ESD – การคายประจุไฟฟ้าสถิต: ปรากฏการณ์ ผลกระทบ และการป้องกัน

ค้นพบว่า ESD คืออะไร เกิดขึ้นได้อย่างไร และจะปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากผลกระทบที่เป็นอันตรายได้อย่างไร

ESD – การคายประจุไฟฟ้าสถิต: ปรากฏการณ์ ผลกระทบ และการป้องกัน

การแนะนำ

การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงในหลายอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ การพิมพ์ วัสดุที่ติดไฟได้ และทุกที่ที่อาร์กไฟฟ้าขนาดเล็กสามารถ "เผาไหม้" บางสิ่งบางอย่างได้...

ปรากฏการณ์ ESD เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของวัสดุ (ฉนวนมีแนวโน้มที่จะเกิดไฟฟ้าสถิต) และความชื้นในอากาศ (ยิ่งความชื้นต่ำ ความเสี่ยงต่อการเกิด ESD ก็ยิ่งสูง) การจัดการปัญหานี้จำเป็นต้องอาศัยความพยายามที่เหมาะสมในด้านต่างๆ ต่อไปนี้:

  • การออกแบบผลิตภัณฑ์โดยคำนึงถึงการป้องกัน ESD
  • กระบวนการผลิต ซึ่งเหตุการณ์ ESD อาจเกิดขึ้นได้ในขั้นตอนการผลิตต่างๆ

บทความนี้กล่าวถึงปรากฏการณ์ ESD โดยมุ่งเน้นเฉพาะผลกระทบต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่าข้อมูลที่นำเสนอนี้ยังมีประโยชน์สำหรับอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกด้วย

ปรากฏการณ์ ESD

ESD เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการไหลของประจุไฟฟ้าสถิตอย่างรวดเร็วระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีศักย์ไฟฟ้าสถิตต่างกัน ปรากฏการณ์นี้มักเกิดขึ้นเมื่อวัตถุที่มีประจุหนึ่งเข้าใกล้กัน ทำให้เกิดประกายไฟเล็กๆ ระหว่างวัตถุทั้งสอง

ตัวอย่างที่พบบ่อยในชีวิตประจำวันคือ "ไฟฟ้าช็อต" ที่สามารถรู้สึกได้เมื่อสัมผัสลูกบิดประตูหลังจากเหยียบพรม "ไฟฟ้าช็อต" คือการคายประจุไฟฟ้าสถิตในรูปของประกายไฟ

ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม วัตถุต่างๆ เช่น สายพานลำเลียงที่กำลังเคลื่อนที่ ฟิล์มบรรจุภัณฑ์ เสื้อผ้าของคนงาน หรือผลิตภัณฑ์นั้นเอง (เช่น แผงวงจรพิมพ์ที่กำลังขนส่งบนสายการประกอบ) อาจมีประจุไฟฟ้าสถิตได้

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมกล่าวไว้ ESD ถูกกำหนดให้เป็น "การคายประจุไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันและเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติซึ่งเกิดจากสนามไฟฟ้าสถิตสูง"[1]

ประจุไฟฟ้าสถิตจะสะสมบนพื้นผิวเนื่องจากปรากฏการณ์ต่อไปนี้:

ปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริก

ปรากฏการณ์ที่พบบ่อยที่สุด ประจุไฟฟ้าไตรโบอิเล็กทริก หรือที่รู้จักกันในชื่อปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริก คือการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของวัสดุ เมื่อวัสดุสองชนิดสัมผัสกันแล้วแยกออกจากกัน ในระหว่างกระบวนการนี้ วัสดุชนิดหนึ่งจะได้รับอิเล็กตรอนส่วนเกิน ในขณะที่อีกชนิดหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนไป ส่งผลให้วัสดุชนิดแรกมีประจุลบ และวัสดุชนิดที่สองมีประจุบวก ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่

  • เลื่อน PCB บนโต๊ะ
  • เดินบนพรม
  • ติดตั้ง PCB ลงในเคสอุปกรณ์พลาสติก
  • ลอกฟิล์มป้องกันออกจากเคสอุปกรณ์
  • แรงเสียดทานระหว่างวัสดุ เสื้อผ้า บรรจุภัณฑ์ ฯลฯ

สัมผัส

ในบริบทของ ESD การเหนี่ยวนำเป็นปรากฏการณ์ที่ประจุไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นในตัวนำโดยไม่มีการสัมผัสทางกายภาพโดยตรงกับวัตถุที่มีประจุ แต่เป็นผลจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้าสถิตของวัตถุ

