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정전기 방전이란 무엇입니까? ESD 기본 사항

정전기 방전이란 무엇입니까? ESD 기본 사항

정전기 방전 (Electrostatic Discharge) 또는 ESD는 일상 생활의 사실이며 오늘날 전자 산업에서 특히 중요합니다.

수년 전 열 이온 밸브 / 진공 튜브가 사용되었을 때는 문제가되지 않았고 트랜지스터를 도입 한 후에도 문제로 간주하는 사람은 거의 없었습니다. 그러나 MOSFET이 도입되었을 때 고장률이 증가하면서 문제가 조사되었고 정전기 축적이 장치의 산화물 층이 고장날 수있을만큼 충분하다는 사실이 밝혀졌습니다.

그 이후로 ESD에 대한 인식은 많은 장치에 영향을 미치는 것으로 나타났기 때문에 상당히 높아졌습니다. 실제로 오늘날 많은 제조업체는 손상되기 쉬운 MOS 장치뿐만 아니라 모든 구성 요소가 정전기에 민감하다고 생각합니다.

ESD에 대한 중요성 때문에 전자 장비 제조업체는 작업장을 정전기의 영향으로부터 보호하기 위해 수천 파운드를 소비합니다. 그들은 그들이 제조하는 제품이 제조 테스트 중에 높은 실패율을 갖지 않도록 보장하고 장기간에 걸쳐 높은 신뢰성을 입증 할 수 있습니다.

ESD 란 무엇입니까?

정전기는 단순히 두 표면 사이에 축적되는 전하입니다. 표면이 서로 마찰 될 때 발생하며 이로 인해 한 표면에는 전자가 과도 해지고 다른 표면에는 결핍이 발생합니다.

전하가 축적되는 표면은 커패시터로 간주 될 수 있습니다. 전하가 흐를 수있는 경로가 없으면 전하가 그대로 유지됩니다. 전하가 흐를 수있는 실제 경로가없는 경우가 많기 때문에 결과 전압이 일정 시간 동안 제자리에 남아있을 수 있으며 이로 인해 "정전기"라는 용어가 발생합니다.

그러나 전도 경로가 존재하면 전류가 흐르고 전하가 감소합니다. 방전과 관련된 시간 상수가 있습니다. 저항이 높으면 더 작은 전류가 더 오래 흐를 것입니다. 저항이 낮 으면 방전이 훨씬 빨라집니다.

분명히 생성되는 전압 및 전류 레벨은 다양한 요인에 따라 달라집니다. 사람의 크기, 활동 수준, 배출물이 발생하는 대상, 물론 공기의 습도. 이것들은 모두 뚜렷한 영향을 미치므로 발생할 방전의 정확한 크기를 예측하는 것은 거의 불가능합니다.

그러나 생성되는 전압에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나는 함께 문지르는 재료의 유형입니다. 재료마다 다른 전압을 제공하는 것으로 밝혀졌습니다. 생성되는 전압은 마찰 전기 시리즈로 알려진 시리즈에서 두 재료의 위치에 따라 달라집니다.

마찰 전기 시리즈

시리즈에서 더 멀리 떨어져있을수록 전압이 커집니다. 시리즈에서 더 높은 쪽은 양전하를 받고, 다른 쪽은 음전하를 낮 춥니 다. 아래의 마찰 전기 시리즈 목록을 보면 플라스틱 빗으로 머리카락을 빗질하면 머리카락에 양전하가 발생하고 빗은 음전하가됨을 알 수 있습니다.

마찰 전기 시리즈

양전하
피부
머리
양모
실크
종이

목재
탄성 고무
레이온
폴리 에스터
폴리에틸렌
합성 수지
테플론
마이너스 요금

요금을 쌓을 수있는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 카펫 위를 걸어도 매우 큰 전압이 발생할 수 있습니다. 일반적으로 이것은 10kV의 전위를 발생시킬 수 있습니다. 나쁜 경우에는이 값의 세 배에 해당하는 잠재력을 가질 수도 있습니다. 비닐 바닥을 걷는 행위조차도 약 5kV의 전위가 생성 될 수 있습니다. 실제로 표면이 서로 마찰되는 모든 형태의 움직임은 정전기를 발생시킵니다. 전자 부품을 사용하는 벤치에서 작업하는 사람은 500V 이상의 정전기 전위를 쉽게 생성 할 수 있습니다.


ESD의 실제 사례

전하를 생성하는 가장 일반적인 예 중 하나는 방을 걸을 때입니다. 이 일상적인 상황에서도 놀라 울 정도로 높은 전압을 생성 할 수 있습니다. 실제 전압은 다양한 요인에 따라 상당히 달라 지지만 문제의 정도를 설명하기 위해 추정치를 제공 할 수 있습니다.

문제의 범위를 설명하기 위해 다양한 사례가 아래 표에 자세히 설명되어 있습니다.


일상적인 행동으로 인해 발생할 수있는 ESD 전압
전하 발생 원인발생 가능한 전압 (kV) *
카펫 위를 걷다30
폴리에틸렌 백 줍기20
비닐 타일 표면에 걷기15
벤치에서 일하기5

* 이는 대략적인 수치이며 최대 25 %의 상대 습도를 가정합니다. 습도가 상승하면 이러한 수준이 떨어집니다. 습도가 약 75 %이면 정적 수준은 대단히 약 25 개 이상. 이 모든 수치는 특정 조건에 매우 의존하기 때문에 매우 근사치이지만 예상되는 ESD 수준에 대한 지침을 제공합니다.

