재료에 해당됩니다. 광택이 일반적으로 플라스틱 또는 매우 효율적인 절연체인 바니시이기 때문에 고도로 광택이 나는 테이블은 이 범주에 속하지 않습니다. ESD 전도성 물질은 매우 분명하며 주변에 놓여 있는 금속 도구입니다. 플라스틱 손잡이가 문제가 될 수 있지만 금속은 접지된 표면에 있는 경우 정전기가 생성되는 속도만큼 빠르게 정전기를 방출합니다. 전도성을 갖도록 설계된 일부 플라스틱과 같은 다른 재료가 많이 있습니다. 그것들은 ESD Dissipative라는 제목에 속할 것입니다. 먼지와 콘크리트도 전도성이 있으며 ESD 소산이라는 제목에 속합니다.

정전기를 발생시키는 많은 활동이 있으며 ESD 제어 요법의 일부로 이를 인식해야 합니다. 디스펜서에서 테이프를 당기는 간단한 동작으로 극도의 전압이 발생할 수 있습니다. 의자에서 뒹구는 것은 긁는 것과 마찬가지로 또 다른 정전기 발생기입니다. 사실, 2개 이상의 표면이 서로 마찰되도록 하는 모든 활동은 정전기를 생성할 것이 거의 확실합니다. 이것은 이 책의 서두에서 언급되었지만 실제 사례는 미묘할 수 있습니다. 이 전압을 지속적으로 블리드 오프하는 방법이 필요한 이유입니다. 구성 요소에서 작업하는 동안 엄청난 양의 정전기를 생성하는 것을 피해야 합니다.

플라스틱은 일반적으로 정전기 발생과 관련이 있습니다. 이것은 전도성 플라스틱의 형태로 이루어졌습니다. 전도성 플라스틱을 만드는 일반적인 방법은 플라스틱의 전기적 특성을 절연체에서 전도체로 변경하는 첨가제입니다. 그러나 여전히 제곱인치당 수백만 옴의 저항을 가질 수 있습니다. 도체로 사용될 수 있는 플라스틱은 항공 산업과 같은 경량 응용 분야에서 개발되었습니다. 이들은 전문 애플리케이션이며 일반적으로 ESD 제어와 관련이 없습니다.

ESD 보호에 나쁜 소식만 있는 것은 아닙니다. 인체는 꽤 괜찮은 지휘자입니다. 공기 중 습도가 높으면 정전기가 무해하게 소산될 뿐만 아니라 ESD 중성 물질의 전도성이 높아집니다. 이것이 집 안의 습도가 상당히 낮을 수 있는 추운 겨울 날에 문 손잡이에 불꽃이 튀는 횟수를 증가시킬 수 있는 이유입니다. 여름이나 비오는 날에는 상당한 양의 정전기를 발생시키려면 꽤 열심히 일해야 합니다. 이러한 이유로 산업 클린 룸과 공장 현장은 온도와 습도를 모두 조절하기 위해 노력합니다. 콘크리트 바닥도 전도성이 있으므로 집에 보호 장치를 설치하는 데 도움이 될 수 있는 기존 구성 요소가 있을 수 있습니다.

ESD 보호를 설정하려면 모든 것이 참조되는 표준 전압 레벨이 있어야 합니다. 이러한 레벨은 그라운드의 형태로 존재합니다. 콘센트에서 집 주변에 접지를 사용하는 데에는 매우 좋은 안전상의 이유가 있습니다. 어떤 면에서 이것은 정적과 관련이 있지만 직접적이지는 않습니다. 그것은 우리 몸과 도구가 획득할 수 있는 전하를 중화하기 위해 과잉 전자를 버리거나 부족할 경우 일부를 획득할 장소를 제공합니다. 작업대의 모든 것이 도체를 통해 접지에 직접 또는 간접적으로 연결된 경우 ESD 이벤트가 발생하기 훨씬 전에 정전기가 소멸됩니다.