ตัวอย่างเช่น เมื่อวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสูงเข้าใกล้ตัวนำที่ไม่ได้ต่อลงกราวด์ (เช่น เครื่องมือโลหะ) สนามไฟฟ้าของวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าจะส่งผลกระทบต่ออิเล็กตรอนอิสระในตัวนำ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกแทนที่ ทำให้เกิดการสะสมประจุในบริเวณนั้น หากสัมผัสตัวนำที่มีประจุไฟฟ้า อาจเกิด ESD ได้

การโจมตีด้วยไอออน

ฟังดูเหมือนฉากในภาพยนตร์ไซไฟเลย :) ไอออนบอมบาร์ดเมนต์ (Ion bombardment) คือการค่อยๆ อัดประจุของวัสดุโดยการสะสมของไอออน (อนุภาคที่มีประจุ) บนพื้นผิวของวัสดุ ทำให้เกิดการถ่ายโอนประจุ ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ เช่น ในระหว่างการเคลือบหรือการผลิตสารกึ่งตัวนำ [2]

ผลกระทบจากไฟฟ้าสถิต

อุบัติเหตุ ESD อาจเกิดขึ้นได้ในระดับเล็กมาก — ต่ำกว่าเกณฑ์ความเสียหายที่กำหนด นอกจากนี้ยังอาจรุนแรงถึงขั้นทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติโดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายถาวร ในบางกรณี การปล่อยประจุไฟฟ้าอาจรุนแรงพอที่จะทำให้อุปกรณ์เสียหายได้ ในบางอุตสาหกรรม ESD ยังอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยต่อพนักงานหรือโครงสร้างพื้นฐานอีกด้วย

ขึ้นอยู่กับพลังงานของการคายประจุ สามารถแยกแยะผลกระทบ ESD ได้หลายประเภท:

  • ความล้มเหลวฉับพลัน (Instantaneous Failure) คือความล้มเหลวถาวรที่ส่งผลให้ชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์สูญเสียการใช้งานทันที หากเกิดขึ้นระหว่างการผลิต มักจะตรวจพบได้ระหว่างการตรวจสอบการผลิต
  • ความล้มเหลวแฝง ถือ เป็นความล้มเหลวประเภทร้ายแรง ส่วนประกอบอาจทำงานได้ตามปกติในช่วงแรกโดยมีความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยจากข้อกำหนด แต่เมื่อเวลาผ่านไป ความล้มเหลวจะรุนแรงขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวที่ไม่คาดคิดตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์
  • ESD แบบอ่อน เหตุการณ์ ESD อาจทำให้วงจรดิจิทัลหยุดชะงัก ซึ่งอาจแสดงอาการเป็นซอฟต์แวร์ขัดข้องหรือการทำงานลอจิกไม่ถูกต้อง เหตุการณ์ ESD เพียงเล็กน้อยอาจทำให้เกิด "latch lock" ซึ่งจะล็อกเกตลอจิก การหยุดชะงักเหล่านี้มักจะหายไปหลังจากการรีเซ็ตเครื่องและไม่ก่อให้เกิดความเสียหายถาวรต่อฮาร์ดแวร์
  • อันตรายด้านความปลอดภัย ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เคมีภัณฑ์ ปิโตรเคมี หรือเภสัชกรรม การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) อาจเป็นภัยคุกคามความปลอดภัยโดยตรง การคายประจุไฟฟ้าสถิตสามารถจุดติดไฟก๊าซ ฝุ่น ไอระเหยของเชื้อเพลิง หรือแม้แต่ทำให้เกิดการระเบิดของวัตถุได้ ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ การควบคุมไฟฟ้าสถิตอย่างเหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการป้องกันอุบัติเหตุร้ายแรง
  • ผลกระทบอื่นๆ ESD ยังส่งผลกระทบต่อกระบวนการทางเทคโนโลยีด้วย เช่น ทำให้กระดาษติดกัน ฝุ่นเกาะติดพื้นผิวแผ่นกระดาษในโรงพิมพ์ หรือรบกวนการทำงานของระบบควบคุมเครื่องจักรหรือระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมอื่นๆ

แบบจำลอง ESD

ปรากฏการณ์ ESD ที่เกิดขึ้นระหว่างการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ ได้รับการอธิบายด้วยแบบจำลองเฉพาะ แบบจำลองเหล่านี้ช่วยให้สามารถทดสอบความต้านทานของผลิตภัณฑ์หรือความไวของส่วนประกอบต่อ ESD หรือที่เรียกว่า ESDS (Electrostatic Discharge Sensitive) ได้ แบบจำลองต่อไปนี้ได้รับการพัฒนาขึ้น:

