Статичну електрику та напівпровідникова електроніка

Митрофан Іванович Горлов, д.т.н., проф. каф. напівпровідникової електроніки Воронезького державного технічного університету.

У 1966 р. Воронезький завод напівпровідникових приладів почав серійні поставки перших вітчизняних кремнієвих інтегральних схем (ІС) діод-транзисторної логіки серії 104 з діелектричною ізоляцією елементів. Але на Казанському заводі, що проводить радіоелектронну апаратуру, скаржилися на їхню низьку якість: на друкованій платі, де розміщувалося 20 схем, перевірених за електричними параметрами, після покриття лаком і сушіння одна або дві виходили з ладу. І це спостерігалося практично на кожній третій платі. Будучи впевненими у високій надійності своїх схем, воронежці вирішили подивитися технологічний процес нанесення лаку на друковані плати. У цеху вони побачили: працівниця тримала плату в одній руці, а повітряний фарборозпилювач - в іншій. Фарборозпилювач був заземлений; руки працівниці були в гумових рукавичках, якими користувалися електрики. На питання, для чого такий захист, працівниця відповіла, що "здорово б'є". І тільки тоді виробники здогадалися, що розпорошення лаку створює великий електростатичний заряд на платі, який може пошкоджувати ІС. До того, випускаючи в основному високовольтні діоди, сплавні і дифузійні потужні і середньої потужності транзистори, вони практично з цим не стикалися. Тут же фігурували малопотужні ІС, що допускають напруга живлення всього 5-12 В. Проведені потім дослідження підтвердили припущення, і практично з 1970 р. у вітчизняній і зарубіжній літературі почали з'являтися статті про негативний вплив електростатичних зарядів на напівпровідникові вироби (прилади та інтегральні схеми). Кінець історії виявився простим. Було запропоновано змінити технологію нанесення лаку на друковану плату - занурювати її в обсяг лаку - і відмови ІС припинилися.

Чутливі до електростатичних зарядів прилади і схеми наражаються на небезпеку в процесі як виробництва, так і експлуатації. Неантістатіческая упаковка, недостатньо грамотне поводження з пристроями на вхідному контролі, в ході їх монтажу при виготовленні електронних блоків і під час роботи апаратури - всі ці фактори можуть стати причиною виходу напівпровідникових виробів з ладу.

Середні щоденні втрати електронної промисловості США від електростатичних зарядів становлять від 10 до 18% продукції. За рік витрати, зумовлені такими втратами та ремонтом або додатковим обслуговуванням устаткування, доходять до 10 млрд доларів США [1].

Тому надзвичайно важливо знати причини утворення заряду в процесі виготовлення і застосування приладів, види їх відмов і колективні та індивідуальні заходи захисту.

Як виникає заряд

Зазвичай носії зарядів обох полярностей розподілені в матеріалі рівномірно, тому він електрично нейтральний. Руйнація цього нейтрального стану і локальне накопичення частинок однієї полярності призведе до того, що тіло стане зарядженою. Статичну електрику визначається як явище, яке викликається електричним зарядом у стані спокою. Такі заряди виникають при переносі електронів (або інших видів носіїв заряду) з однієї частини тіла в іншу (поляризація) або ж при переході заряду від одного тіла до іншого (стерпний заряд). Вони можуть бути як негативними, наприклад, якщо на предметі електрони присутні в надлишку, так і позитивними, якщо, навпаки, є недолік електронів [2].

Існує три основних процеси електризації матеріалів: додавання зарядів, видалення зарядів і поділ зарядів. Заряди на предметі можуть з'явитися під дією електричного поля, але не тільки. Так, якщо привести в зіткнення два тіла з різних матеріалів, між ними відбудеться обмін зарядами, що приводить до утворення подвійних електричних шарів. Кожен з останніх складається з двох шарів зарядів протилежної полярності, розташованих на поверхні або поблизу від неї і віддалених один від одного на кілька міжатомних відстаней. Після роз'єднання двох тіл поділ зарядів може частково залишитися: на одному тілі будуть переважати позитивні, а на іншому - негативні заряди. Поділ зарядів спостерігається і між двома однаковими поверхнями, якщо який-небудь ділянку одній з поверхонь треться об значно більшу частину іншої.

