Bagaimana Bahaya Listrik Statis Terbentuk di Industri Elektronika?
Bahaya listrik statis dalam industri elektronik dapat dibagi menjadi dua kategori: satu adalah adsorpsi debu di udara yang disebabkan oleh gaya tarik elektrostatis; yang lainnya adalah kerusakan dielektrik yang disebabkan oleh pelepasan muatan listrik statis.
1. Adsorpsi Elektrostatis
Dalam proses pembuatan komponen semikonduktor, karena banyaknya penggunaan alat dan bahan yang terbuat dari kuarsa dan polimer, yang memiliki sifat insulasi tinggi, gesekan yang tidak dapat dihindari selama penggunaan dapat menyebabkan muatan permukaan terakumulasi secara terus menerus sehingga meningkatkan potensinya.
Karena efek mekanis dari listrik statis, debu di udara di tempat kerja dapat dengan mudah menempel pada permukaan chip dalam kondisi ini. Bahkan partikel debu kecil pun dapat mempengaruhi kinerja perangkat semikonduktor. Oleh karena itu, produksi produk elektronik harus dilakukan di lingkungan yang bersih, dan operator, peralatan, dan lingkungan harus mengambil serangkaian tindakan anti-statis untuk mencegah dan mengurangi pembentukan bahaya listrik statis.
2. Klasifikasi Kerusakan Dielektrik
Rusaknya komponen akibat listrik statis merupakan bentuk utama bahaya listrik statis dalam industri elektronika. Dalam medan listrik yang kuat, seiring dengan meningkatnya kekuatan medan, muatan terakumulasi. Ketika mencapai tingkat tertentu, dielektrik kehilangan polarisasinya dan menjadi konduktor, yang pada akhirnya menyebabkan kerusakan termal. Fenomena ini disebut kerusakan dielektrik. Kerusakan dielektrik dapat dikategorikan menjadi tiga jenis: kerusakan termal, kerusakan kimia, dan kerusakan listrik.
(1) Kerusakan Termal
Ketika dielektrik beroperasi, jika panas yang dihasilkan oleh kehilangan energi melebihi panas yang dibuang ke lingkungan sekitar, suhu dielektrik meningkat dengan cepat, meningkatkan konduktivitas hingga terjadi kerusakan termal. Oleh karena itu, masalah inti dalam kerusakan termal adalah pembuangan panas. Desain termal adalah aspek penting dari desain produk.
(2) Penguraian Kimia
Di bawah tegangan tinggi, medan listrik yang kuat dapat menyebabkan ionisasi tumbukan udara lokal di dekat cacat atau pori-pori pada permukaan dielektrik atau di dalam dielektrik. Ionisasi ini menyebabkan pancaran dielektrik, menghasilkan zat kimia-ozon dan karbon dioksida-yang mengurangi kinerja isolasi dan menyebabkan kerusakan dielektrik.
(3) Gangguan Listrik
Kerusakan listrik terjadi ketika dielektrik terkena medan listrik yang kuat, menyebabkannya memancarkan elektron bebas. Elektron bebas meningkat dengan cepat seiring dengan meningkatnya kekuatan medan listrik, sehingga merusak sifat isolasi dielektrik. Jelaslah bahwa kerusakan listrik pada dasarnya disebabkan oleh akumulasi muatan; oleh karena itu, mencegah akumulasi muatan dapat mencegah kerusakan listrik.
3. Kerusakan dan Pelepasan Elektrostatis
(1) Pelepasan Listrik Statis
Meskipun pelepasan muatan listrik statis dan pelepasan muatan listrik yang dihasilkan oleh catu daya eksternal yang stabil keduanya disebabkan oleh akumulasi muatan, keduanya memiliki perbedaan yang signifikan. Pertama, dalam kasus pelepasan muatan listrik statis, sumber pelepasannya adalah muatan ruang, sehingga energi yang disimpannya terbatas, tidak seperti catu daya eksternal yang memiliki kemampuan untuk melepaskan muatan secara terus menerus. Oleh karena itu, ia hanya dapat menyediakan energi untuk-penghancuran lokal jangka pendek. Meskipun energi pelepasan muatan listrik statis relatif kecil, bentuk gelombang pelepasannya sangat kompleks dan sulit dikendalikan. Kerusakan lunak pada perangkat semikonduktor terkait dengan hal ini.
(2) Kerusakan Elektrostatis
Kerusakan kerusakan komponen yang disebabkan oleh pelepasan muatan listrik statis merupakan bahaya paling umum dan serius dalam industri elektronik, terutama dalam pembuatan dan perakitan produk elektronik. Pelepasan muatan listrik statis dapat menyebabkan kerusakan keras atau kerusakan lunak pada perangkat. Kerusakan parah adalah kegagalan permanen satu kali pada perangkat, seperti sirkuit terbuka atau arus pendek antara keluaran dan masukan perangkat. Kerusakan ringan dapat menurunkan kinerja komponen dan mengurangi spesifikasinya, sehingga menimbulkan potensi kegagalan. Karena kerusakan ringan menyebabkan kegagalan fungsi sirkuit secara berkala (akibat berkurangnya spesifikasi) dan sulit dideteksi, hal ini menyebabkan masalah besar pada pengoperasian sistem secara keseluruhan dan pemecahan masalah. Selama kerusakan ringan, peralatan masih dapat beroperasi dengan "kesalahan", kinerjanya tidak berubah secara mendasar, dan mungkin lolos inspeksi pabrik, namun rentan terhadap kegagalan lagi kapan saja. Kerusakan lunak yang berulang kali dapat menyebabkan kerusakan keras, menyebabkan pengoperasian peralatan tidak normal, mengakibatkan kerugian bagi pengguna, rusaknya reputasi produsen dan penjualan produk, dan bahkan kerugian negara yang tidak dapat diperbaiki.