  • HBM (แบบจำลองร่างกายมนุษย์) แบบจำลองนี้จำลองตัวนำไฟฟ้าที่มีประจุ (รวมถึงบุคคล) ที่ปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตไปยังอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESDS) แบบจำลองนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการทดสอบความต้านทานไฟฟ้าสถิตของวงจรรวม และสะท้อนถึงสถานการณ์ทั่วไปในการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
  • CDM (รุ่นอุปกรณ์ชาร์จ) CDM จำลองสถานการณ์ที่อุปกรณ์ ESDS ที่มีประจุสัมผัสกับวัตถุนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการประกอบอัตโนมัติ อุปกรณ์จะเคลื่อนที่ผ่านเครื่องชาร์จที่หุ้มฉนวน ชาร์จประจุไฟฟ้า แล้วคายประจุอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ต่อสายดิน
  • MM (แบบจำลองเครื่องจักร) แบบจำลอง MM จำลองสถานการณ์ที่ส่วนประกอบสัมผัสกับเครื่องจักรหรือเครื่องมือที่มีประจุไฟฟ้า แบบจำลองนี้ใช้ตัวเก็บประจุ 200 pF โดยไม่มีตัวต้านทานจำกัดกระแส เนื่องจากการใช้งานจริงมีข้อจำกัด จึงไม่ค่อยได้ใช้ในปัจจุบัน และถูกแทนที่ด้วย HBM และ CDM เป็นส่วนใหญ่
  • IEC 61000-4-2 แบบจำลองที่กำหนดไว้ใน IEC 61000-4-2 แสดงถึงเหตุการณ์คายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ในสภาพแวดล้อมจริง เช่น เมื่อผู้ใช้สัมผัสพอร์ต USB แบบจำลองนี้ใช้เพื่อทดสอบภูมิคุ้มกันของระบบทั้งหมด (ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย)

ESD และการออกแบบผลิตภัณฑ์

จำเป็นต้องพิจารณาถึงการป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ตั้งแต่เนิ่นๆ ในขั้นตอนการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งสำคัญคือต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ (เช่น IEC 61000-4-2, EN 55024, ISO 10605 เป็นต้น) ประเด็นทั่วไปที่ควรพิจารณาประกอบด้วย:

  • การป้องกัน I/O ระดับระบบ ใช้อุปกรณ์ป้องกัน เช่น ไดโอด TVS, ไดโอดหนีบ หรือตัวเก็บประจุขนาดเล็กที่ขั้วอินพุต/เอาต์พุตของอินเทอร์เฟซภายนอก (USB, HDMI, อีเทอร์เน็ต, ขั้วต่อเสาอากาศ, พอร์ต GPIO ฯลฯ) ควรวางอุปกรณ์เหล่านี้ไว้ใกล้กับขั้วต่อให้มากที่สุด
  • การจัดวาง PCB ที่เหมาะสม ผลกระทบของ ESD ต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถลดลงได้อย่างมากโดยปฏิบัติตามคำแนะนำในการออกแบบสำหรับการเดินสายวงจรและการจัดวางส่วนประกอบบน PCB ซึ่งรวมถึงการลดความต้านทานของเส้นทางกราวด์ให้น้อยที่สุด การแยกวงจรที่ไวต่อไฟฟ้า การป้องกัน การใช้กราวด์ ESD และการเดินสายกราวด์ให้ห่างจากขอบหรือผนังตู้
  • การเลือกส่วนประกอบ ส่วนประกอบบางอย่าง เช่น อินเทอร์เฟซ I/O, CAN, RS485 ฯลฯ ควรเลือกตามความสามารถในการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) สิ่งสำคัญคือต้องแยกความแตกต่างระหว่างรุ่น HBM และ CDM ซึ่งคำนึงถึงความทนทานของส่วนประกอบแต่ละชิ้น กับรุ่น IEC 61000-4-2 ซึ่งจำลองเหตุการณ์ ESD ภายใต้สภาวะการใช้งานจริง
  • การป้องกัน การใช้วัสดุป้องกันโลหะและชั้นตัวนำบนสายเคเบิลหรือปลอกหุ้มที่มีฉนวนป้องกันมีประสิทธิภาพในการลดทั้งสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และผลกระทบจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) การออกแบบปลอกหุ้ม/ปลอกหุ้มต้องช่วยให้ประจุไฟฟ้าสถิตกระจายตัวไปยังศักย์อ้างอิง (ดิน) ได้อย่างรวดเร็วและควบคุมได้