Коли в контакті знаходяться матеріали, які володіють високим опором, лише носії зарядів в безпосередній близькості до області дотику беруть участь в електризації, і вони залишаться в тій же точці, в якій спочатку сформувалися, навіть якщо матеріал буде заземлений. Статичні ж заряди на незаземлені провідниках поширюються практично миттєво по всій поверхні контактуючих тіл (з заземленого провідника заряд стече на землю). Загальна умова електризації якого-небудь тіла - електричний заряд при поділі (або інший спосіб отримання) має зростати швидше, ніж компенсуватися з навколишнього середовища (компенсації заряду сприяє, наприклад, волога атмосфера).

При виробництві напівпровідникових виробів електростатичний заряд найчастіше виникає через тертя поверхонь різних матеріалів, що називається трибоелектричного ефектом. Якщо здійснити контакт двох матеріалів трибоелектричного серії, то більш високий у серії матеріал заряджається позитивно, другий отримає такий же негативний заряд. Величина заряду залежить від сили стиску при контакті і від способу і якості контакту між матеріалами. На рис.1 в якості прикладу наведені деякі трибоелектричного матеріали, що сприяють утворенню статичних зарядів. Різниця потенціалів при терті матеріалів трибоелектричного ряду буде тим більшою, чим далі розташовані матеріали один від одного в списку. Наприклад, людина, що йде по сухому килиму, може заряджатися до 5 кВ.; Автомобіль, що рухається по сухій дорозі, - до 10 кВ., А ремінь, що рухається по шківа, - до 25 кВ .. На операторах, що працюють з напівпровідниками і одягнених в одяг з синтетичних матеріалів, можуть виникати потенціали, що перевищують 6 кВ .. Максимальні значення потенціалу, до яких може заряджатися тіло людини при контактуванні з різними матеріалами в умовах різної відносної вологості, показані на рис.2, а також дані в табл.1 в порівнянні з величинами для деяких інших "електроопасних" об'єктів.

Рис.2. Максимальні значення електричних напруг, до яких може бути заряджена тіло людини при контакті з різними матеріалами.

Чим він небезпечний

Накопичення заряду людиною - не єдине джерело небезпечного для приладів і схем електростатичного розряду. Значні за величиною заряди можуть виникати безпосередньо на поверхні приладу. Такі заряди бувають рухливими, якщо вони накопичуються на провідних елементах конструкції, або нерухомими, коли вони утворюються на ізольованих деталях. Власне, наявність і накопичення заряду на будь-якому виробі, як правило, не веде до його пошкодження або зміни характеристик до тих пір, поки через цей виріб не відбудеться електростатичний розряд, що виникає при підключенні тіл з різними електростатичними потенціалами. У момент, коли той чи інший висновок приладу стосується провідного тіла, відбувається імпульсний розряд, який може повністю або частково пошкодити прилад. Характер впливу розряду на напівпровідникові вироби у виробничих умовах залежить від ряду випадкових факторів: ємності, величини накопиченого заряду, опору людини, величини перехідних опорів в ланцюзі розряду та ін У табл.2 зіставляються параметри розряду з участю людини і напівпровідникових виробів, а на рис .3 показані приклади впливу розряду на ІВ і форми імпульсів струмів розряду, що протікають через ІС при цьому. Час наростання струму залежить від опору і ємності і зазвичай буває менше 10 нс, час спаду - від 50 до 300 нс.

При технологічних процедурах, що супроводжуються тертям або порушенням контакту між різними матеріалами (наприклад, на складальних автоматах), виникають різниці потенціалів, викликані появою електростатичних зарядів. У табл.3 наведені приблизні дані про рівні різниць потенціалів при різних операціях. У сухому повітрі різниці потенціалів можуть досягати дуже високих значень. При звичайній або підвищеної вологості різниці потенціалів значно знижуються, але все ж залишаються достатніми, щоб викликати пошкодження чутливих напівпровідникових виробів [3].

Так, в процесі роботи конвеєра обертаються фторопластові ролики заряджаються до потенціалів порядку 3000 В, фторопластова і пінопласту тара може заряджатися до 8000 В, а пластмасова - до 2500 В. Потрібно пам'ятати, що електронно-променеві трубки телевізорів, осцилографів, дисплеїв служать джерелами великого електростатичного поля. Тому оператор, випадково торкнувшись екрану трубки, може зарядитися до десятків кіловольт. Навіть не торкаючись екрана, оператор, що знаходиться перед увімкненим телевізором на деякій відстані, зачепивши шину землі, може придбати значний заряд, протилежний за знаком заряду екрану. На напівпровідникові вироби, що знаходяться поблизу екрана трубки, також буде впливати її електричне поле [4].