좋은 접지 지점은 여러 가지 방법으로 만들 수 있습니다. 최신 배선이 있는 집에서는 AC 플러그인의 접지 핀을 사용하거나 콘센트 덮개 판을 고정하는 나사를 사용할 수 있습니다. 집 배선에는 실제로 주 전원 라인에서 전원이 공급되는 어딘가에 접지로 들어가는 전선이나 스파이크가 있기 때문입니다. 집 배선이 정확하지 않은 사람들의 경우 최소 3피트의 땅에 스파이크를 박거나 금속 배관에 대한 간단한 전기 연결(최악의 옵션)을 사용할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 집 밖의 대지에 전기 경로를 설정하는 것입니다.

10메그옴은 ESD 제어 분야에서 도체로 간주됩니다. 정전기는 실제 전류가 없는 전압이며, 전하가 생성된 후 몇 초 후에 방전되면 무효화됩니다. 일반적으로 이러한 이유로 ESD 보호를 연결하는 데 1~10메그옴 저항이 사용됩니다. ESD 이벤트 동안 방전 속도를 늦추는 이점이 있어 구성 요소가 손상 없이 생존할 가능성이 높아집니다. 방전이 빠를수록 구성 요소를 통과하는 전류 스파이크가 높아집니다. 이러한 저항이 바람직한 것으로 간주되는 또 다른 이유는 사용자가 실수로 가정용 전류와 같은 고전압에 단락된 경우 ESD 보호로 인해 사용자를 죽일 수 없기 때문입니다.

전자 산업에서 ESD 제어를 중심으로 대규모 산업이 성장했습니다. 모든 전자 제품 구성의 스테이플은 정전기 전도성 또는 소산성 표면이 있는 작업대입니다. 이 표면은 상업적으로 구입하거나 금속 또는 호일 시트 형태로 집에서 구입할 수 있습니다. 금속 표면의 경우 표면에 전원 테스트를 수행하지 않는 경우에는 필요하지 않지만 위에 얇은 종이를 놓는 것이 좋습니다. 상업용 버전은 일반적으로 저항이 문제가 되지 않을 만큼 높은 일종의 전도성 플라스틱으로 더 나은 솔루션입니다. 작업대용 표면을 직접 만드는 경우 접지에 10메그옴 저항을 추가해야 합니다. 그렇지 않으면 보호 기능이 전혀 없습니다.

ESD 접지가 필요한 또 다른 큰 항목은 바로 당신입니다. 사람들은 정전기 발생기를 걷고 있습니다. 당신의 몸은 전도성이기 때문에 비교적 쉽게 접지할 수 있습니다. 이것은 일반적으로 손목 끈으로 이루어집니다. 상업용 버전에는 이미 저항이 내장되어 있고 피부에 좋은 접촉면을 제공하기 위해 넓은 스트랩이 있습니다. 일회용 버전은 몇 달러에 구입할 수 있습니다. 금속 시계줄도 좋은 ESD 보호 연결 지점입니다. 접지 지점에 와이어(저항 포함)를 추가하기만 하면 됩니다. 대부분의 업계에서는 운영자가 제대로 접지되지 않은 경우 경보를 울리는 실시간 모니터를 사용할 정도로 이 문제를 심각하게 생각합니다.

몸을 접지하는 또 다른 방법은 힐 스트랩입니다. 전도성 플라스틱 부분이 신발 뒤꿈치를 감싸고 있으며 전도성 플라스틱 스트랩이 양말 아래와 위로 올라가 피부에 잘 닿습니다. 전도성 왁스나 콘크리트가 있는 바닥에서만 작동합니다. 이 방법은 다른 ESD 보호를 압도할 수 있고 그 자체로는 적절하지 않은 것으로 간주되는 큰 전하를 생성하는 것을 방지합니다. 콘크리트 바닥을 맨발로 걸어도 같은 효과를 얻을 수 있습니다.

또 다른 ESD 보호는 ESD 전도성 작업복을 착용하는 것입니다. 힐 스트랩과 마찬가지로 이것은 손목 스트랩을 교체하기 위한 것이 아니라 2차 보호용입니다. 옷에서 발생할 수 있는 모든 전하를 단락시키기 위한 것입니다.