4. Listrik Statis dari Tubuh Manusia
Dalam produksi industri, penyebab utama kerusakan komponen dan gangguan terhadap pengoperasian normal peralatan elektronik adalah pelepasan muatan listrik statis dari tubuh manusia. Pelepasan muatan listrik statis dari tubuh manusia dapat menyebabkan sengatan listrik dan cedera, serta dapat memicu kecelakaan sekunder (yaitu kerusakan komponen), oleh karena itu harus ditanggapi dengan serius. Listrik statis dihasilkan oleh tubuh manusia yang mengubah energi mekanik yang dikonsumsi selama pekerjaan sehari-hari menjadi energi listrik. Tubuh manusia adalah konduktor statis. Ketika diisolasi dari tanah (misalnya, dengan sepatu yang terbuat dari bahan isolasi), sebuah kapasitor terbentuk antara badan dan tanah, yang menyimpan muatan listrik. Tegangan pengisian biasanya kurang dari atau sama dengan 50kV.
Tindakan yang sangat umum dan halus dapat menghasilkan tegangan statis yang sangat tinggi. Ketika tubuh manusia mengeluarkan zat bermuatan, ia akan bereaksi pada tingkat yang berbeda-beda; reaksi ini disebut sensitivitas sengatan listrik. Meskipun sengatan listrik statis tidak akan menyebabkan kerusakan fisiologis yang besar, namun dapat mempengaruhi kesehatan atau membahayakan tubuh.
Batasan cedera sengatan listrik adalah 3.0kV. Selain itu, menyentuh perangkat sensitif-statis dengan badan yang terisi daya dapat merusak perangkat tersebut.
AKU AKU AKU. Teknologi Kontrol Anti-statis (Tindakan)
Berdasarkan prinsip, bahaya, dan hukum pelepasan muatan listrik statis, prinsip berikut dapat diikuti untuk menetapkan tindakan pengendalian anti-statis yang efektif untuk mencegah bahaya.
a) Memasukkan kontrol elektrostatis ke dalam desain
b) Mencegah penumpukan muatan elektrostatis dan menekan serta mengurangi timbulnya listrik statis
c) Membangun saluran pembuangan yang cepat dan aman
d) Mendeteksi dan memantau efektivitas tindakan anti{0}}statis
1. Memasukkan kontrol elektrostatis ke dalam desain
(1) Desain lingkungan produksi yang anti-statis
Desain lingkungan produksi yang anti-statis untuk produk elektronik adalah kunci pengendalian ESD. Desainnya didasarkan pada film isolasi komponen elektronik, tegangan tembus elektrostatik perangkat sensitif elektrostatis (ESDS) di seluruh mesin, dan kinerja anti-statis peralatan produksi. Produsen harus menentukan tingkat kendali ESD tertentu, yang ditentukan oleh komponen paling sensitif dalam proses produksi, dan lingkungan produksi harus memastikan keamanan tingkat ini. Menurut DGJ08-83-2000 "Spesifikasi Teknis Rekayasa Antistatis", desain teknik untuk mengendalikan listrik statis secara khusus dibagi menjadi tiga tingkatan: Standar Level 1 adalah nilai absolut potensial elektrostatis di ruang kendali tidak lebih besar dari 100V; Standar level 2 adalah nilai absolut potensial elektrostatis di ruang kendali tidak lebih besar dari 200V; Standar level 3 adalah nilai absolut potensial elektrostatis di ruang kendali tidak lebih besar dari 1000V. Lokasi yang berlaku untuk standar klasifikasi teknik anti-statis ditunjukkan pada Tabel 5 di bawah:
Karena kerusakan listrik statis tidak terlihat, menghilangkan bahaya ESD memerlukan pencegahan sebagai pendekatan utama. Area terlindung elektrostatis (EPA) harus dipasang di area kerja. Menurut IEC 1340-5-1 (1995) "Persyaratan umum untuk perlindungan perangkat elektronik," persyaratan inti EPA adalah ikatan ekuipotensial, yang menghubungkan personel, material, dan permukaan kerja bersama-sama dan menghubungkannya secara elektrik ke titik yang sama untuk mencegah perbedaan potensial antara objek yang berbeda. Karena ESD tidak terjadi antara material yang mempertahankan potensial yang sama atau potensial nol, perangkat atau papan sirkuit yang rentan terhadap ESD di lingkungan EPA terlindungi dari kerusakan ESD.