Мініатюризація в мікроелектроніці змушує робити металізовані доріжки все більш вузькими, а оксидні шари - все більш тонкими. Сьогодні в основному застосовуються доріжки шириною 1 мкм, але вже повідомляється про виготовлення ІС з шириною доріжки 0.5-0.2 мкм. Якщо для зазвичай використовуваної товщини затворного оксиду 1000 A його пробій відбувається при додатку до затвору напруги 80-100 В, то при товщині оксиду 400 A напруга пробою знижується до 28-45 В. Це ще більше ускладнює проблему відмов виробів із-за дії розрядів, з якою все частіше стикаються розробники.

Рис.3. Приклади впливу електростатичного розряду на ІВ і форми імпульсів струму розряду, що протікають через пристрій.

Позначення на еквівалентних схемах: 1 - заземлена поверхню; 2 - ємність тіла людини; 3 - опір тіла людини; 4 - опір контакту; 5 - ємність ІС. В одному випадку розряд відбувається через тіло людини (а), в іншому - через заземлену поверхню (б; тут використовується модель "зарядженого приладу", тому враховуються всі його елементи, у тому числі індуктивність провідників).

Безпосередньо перед розрядом і протягом перших десятків наносекунд розряду пристрій потрапляє під наведене висока напруга, тобто на виріб діє і потенціал електричного заряду, й струм розряду. У результаті у напівпровідникових приладів і ІС можуть мати місце два типи пошкоджень:

- Катастрофічні, які виявляються найбільш легко, тому що пошкоджені вироби не виконують своїх функцій;

- Приховані, які зачіпають тільки один з параметрів - посилення, витік і т.д. - Або викликають деякі зміни початкових характеристик, іноді не виходять за рамки допустимих відхилень. Ці ушкодження виявити складніше, тому що найчастіше вони виявляються лише в результаті повторюваних розрядів або вже в процесі експлуатації.

Явні катастрофи

Катастрофічні відмови можна розділити на відмови під дією напруги, коли пробивається наскрізь діелектрик або руйнується поверхню кристала, і відмови під дією потужності або струму, які часто впізнають по гарячих точках або розплавленим ділянках на кристалі. Розряд може викликати таку високу щільність струму на кордоні оксид-напівпровідник, що відбувається локальне розплавлення напівпровідникового матеріалу, а в оксиді утворюється точкове отвір діаметром близько 1 мкм.

Елементи, чутливі до напруги (тонкий діелектрик структур метал-діелектрик-напівпровідник, що ізолює оксид і т.д.), відмовляють внаслідок електричного пробою. Відмови всередині приладу під дією напруги відбуваються через різницю постійних часу розряду в суміжних або пересічних ділянках, що призводить до появи напружень, що перевищують електричну міцність діелектрика. Інші елементи (р-n-переходи, металізовані доріжки тощо) чутливі до потужності. У цьому випадку критичними параметрами виявляються форма імпульсу струму, що протікає при розряді, його тривалість і амплітуда, які при відповідному поєднанні можуть створити рівень потужності, що призводить до термічного пробою. Відмови під дією потужності або струму відбуваються зазвичай між схемної частиною і землею або живильної шиною. Шини живлення та заземлення, як правило, є провідниками з найбільшою площею і здатні зберігати найбільший заряд, вивільняючи при розряді максимальну енергію.

Вважається, що є шість найбільш поширених і пов'язаних з електростатичним розрядом механізмів відмов: тепловий вторинний пробою, розплавлення металізації, об'ємний пробою, пробою діелектрика, поверхневий пробій і газовий дугового розряд. Перші три механізми визначаються струмом (потужністю) розряду, інші три - його напругою. Головний винуватець - виділяється струмом розряду тепло, якого достатньо, щоб розплавити використовувані матеріали. У момент розряду температура всередині мікросхеми може досягати 1500 ° С, що вище точок плавлення алюмінію, міді і кремнію.