ESD และกระบวนการผลิต

การป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESD) ที่มีประสิทธิภาพในกระบวนการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องอาศัยโปรแกรมควบคุมไฟฟ้าสถิต (ESD) ตามมาตรฐาน ANSI/ESD S20.20 (หรือ IEC 61340-5-1) ระบบนี้จะประกอบด้วยการป้องกันแบบรวม (เช่น พื้น) การป้องกันส่วนบุคคล (เช่น รองเท้า) การตรวจสอบ (การวัดไฟฟ้าสถิตเป็นระยะ) และการฝึกอบรมพนักงาน ประเด็นสำคัญประกอบด้วย:

  • การต่อสายดินบนพื้นผิวงาน เคาน์เตอร์ รถเข็น ชั้นวาง และพื้นผิวสัมผัสทั้งหมดต้องทำจากวัสดุที่ปลอดภัยต่อไฟฟ้าสถิต (ESD) และเชื่อมต่อกับจุดต่อสายดินด้วยตัวต้านทาน แรงดันไฟฟ้าบนพื้นผิวต้องไม่เกินขีดจำกัดที่กำหนด (โดยปกติคือ ±100V ลงกราวด์)
  • อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ส่วนบุคคล (ESD) วิธีแก้ปัญหาทั่วไป ได้แก่ สายรัดข้อมือป้องกันไฟฟ้าสถิตย์และรองเท้าป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ควรทดสอบอุปกรณ์ทั้งสองชนิดก่อนเข้าพื้นที่คุ้มครองไฟฟ้าสถิตย์ (EPA)
  • ใช้ภาชนะและถุงที่ปลอดภัยต่อไฟฟ้าสถิตย์ ส่วนประกอบที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตย์ทั้งหมดต้องจัดเก็บและขนส่งในบรรจุภัณฑ์ป้องกัน ไม่อนุญาตให้ใช้ถาดพลาสติกธรรมดา ถุงพลาสติกธรรมดา และโฟม
  • การตรวจสอบ ควรตรวจสอบความต้านทานพื้นผิวและความต้านทานดินเป็นระยะ ควรตรวจสอบรองเท้าและสายรัดข้อมือ ควรตรวจสอบวัสดุ บรรจุภัณฑ์ และเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการ และควรเก็บบันทึกการวัดเหล่านี้ไว้
  • การฝึกอบรมบุคลากร บุคลากรทุกคนที่มีหน้าที่รับผิดชอบอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESDS) ไม่ว่าจะอยู่ในบทบาทใด (ผู้ปฏิบัติงาน ช่างเทคนิค วิศวกร และพนักงานคลังสินค้า) จะต้องผ่านการฝึกอบรม ESD การฝึกอบรมต้องได้รับการบันทึกและปรับปรุงเป็นระยะ (เช่น ทุก 12 เดือน)

โปรแกรมป้องกัน ESD ที่สมบูรณ์ประกอบด้วยข้อกำหนดมากมาย ตัวอย่างเช่น ต้องมีการตรวจสอบและควบคุมความชื้นในสิ่งแวดล้อม และอาจจำเป็นต้องใช้เครื่องสร้างไอออนไนเซอร์ในบางส่วนของกระบวนการ