ESD로 인한 결과는 매우 높은 것으로 보이지만 일반적으로 눈에 띄지 않게 통과합니다. 느낄 수있는 가장 작은 정전기 방전은 약 5kV이며,이 정도의 방전도 가끔 느껴질 수 있습니다. 그 이유는 피크 전류가 매우 높더라도 매우 짧은 시간 동안 만 지속되고 그 뒤에있는 전하가 상대적으로 작기 때문에 신체가이를 감지하지 못하기 때문입니다. 더 많은 전류가 소스가 될 수 있고 훨씬 더 오래 지속될 수있는 전자 또는 전기 장비에서이 정도 크기의 전압은 훨씬 더 큰 영향을 미치고 매우 위험 할 수 있습니다.


정적 전달

정전기가 반도체 장치에 전달되어 ESD로 인해 손상을 입을 수있는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 명백한 것은 충전되고 전도성이있는 품목에 접촉했을 때입니다. 이것의 가장 명백한 예는 반도체가 작업대에 있고 누군가가 바닥을 가로 질러 걸 으면서 전하를 쌓은 다음 그것을 집을 때 발생합니다.

충전 된 핑거는 손상 가능성과 함께 반도체에 매우 빠르게 정전기를 전달합니다. 도구는 훨씬 더 해로울 수 있습니다. 금속 스크루 드라이버는 훨씬 더 전도성이 높고 더 빠르게 전하를 전달하므로 피크 전류 수준이 높아집니다.

그러나 부품에 손상을주기 위해 부품을 만질 필요는 없습니다. 플라스틱 컵과 같은 품목은 매우 높은 전하를 전달하며 이들 중 하나를 IC 근처에 배치하면 IC에 반대 전하를 "유도"할 수 있습니다. 이것 역시 반도체 장치를 손상시킬 수 있습니다. 인공 섬유로 만든 넥타이는 충전이 가능하고 민감한 전자 장비 근처에 쉽게 걸 수 있기 때문에 ESD 위험이 있습니다.

ESD 실패 메커니즘

ESD가 반도체 구성 요소를 손상시킬 수있는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 명백한 결과는 매우 높은 정적 전압으로 인해 국부적으로 소손 될 수있는 높은 수준의 피크 전류를 발생시킵니다. 전류가 매우 짧은 시간 동안 흐르더라도 집적 회로의 미세한 기능 크기는 손상이 매우 쉽게 발생 함을 의미합니다. 상호 연결된 와이어 링크 또는 칩 자체의 영역은 높은 피크 전류에 의해 융합 될 수 있습니다.

ESD의 결과로 손상이 발생할 수있는 또 다른 방법은 높은 수준의 전압으로 인해 장치 자체의 구성 요소에서 고장이 발생하는 경우입니다. 장치의 산화물 층이 파괴되어 장치가 작동하지 않을 수 있습니다. 일부 IC의 크기가 미크론보다 훨씬 작은 경우 상대적으로 낮은 전압에서도 고장이 발생할 수 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

ESD로 인한 손상은 즉시 장치를 파괴 할 수 있지만 잠재적 인 고장이라고하는 것을 생성 할 수도 있습니다. 이는 ESD가 장치를 완전히 파괴하지는 않지만 발생하는 손상으로 인해 장치가 약화 될 뿐이므로 나중에 고장날 위험이 있기 때문입니다. 이러한 잠재적 결함은 일반적으로 감지 할 수 없습니다. 그 결과 전체적인 신뢰성 수준이 상당히 감소하거나 (아날로그 장치의 경우 더) 성능이 저하 될 수 있습니다. ESD로 인한 잠재적 고장은 품목이 서비스 중일 때 수리하는 것이 공장에서 고장난 품목을 수리하는 것보다 훨씬 더 비싸기 때문에 비용이 많이들 수 있습니다. 그 이유는 수리 기술자가 일반적으로 현장에서 품목을 수리하거나 수리 시설로 배송해야하기 때문입니다.

ESD에 의해 상호 연결이 부분적으로 융합 될 때 잠재적 인 오류가 발생할 수 있습니다. 종종 도체의 일부가 정전기 방전에 의해 파괴되어 나중에 취약 해집니다. 칩이 손상되는 또 다른 방법은 손상으로 인한 재료가 반도체 표면에 퍼져서 다른 전도 경로가 발생할 수 있습니다.

부품이 ESD에 의해 쉽게 손상 될 수 있다는 사실로 인해 대부분의 제조업체는 모든 반도체를 정전기에 민감한 장치로 취급하고 있으며, 이와 함께 커패시터 및 저항과 같은 수동 부품을 포함한 모든 장치도 정전기에 민감한 것으로 취급합니다. 이것을 볼 때 오늘날 대부분의 대량 생산 장비는 크기가 기존 구성 요소보다 훨씬 작은 표면 실장 구성 요소를 사용하므로 ESD로 인한 손상에 훨씬 더 취약하다는 점을 기억해야합니다.

비디오보기: 전하가 한 번에 이해되는 영상. (12 월 2020).