Тепловий вторинний пробою відомий як вигоряння (випалювання) переходу. У цьому випадку температура на переході наближається до точки плавлення кремнію, і починають плавитися неоднорідні "гарячі" точки, що призводить до локального розплавлення ділянки кремнію. Якщо імпульс розряду досить тривалий, гарячі точки збільшуються до виникнення короткого замикання на переході. Однак термічний або теплової вторинний пробій може не проявитися негайним коротким замиканням, а розвинутися пізніше як результат міграції електронів та іонів.

Розплавлювання металізації відбувається, якщо розряд володіє достатньою потужністю для розплавлення металу з'єднувальних доріжок, так як товщина, а часто і ширина металізованих доріжок настільки малі, що метал розплавляється, як у плавких запобіжників під дією підвищеного значення струму.

Об'ємний пробій виникає в результаті зміни параметрів переходу через дії високих температур під впливом струму розряду, що призводить в кінці кінців до швидкої дифузії домішок і замикання переходів в обсязі (рис.4, 5).

Пробій діелектрика виникає тоді, коли значення електричного поля перевищує значення поля, що зв'язує електрони з ядрами атомів. Звільнені електрони формують внутрішній струм, який дає лавинний ефект, що руйнує діелектрик, - у ньому утворюється отвір.

Поверхневий пробою, як випливає з назви, реалізується на поверхні, він залежить від цілого ряду параметрів поверхні кристала вироби. Явище закономірно призводить до витоку на переході.

Газовий дугового розряд аналогічний газового розряду у вакуумних лампах; в кінцевому рахунку він викликає випаровування металевих частин виробу.

У більшості випадків відмови приладів під впливом розряду відбуваються не по одній з перерахованих причин, а від сукупності декількох. Руйнування переходу носить дуже складний характер, і ні напруга, ні струм окремо не грають вирішальної ролі. Їх спільна дія впливає на перехід, змінюючи його стан, що, у свою чергу, супроводжується впливом на струм і напруга. У результаті виникає точкове підвищення температури і розплавлення кремнію.

Аналіз біполярних ІС, отримали пошкодження із-за розряду, показує, що у 90% схем були пошкоджені переходи, у решти 10% була пошкоджена металізація. Одночасно у 27% схем мав місце пробою діелектрика.

Приховані загрози

При розряді можливо також виникнення невеликого ушкодження, яке проте приводить до відмови пристрою при експлуатації в початковий період. Випробування на примусовий відмову (наприклад, електротермотреніровка) не виключають виникнення "електростатичних" відмов. Додаткові маніпуляції з виробом при проведенні випробувань на примусовий відмову здатні збільшити число ранніх відмов, якщо не вжито відповідних заходів для запобігання виникнення статичної електрики. Приховані дефекти можуть проявитися не відразу після впливу розряду, а через місяці або роки. Їх можна розбити на три категорії:

- Нанесений збиток настільки малий, що прилад повністю відповідає паспортним характеристикам. Імовірність безвідмовної роботи протягом всього терміну служби висока;

- Пошкоджений елемент приладу за параметрами злегка виходить за встановлені межі і цілком здатний виконувати свої функції в системі. Проте є достатня ймовірність передчасної відмови;

- Прилад працездатний, але не відповідає всім пропонованим до нього вимогам. Надійність приладу істотно ослаблена.

За фізичним принципом приховані дефекти діляться теж на три групи.

Дефекти оксиду. Перш за все це проколи, що призводять зазвичай або до закоротки, або до утворення паразитних діодів. У деяких випадках такі дефекти можуть довго залишатися непоміченими і починають позначатися лише при значному підвищенні температури.

Дефекти металізації, які проявляються у вигляді викиду металу. У результаті таких дефектів зростають струми витоку або з'являються закоротки. Найчастіше виникають провідні перемички не вліют на нормальну роботу схеми і навіть зникають (плавляться) при перевантаженнях по напрузі. Але все ж вважається, що дефекти подібного роду скорочують термін служби: вони, зокрема, роблять прилади більш сприйнятливими до імпульсних перевантажень в процесі експлуатації.

Дефекти, пов'язані з розплавленням об'ємних ділянок кремнію, які не впливають на вихідні параметри виробу. Приклад - пробою дифузійного резистора в місці з'єднання з алюмінієвої доріжкою. Імпульс розряду може проплавили доріжку з алюмінію через дифузійний резистор.

Випробування на міцність

У вітчизняній практиці стійкість напівпровідникових пристроїв до впливу розряду прийнято характеризувати небезпечним (критичним) потенціалом і допустимим потенціалом [1].