มาตรฐาน ESD ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

  • ANSI/ESD S20.20 มาตรฐานหลักที่พัฒนาโดยสมาคม ESD (ได้รับการรับรองให้เป็นมาตรฐาน ANSI) ซึ่งอธิบายหลักการของโครงการควบคุม ESD ขององค์กร มาตรฐานนี้กำหนดข้อกำหนดสำหรับเขตพื้นที่ของ EPA การต่อสายดิน เสื้อผ้าป้องกัน การฝึกอบรมพนักงาน การตรวจสอบ และอื่นๆ
  • IEC 61340-5-1 เป็นมาตรฐานสากล (IEC) ที่มุ่งเน้นการป้องกันไฟฟ้าสถิต เนื้อหาของมาตรฐานนี้คล้ายคลึงกับ ANSI/ESD S20.20 ในหลายประเทศ มาตรฐานนี้ได้รับการยอมรับให้เป็นมาตรฐานระดับชาติ
  • IPC-A-610 มาตรฐานนี้ครอบคลุมข้อกำหนดด้านการยอมรับสำหรับชุดประกอบผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ยังมีคำแนะนำเกี่ยวกับการจัดการชุดประกอบอิเล็กทรอนิกส์ และเน้นย้ำถึงความสำคัญของการป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ในระหว่างการทดสอบและการจัดการ
  • IPC J-STD-001 มาตรฐานทั่วไปของ IPC/JEDEC สำหรับขั้นตอนการบัดกรีและการประกอบ มาตรฐานนี้ประกอบด้วยข้อกำหนดสำหรับการรักษามาตรการความปลอดภัย ESD ในระหว่างการผลิตและการจัดการชิ้นส่วนที่บอบบาง
  • JEDEC JESD625-A กำหนดข้อกำหนดการจัดการสำหรับอุปกรณ์ที่ไวต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESDS) มาตรฐานนี้ส่วนใหญ่ใช้กับผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์และผู้จัดจำหน่ายส่วนประกอบ
  • IEC 61000-4-2 มาตรฐาน EMC ระดับระบบ กำหนดวิธีการทดสอบสำหรับภูมิคุ้มกันของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่อการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างการใช้งาน (การทดสอบ ESD ระดับผลิตภัณฑ์)
  • JEDEC/ESDA JS-001 และ JS-002 มาตรฐานร่วมของ JEDEC และสมาคม ESD กำหนดวิธีการทดสอบ HBM (JS-001) และ CDM (JS-002) มาตรฐานเหล่านี้มาแทนที่มาตรฐาน JESD22-A114 และ JESD22-C101 เดิม ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ใช้เอกสารเหล่านี้เพื่อจำแนกระดับภูมิคุ้มกัน ESD (เช่น HBM ประเภท 2 - 2kV)
  • ISO 10605 มาตรฐานการทดสอบ ESD สำหรับยานยนต์และส่วนประกอบยานยนต์ มาตรฐานนี้ค่อนข้างคล้ายคลึงกับ IEC 61000-4-2 แต่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับสภาพแวดล้อมยานยนต์ โดยมีระดับแรงดันไฟฟ้าและการตั้งค่าการทดสอบที่แตกต่างกันสำหรับทั้งปฏิสัมพันธ์ของมนุษย์และส่วนประกอบที่มีประจุไฟฟ้า

มาตรฐานที่ระบุไว้ข้างต้นเป็นเพียงตัวอย่างที่เลือกเท่านั้น ยังมีคำแนะนำเพิ่มเติมอีกมากมาย รวมถึงซีรีส์ ANSI/ESD S1-S20 เอกสารคำแนะนำ (เช่น ESD TR20.20) และมาตรฐานเฉพาะอุตสาหกรรมที่ใช้ในพื้นที่อื่นๆ

สรุป

การป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ได้อย่างมีประสิทธิภาพต้องอาศัยแนวทางที่ครอบคลุม ความเสี่ยงจาก ESD ต้องได้รับการพิจารณาตั้งแต่เนิ่นๆ ในขั้นตอนการออกแบบ ซึ่งรวมถึงการเลือกใช้ส่วนประกอบที่เหมาะสม การแยกความแตกต่างระหว่าง HBM/CDM และ IEC การออกแบบ PCB ที่แม่นยำ และการนำระบบป้องกันอินพุต/เอาต์พุตที่เหมาะสมมาใช้ ในการผลิต การปฏิบัติตามมาตรฐาน ANSI/ESD S20.20 หรือ IEC 61340-5-1 เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อลดความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหาย

โดยสรุป: "ต้องใช้สองสิ่งเพื่อสร้างการป้องกัน ESD ที่มีประสิทธิภาพ" — การป้องกัน ESD ที่มีประสิทธิภาพต้องอาศัยทั้งอุปกรณ์ที่มีการออกแบบที่ดีและกระบวนการผลิตที่มีการควบคุมอย่างเหมาะสม

ESD – การคายประจุไฟฟ้าสถิต: ปรากฏการณ์ ผลกระทบ และการป้องกัน

ค้นพบว่า ESD คืออะไร เกิดขึ้นได้อย่างไร และจะปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากผลกระทบที่เป็นอันตรายได้อย่างไร

นักเขียนบทความ
by 
นักเขียนบทความ
ESD – การคายประจุไฟฟ้าสถิต: ปรากฏการณ์ ผลกระทบ และการป้องกัน

ESD – การคายประจุไฟฟ้าสถิต: ปรากฏการณ์ ผลกระทบ และการป้องกัน

ค้นพบว่า ESD คืออะไร เกิดขึ้นได้อย่างไร และจะปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากผลกระทบที่เป็นอันตรายได้อย่างไร

การแนะนำ

การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงในหลายอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ การพิมพ์ วัสดุที่ติดไฟได้ และทุกที่ที่อาร์กไฟฟ้าขนาดเล็กสามารถ "เผาไหม้" บางสิ่งบางอย่างได้...