움직이는 공기는 또한 상당한 정전기를 생성할 수 있습니다. 전자 제품에서 먼지를 날려 버리면 정전기가 발생합니다. 이 문제에 대한 산업적 해결책은 두 가지입니다. 첫째, 공기총에는 공기를 이온화하기 위해 공기총 내에 이식된 작고 잘 차폐된 방사성 물질이 있습니다. 이온화된 공기는 전도체이며 정전기를 잘 방출합니다. 둘째, 고전압 전기를 사용하여 팬에서 나오는 공기를 이온화하는데 에어건과 같은 효과를 냅니다. 이는 워크스테이션이 ESD 생성 가능성을 크게 줄이는 데 효과적으로 도움이 됩니다.

가장 간단한 또 ​​다른 ESD 보호는 거리입니다. 많은 산업 분야에는 모든 중립 및 생성 재료가 진행 중인 작업에서 최소 12인치 이상 떨어져 있어야 한다는 규칙이 있습니다.

사용자는 회로에 삽입할 때까지 보호 포장에서 부품을 제거하지 않음으로써 ESD 손상 가능성을 줄일 수도 있습니다. 이렇게 하면 ESD 노출 가능성이 줄어들고 회로는 여전히 취약하지만 다른 구성 요소는 ESD에 대해 다른 방전 경로를 제공하므로 구성 요소는 나머지 구성 요소로부터 약간의 보호를 받습니다.

ESD에 민감한 부품 및 보드의 보관 및 운송

부품을 보관하거나 운반하는 동안 부품이 손상된 경우 작업대의 ESD 보호를 따르는 것은 좋지 않습니다. 가장 일반적인 방법은 ESD 백인 Faraday 케이지의 변형을 사용하는 것입니다. ESD 백은 구성 요소를 전도성 차폐로 둘러싸고 일반적으로 내부에 정전기를 발생시키지 않는 절연 층이 있습니다. 영구 패러데이 케이지에서 이 차폐는 RFI 룸의 경우와 같이 접지되지만 휴대용 컨테이너의 경우 실용적이지 않습니다. 접지된 표면에 ESD 백을 놓으면 동일한 작업이 수행됩니다. 패러데이 케이지는 내용물 주위에 전하를 라우팅하고 즉시 접지함으로써 작동합니다. 벼락을 맞은 자동차는 패러데이 케이지의 극단적인 예입니다.

정적 백은 구성 요소와 보드를 보관하는 가장 일반적인 방법입니다. 그들은 매우 얇은 금속 층을 사용하여 만들어지기 때문에 거의 투명합니다. 구멍이 있는 가방, 작은 것이라도, 내용물을 외부로부터 밀봉하기 위해 위로 접히지 않은 가방은 효과가 없습니다.

보관 중인 부품을 보호하는 또 다른 방법은 토트백 또는 튜브입니다. 이러한 경우 부품은 동일한 재질의 뚜껑이 있는 전도성 상자에 넣습니다. 이것은 효과적으로 패러데이 케이지를 형성합니다. 튜브는 핀이 많은 IC 및 기타 장치를 위한 것으로, 부품을 기계적으로나 전기적으로 안전하게 유지하는 성형된 전도성 플라스틱 튜브에 부품을 보관합니다.

결론

ESD는 몇 볼트를 측정하는 사소한 사건일 수도 있고 운영자에게 실제 위험을 제시하는 대규모 사건일 수도 있습니다. 모든 ESD 보호는 상황에 따라 압도될 수 있지만 이것이 무엇이며 어떻게 방지할 수 있는지에 대한 인식으로 이를 우회할 수 있습니다. 많은 프로젝트가 ESD 보호 없이 구축되었으며 잘 작동했습니다. 이러한 프로젝트를 보호하는 것이 약간의 불편함을 감안할 때 노력하는 것이 좋습니다.

업계에서는 잠재적으로 생명을 위협하는 문제이자 품질 문제로 이 문제를 매우 심각하게 받아들입니다. 값비싼 전자 제품이나 첨단 하드웨어를 구입한 사람은 6개월 이내에 반품해야 한다면 만족하지 않을 것입니다. 평판이 오르면 옳은 일을 하기가 더 쉽습니다.