Небезпечний потенціал - це потенціал розряду, при якому відбувається відмова вироби, тобто вихід параметрів за норми, зазначені в технічних умовах (ТУ). У зарубіжній технічній літературі цей параметр називається порогом чутливості або напругою ушкодження.

Допустимий потенціал - це потенціал розряду, що не перевищує половини небезпечного, причому він вибирається рівним найближчого з менших значень: 10, 30, 100, 200, 500, 1000; 2000 В.

Шукані потенціали знаходять у дві стадії. На першій стадії визначається попереднє значення небезпечного потенціалу. Для кожного типу виробів перед початком експерименту знаходять найбільш вразливе місце і електричні параметри, що характеризують. Перед початком роботи вимірюють основні електричні параметри, а також специфічні для вразливого місця. Далі на випробуваний прилад впливають імпульсами напруги, і після кожного впливу розряду знову проводять електричні вимірювання. Величина мінімального потенціалу впливає розряду і послідовність його збільшення для кожного типу виробів встановлюються індивідуально. За небезпечний потенціал приймається таке значення, при якому у 50% вибірки параметри виходять за норми ТУ.

На другій стадії остаточне значення допустимого потенціалу встановлюють після випробувань на надійність, в яких беруть участь дві партії виробів. Одна з партій перед випробуванням піддається впливу передбачуваного допустимого потенціалу, друга є контрольною. Після роботи приладів при підвищеній температурі протягом 100 год порівнюється кількість відмов в обох партіях: число відмов у випробуваної партії не повинна перевищувати число відмов контрольної.

Відомо, що негативний вплив розряду в першу чергу позначається на структурах типу метал-оксид-напівпровідник (МОН) - пристроях, у яких "працюють" носії однієї полярності. Однак перелік виробів, особливо чутливих до впливу розряду, не обмежується зазначеними типами. Деякі біполярні прилади також можуть пошкоджуватися розрядами. Наприклад, з цієї причини в цифрових ІС спостерігалася деградація вхідних діодів. Пороги чутливості деяких напівпровідникових приладів і ІС наведені в табл.4.

Великі розкид по порогу чутливості пояснюються залежністю останнього від розмірів досліджуваних елементів пристрою, його конструкції і технології виготовлення, вибору параметрів, що характеризують придатність приладу, і від величин останніх. Подібні випробування дозволяють відбирати більш надійні конструктивно-технологічні рішення. Так, при дослідженні двох модифікацій цифрових біполярних ІС транзисторних-транзисторної логіки (ТТЛ) - з ізоляцією р-n-переходом (серія 133) і оксидом (серія 106) - з'ясувалося, що схеми з діелектричною ізоляцією володіють більшою стійкістю до розрядів (табл. 5). Вдається знайти слабкі місця і в складній радіоелектронної апаратури. Зупинимося на одному, близькому всім, прикладі.

Чому ламаються відеомагнітофони?

У процесі виробництва і експлуатації побутових відеомагнітофонів "Електроніка ВМ-12" з'ясувалося, що одна з причин виходу їх з ладу - поломка блоку "ТАЙМЕР" (Т) при впливі розряду. При цьому відбувається збій або погасання тимчасового індикатора. Коли стали перевіряти встановлені в блоці напівпровідникові пристрої, виявилися пробою переходів діодів, транзисторів і ІС, перегоряння і випаровування металізації на кристалі, а також зміна електричних параметрів. Постало питання, який за величиною потенціал призводить до параметричних і катастрофічних відмов складових блоку Т.

Блок Т виконаний на базі мікроЕОМ (ВІС типу КР1005ВІ1) і містить ще 15 діодів, шість транзисторів і одну гібридну ІС. Випробування здійснювалися за програмою, що включає вплив на кожен виріб блоку Т п'яти розрядів як позитивної, так і негативної полярності при різних значеннях напруги (табл.6).

Потенціали, при яких починалися помітні зміни вольтамперних характеристик (ВАХ), мають значно менші величини, ніж потенціали, що призводять до катастрофічних відмов приладів. Найбільш чутливим до розряду елементом блоку Т виявилася БІС типу КР1005ВІ1. Потенціали статичного заряду +500 В і -700 У відносно "земляного" виведення ІС здатні приводити до істотної зміни ВАХ. Під дією розряду порядку 1000 В незалежно від знаку практично будь-який р-n-перехід БІС може бути виведений з ладу.