ปรากฏการณ์ ESD เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของวัสดุ (ฉนวนมีแนวโน้มที่จะเกิดไฟฟ้าสถิต) และความชื้นในอากาศ (ยิ่งความชื้นต่ำ ความเสี่ยงต่อการเกิด ESD ก็ยิ่งสูง) การจัดการปัญหานี้จำเป็นต้องอาศัยความพยายามที่เหมาะสมในด้านต่างๆ ต่อไปนี้:

  • การออกแบบผลิตภัณฑ์โดยคำนึงถึงการป้องกัน ESD
  • กระบวนการผลิต ซึ่งเหตุการณ์ ESD อาจเกิดขึ้นได้ในขั้นตอนการผลิตต่างๆ

บทความนี้กล่าวถึงปรากฏการณ์ ESD โดยมุ่งเน้นเฉพาะผลกระทบต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่าข้อมูลที่นำเสนอนี้ยังมีประโยชน์สำหรับอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกด้วย

ปรากฏการณ์ ESD

ESD เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการไหลของประจุไฟฟ้าสถิตอย่างรวดเร็วระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีศักย์ไฟฟ้าสถิตต่างกัน ปรากฏการณ์นี้มักเกิดขึ้นเมื่อวัตถุที่มีประจุหนึ่งเข้าใกล้กัน ทำให้เกิดประกายไฟเล็กๆ ระหว่างวัตถุทั้งสอง

ตัวอย่างที่พบบ่อยในชีวิตประจำวันคือ "ไฟฟ้าช็อต" ที่สามารถรู้สึกได้เมื่อสัมผัสลูกบิดประตูหลังจากเหยียบพรม "ไฟฟ้าช็อต" คือการคายประจุไฟฟ้าสถิตในรูปของประกายไฟ

ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม วัตถุต่างๆ เช่น สายพานลำเลียงที่กำลังเคลื่อนที่ ฟิล์มบรรจุภัณฑ์ เสื้อผ้าของคนงาน หรือผลิตภัณฑ์นั้นเอง (เช่น แผงวงจรพิมพ์ที่กำลังขนส่งบนสายการประกอบ) อาจมีประจุไฟฟ้าสถิตได้

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมกล่าวไว้ ESD ถูกกำหนดให้เป็น "การคายประจุไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันและเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติซึ่งเกิดจากสนามไฟฟ้าสถิตสูง"[1]

ประจุไฟฟ้าสถิตจะสะสมบนพื้นผิวเนื่องจากปรากฏการณ์ต่อไปนี้:

ปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริก

ปรากฏการณ์ที่พบบ่อยที่สุด ประจุไฟฟ้าไตรโบอิเล็กทริก หรือที่รู้จักกันในชื่อปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริก คือการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของวัสดุ เมื่อวัสดุสองชนิดสัมผัสกันแล้วแยกออกจากกัน ในระหว่างกระบวนการนี้ วัสดุชนิดหนึ่งจะได้รับอิเล็กตรอนส่วนเกิน ในขณะที่อีกชนิดหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนไป ส่งผลให้วัสดุชนิดแรกมีประจุลบ และวัสดุชนิดที่สองมีประจุบวก ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่

  • เลื่อน PCB บนโต๊ะ
  • เดินบนพรม
  • ติดตั้ง PCB ลงในเคสอุปกรณ์พลาสติก
  • ลอกฟิล์มป้องกันออกจากเคสอุปกรณ์
  • แรงเสียดทานระหว่างวัสดุ เสื้อผ้า บรรจุภัณฑ์ ฯลฯ

สัมผัส

ในบริบทของ ESD การเหนี่ยวนำเป็นปรากฏการณ์ที่ประจุไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นในตัวนำโดยไม่มีการสัมผัสทางกายภาพโดยตรงกับวัตถุที่มีประจุ แต่เป็นผลจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้าสถิตของวัตถุ

ตัวอย่างเช่น เมื่อวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสูงเข้าใกล้ตัวนำที่ไม่ได้ต่อลงกราวด์ (เช่น เครื่องมือโลหะ) สนามไฟฟ้าของวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าจะส่งผลกระทบต่ออิเล็กตรอนอิสระในตัวนำ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกแทนที่ ทำให้เกิดการสะสมประจุในบริเวณนั้น หากสัมผัสตัวนำที่มีประจุไฟฟ้า อาจเกิด ESD ได้

การโจมตีด้วยไอออน

ฟังดูเหมือนฉากในภาพยนตร์ไซไฟเลย :) ไอออนบอมบาร์ดเมนต์ (Ion bombardment) คือการค่อยๆ อัดประจุของวัสดุโดยการสะสมของไอออน (อนุภาคที่มีประจุ) บนพื้นผิวของวัสดุ ทำให้เกิดการถ่ายโอนประจุ ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ เช่น ในระหว่างการเคลือบหรือการผลิตสารกึ่งตัวนำ [2]