Рис. 6. Залежність кількості розрядних імпульсів, що призводять до катастрофічних відмов БІС типу КР1005ВІ1, від напруги розряду.

Аналіз багаторазових впливів розрядів показав (рис.6), що схема, трапляється, успішно витримує одне або декілька впливів розрядів і відмовляє при наступному впливі. Таким чином, для ІС даного типу небезпеку представляє не тільки одноразове дію великих потенціалів, а й багаторазове - низьких.

Але не всі компоненти блоку Т настільки ніжні. На рис.7 показані типові ВАХ напівпровідникових виробів блоку Т до і після впливу розряду. Хоча характеристики елементів після дії відрізняються від первісних, визначилася група пристроїв, найбільш стійких до впливу ЕСР: стабілітрони Д814А, КС201Г, КС409А, діод КД522Б. Перераховані прилади вивести з ладу в процесі експерименту не вдалося аж до подачі потенціалу величиною 12 кВ ..

Рис. 7. Вольтамперні характеристики діода КД522Д (а) і БІС типу КР1005ВІ1 (б):

1 - до впливу розряду, 2, 3 - після впливу (крива 3 відповідає більш сильному впливу).

Лінії оборони

У принципі є три способи захисту напівпровідникових виробів від пошкодження і перешкод при впливі розрядів: взагалі попередити виникнення електростатичного заряду, не допустити потрапляння заряду на пристрої і збільшити стійкість апаратури та її комплектуючих до впливу розряду [5].

Перші два способи віднесемо до колективних заходів захисту від впливу розряду.

Методи захисту від статичної електрики, застосовувані в радіоелектронній промисловості, поділяються на хімічні, фізико-механічні та конструктивно-технологічні. Перші і другі намагаються запобігти виникненню статичних зарядів і прискорити їх стікання, треті - тільки захищають прилади від небезпечних впливів заряду, але не мають впливу на витік зарядів. Сприяти витоку можуть коронний розряд, об'ємна і поверхнева провідність матеріалу, на якому накопичується заряд. Отже, найбільш загальне рішення проблеми - іонізація повітря плюс збільшення поверхневої та об'ємної провідності матеріалів. Практичні методи зазвичай полягають у створенні організованих шляхів витоку зарядів, щоб не допустити потрапляння небезпечних потенціалів на прилади.

Перш за все, це метод заземлення. Ланцюг витоків на землю працює задовільно, якщо її опір не перевищує 106 Ом. Заземлення ефективно лише для матеріалів, що мають питомий опір не більше 1010 Ом · м. Ізолятор з питомим опором понад 1014 Ом · м здатний зберігати високий заряд, що може призвести до розряду при його зв'язку з землею. Такий ізолятор слід захищати іншими способами. Необхідно дуже ретельно продумувати ефективність електростатичного захисту всіх деталей оснащення робочого місця оператора. На рис.8 наведено приклад схеми захищеного робочого місця.

Рис. 8. Схема захищеного робітника місця:

1 - клема заземлення; 2 - поверхня столу, 3 - джерело іонізованого повітря; 4 - проводить килимок, 5 - провідник заземлення;

6 - клема заземлення; 7 - заземлення; 8 - провідна взуття; 9 - провідна оббивка стільця; 10 - з'єднувальний провід.

Наступний метод полягає в придушенні статичної електрики, тому що заземлення не дозволяє ефективно знімати заряди з поверхні діелектриків, які широко застосовуються в так званих чистих кімнатах. Електризація подібних матеріалів різко знижується при збільшенні вологості повітря (табл. 3), однак при цьому погіршуються умови роботи. Тому вологість встановлюється рівною 40%. Для розрядки діелектричних поверхонь застосовують іонізатори повітря, здатні генерувати іони обох полярностей. Такі іонізатори використовуються для локальної нейтралізації зарядів безпосередньо на робочих місцях або ж ними доповнюють вентиляційні системи чистих кімнат, щоб потік відфільтрованого повітря іонізуватися і відбувалася нейтралізація зарядів на стінах, стелях, поверхнях обладнання та ін