ผลกระทบจากไฟฟ้าสถิต

อุบัติเหตุ ESD อาจเกิดขึ้นได้ในระดับเล็กมาก — ต่ำกว่าเกณฑ์ความเสียหายที่กำหนด นอกจากนี้ยังอาจรุนแรงถึงขั้นทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติโดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายถาวร ในบางกรณี การปล่อยประจุไฟฟ้าอาจรุนแรงพอที่จะทำให้อุปกรณ์เสียหายได้ ในบางอุตสาหกรรม ESD ยังอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยต่อพนักงานหรือโครงสร้างพื้นฐานอีกด้วย

ขึ้นอยู่กับพลังงานของการคายประจุ สามารถแยกแยะผลกระทบ ESD ได้หลายประเภท:

  • ความล้มเหลวฉับพลัน (Instantaneous Failure) คือความล้มเหลวถาวรที่ส่งผลให้ชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์สูญเสียการใช้งานทันที หากเกิดขึ้นระหว่างการผลิต มักจะตรวจพบได้ระหว่างการตรวจสอบการผลิต
  • ความล้มเหลวแฝง ถือ เป็นความล้มเหลวประเภทร้ายแรง ส่วนประกอบอาจทำงานได้ตามปกติในช่วงแรกโดยมีความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยจากข้อกำหนด แต่เมื่อเวลาผ่านไป ความล้มเหลวจะรุนแรงขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวที่ไม่คาดคิดตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์
  • ESD แบบอ่อน เหตุการณ์ ESD อาจทำให้วงจรดิจิทัลหยุดชะงัก ซึ่งอาจแสดงอาการเป็นซอฟต์แวร์ขัดข้องหรือการทำงานลอจิกไม่ถูกต้อง เหตุการณ์ ESD เพียงเล็กน้อยอาจทำให้เกิด "latch lock" ซึ่งจะล็อกเกตลอจิก การหยุดชะงักเหล่านี้มักจะหายไปหลังจากการรีเซ็ตเครื่องและไม่ก่อให้เกิดความเสียหายถาวรต่อฮาร์ดแวร์
  • อันตรายด้านความปลอดภัย ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เคมีภัณฑ์ ปิโตรเคมี หรือเภสัชกรรม การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) อาจเป็นภัยคุกคามความปลอดภัยโดยตรง การคายประจุไฟฟ้าสถิตสามารถจุดติดไฟก๊าซ ฝุ่น ไอระเหยของเชื้อเพลิง หรือแม้แต่ทำให้เกิดการระเบิดของวัตถุได้ ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ การควบคุมไฟฟ้าสถิตอย่างเหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการป้องกันอุบัติเหตุร้ายแรง
  • ผลกระทบอื่นๆ ESD ยังส่งผลกระทบต่อกระบวนการทางเทคโนโลยีด้วย เช่น ทำให้กระดาษติดกัน ฝุ่นเกาะติดพื้นผิวแผ่นกระดาษในโรงพิมพ์ หรือรบกวนการทำงานของระบบควบคุมเครื่องจักรหรือระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมอื่นๆ

แบบจำลอง ESD

ปรากฏการณ์ ESD ที่เกิดขึ้นระหว่างการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ ได้รับการอธิบายด้วยแบบจำลองเฉพาะ แบบจำลองเหล่านี้ช่วยให้สามารถทดสอบความต้านทานของผลิตภัณฑ์หรือความไวของส่วนประกอบต่อ ESD หรือที่เรียกว่า ESDS (Electrostatic Discharge Sensitive) ได้ แบบจำลองต่อไปนี้ได้รับการพัฒนาขึ้น:

  • HBM (แบบจำลองร่างกายมนุษย์) แบบจำลองนี้จำลองตัวนำไฟฟ้าที่มีประจุ (รวมถึงบุคคล) ที่ปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตไปยังอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESDS) แบบจำลองนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการทดสอบความต้านทานไฟฟ้าสถิตของวงจรรวม และสะท้อนถึงสถานการณ์ทั่วไปในการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
  • CDM (รุ่นอุปกรณ์ชาร์จ) CDM จำลองสถานการณ์ที่อุปกรณ์ ESDS ที่มีประจุสัมผัสกับวัตถุนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการประกอบอัตโนมัติ อุปกรณ์จะเคลื่อนที่ผ่านเครื่องชาร์จที่หุ้มฉนวน ชาร์จประจุไฟฟ้า แล้วคายประจุอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ต่อสายดิน
  • MM (แบบจำลองเครื่องจักร) แบบจำลอง MM จำลองสถานการณ์ที่ส่วนประกอบสัมผัสกับเครื่องจักรหรือเครื่องมือที่มีประจุไฟฟ้า แบบจำลองนี้ใช้ตัวเก็บประจุ 200 pF โดยไม่มีตัวต้านทานจำกัดกระแส เนื่องจากการใช้งานจริงมีข้อจำกัด จึงไม่ค่อยได้ใช้ในปัจจุบัน และถูกแทนที่ด้วย HBM และ CDM เป็นส่วนใหญ่
  • IEC 61000-4-2 แบบจำลองที่กำหนดไว้ใน IEC 61000-4-2 แสดงถึงเหตุการณ์คายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ในสภาพแวดล้อมจริง เช่น เมื่อผู้ใช้สัมผัสพอร์ต USB แบบจำลองนี้ใช้เพื่อทดสอบภูมิคุ้มกันของระบบทั้งหมด (ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย)