Ще один шлях зменшити електростатичну небезпека - застосовувати в приміщенні струмопровідні матеріали, що містять металеві або вуглецеві частинки. Стіни, стеля та підлога чистих кімнат запропоновано облицьовувати електропровідними покриттями, що мають по відношенню до землі електроопір порядку 107 Ом, при якому заряди на них зменшуються до безпечних значень протягом 0.02 с. У приміщеннях, де розташована апаратура з чутливими до заряду компонентами, підлоги повинні бути покриті провідними килимами, призначеними перш за все для розсіювання зарядів з входять туди осіб. Килими також створюють "заземлений" фон у всьому приміщенні. Вони виготовляються з пластмас, насичених вугіллям, або з провідного вінілового матеріалу і під'єднуються до заземлення. Столи, робочі місця також повинні мати провідне покриття з просоченого вугіллям пластику, який проводить дивинила або антистатичного матеріалу. Ці покриття зазвичай заземлюються за допомогою шин, прокладаються на столах під покриттям. Аналогічні покриття повинні мати і стільці.

Транспортування напівпровідникових приладів та друкованих плат слід проводити в електропровідного тарі. При цьому контейнери для транспортування захищають вироби від трьох видів електричних впливів: від трібоелектрічества; від наведень, що викликаються іскровий розряд; від електричних полів, при цьому сам матеріал контейнерів не повинен накопичувати заряди. Для пакування друкованих плат і чутливих до заряду пристроїв слід застосовувати проводить пінопласт. Такий же пінопласт з малою щільністю використовується як амортизатор при транспортуванні.

Нарешті, потрібно прагнути зменшити заряд тіла людини. Для цього використовуються заземлення та антистатична одяг. Одне з найбільш ефективних засобів розсіювання накопичується заряду - провідні браслети. Вони створюють електропровідний шлях, по якому заряд може стікати на землю. Браслет складається з провідної смуги, що зміцнюється на зап'ясті, і пряжки, якої браслет з'єднується з заземленим проводом. Для створення безпечних умов роботи дріт повинен мати послідовно поєднане опір величиною від 1 до 100 МОм, щоб протікає через людський організм струм не перевищував 1 мА. На людину струми статичної електрики впливають так: струми силою 0-1 мА створюють незначні відчуття; 1-10 мА заподіюють біль; 10 мА викликають шок, 100 мА можуть призвести до летального результату.

Велике значення при заземленні має швидкість стікання зарядів на землю. Так, час зняття електростатичного потенціалу з оператора до безпечного рівня не повинно перевищувати 1 с. Щоб виконати цю умову, покриття підлоги повинні мати малий опір по відношенню до землі (це можуть бути заземлені металеві листи). Як показує практика, опір покриття по відношенню до землі 1000 МОм гарантує розряд статичної електрики потенціалом 5000 В до рівня 100 В протягом 1 с. Уповільнюють стікання зарядів з оператора діелектричні поверхні підлоги, гумові килимки, підошви взуття. Деякі типи підошов, наприклад з товстого каучуку, можуть значно уповільнити процес зняття статичної електрики.

Не можна нехтувати і таким методом захисту напівпровідникових приладів та електронних блоків, як шунтування висновків виробів, вивідних клем друкованих плат на тих операціях, де це принципово можливо. Монтаж слід виробляти заземленим інструментом, пайку - паяльниками з заземленими паяльними головками [6].

* * *

Отже, електростатичний захист напівпровідникових пристроїв необхідна, її треба ретельно планувати і ефективно реалізовувати. Тоді дорога радіоелектронна апаратура буде надійно і довго служити.

Список літератури

1. Горлов М.І., Андрєєв А.В., Воронцов І.В. Вплив електростатичних зарядів на вироби напівпровідникової електроніки і радіоелектронну апаратуру. Воронеж, 1997.

2. Хорват Т., Берта І. Нейтралізація статичної електрики / Пер. з англ. М., 1987.

3. Сигунова А.В. / / Радіотехніка за кордоном. 1981. Вип.18. С.1-11.

4. Горлов М.І., Ємельянов А.В., Плебановіч В.І. Електростатичні заряди в електроніці. Мінськ, 2006.

5. Грошева Г.Д. Захист напівпровідникових приладів та інтегральних схем від статичної електрики / / Огляди з електронної техніки. Сер.2. Напівпровідникові прилади. 1980. Вип.4.

6. Вольдман С. громовідводом для наноелектроніки / / У світі науки. Лютий 2003. С.61-67.