ESD และการออกแบบผลิตภัณฑ์

จำเป็นต้องพิจารณาถึงการป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ตั้งแต่เนิ่นๆ ในขั้นตอนการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งสำคัญคือต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ (เช่น IEC 61000-4-2, EN 55024, ISO 10605 เป็นต้น) ประเด็นทั่วไปที่ควรพิจารณาประกอบด้วย:

  • การป้องกัน I/O ระดับระบบ ใช้อุปกรณ์ป้องกัน เช่น ไดโอด TVS, ไดโอดหนีบ หรือตัวเก็บประจุขนาดเล็กที่ขั้วอินพุต/เอาต์พุตของอินเทอร์เฟซภายนอก (USB, HDMI, อีเทอร์เน็ต, ขั้วต่อเสาอากาศ, พอร์ต GPIO ฯลฯ) ควรวางอุปกรณ์เหล่านี้ไว้ใกล้กับขั้วต่อให้มากที่สุด
  • การจัดวาง PCB ที่เหมาะสม ผลกระทบของ ESD ต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถลดลงได้อย่างมากโดยปฏิบัติตามคำแนะนำในการออกแบบสำหรับการเดินสายวงจรและการจัดวางส่วนประกอบบน PCB ซึ่งรวมถึงการลดความต้านทานของเส้นทางกราวด์ให้น้อยที่สุด การแยกวงจรที่ไวต่อไฟฟ้า การป้องกัน การใช้กราวด์ ESD และการเดินสายกราวด์ให้ห่างจากขอบหรือผนังตู้
  • การเลือกส่วนประกอบ ส่วนประกอบบางอย่าง เช่น อินเทอร์เฟซ I/O, CAN, RS485 ฯลฯ ควรเลือกตามความสามารถในการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) สิ่งสำคัญคือต้องแยกความแตกต่างระหว่างรุ่น HBM และ CDM ซึ่งคำนึงถึงความทนทานของส่วนประกอบแต่ละชิ้น กับรุ่น IEC 61000-4-2 ซึ่งจำลองเหตุการณ์ ESD ภายใต้สภาวะการใช้งานจริง
  • การป้องกัน การใช้วัสดุป้องกันโลหะและชั้นตัวนำบนสายเคเบิลหรือปลอกหุ้มที่มีฉนวนป้องกันมีประสิทธิภาพในการลดทั้งสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และผลกระทบจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) การออกแบบปลอกหุ้ม/ปลอกหุ้มต้องช่วยให้ประจุไฟฟ้าสถิตกระจายตัวไปยังศักย์อ้างอิง (ดิน) ได้อย่างรวดเร็วและควบคุมได้

ESD และกระบวนการผลิต

การป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESD) ที่มีประสิทธิภาพในกระบวนการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องอาศัยโปรแกรมควบคุมไฟฟ้าสถิต (ESD) ตามมาตรฐาน ANSI/ESD S20.20 (หรือ IEC 61340-5-1) ระบบนี้จะประกอบด้วยการป้องกันแบบรวม (เช่น พื้น) การป้องกันส่วนบุคคล (เช่น รองเท้า) การตรวจสอบ (การวัดไฟฟ้าสถิตเป็นระยะ) และการฝึกอบรมพนักงาน ประเด็นสำคัญประกอบด้วย:

  • การต่อสายดินบนพื้นผิวงาน เคาน์เตอร์ รถเข็น ชั้นวาง และพื้นผิวสัมผัสทั้งหมดต้องทำจากวัสดุที่ปลอดภัยต่อไฟฟ้าสถิต (ESD) และเชื่อมต่อกับจุดต่อสายดินด้วยตัวต้านทาน แรงดันไฟฟ้าบนพื้นผิวต้องไม่เกินขีดจำกัดที่กำหนด (โดยปกติคือ ±100V ลงกราวด์)
  • อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ส่วนบุคคล (ESD) วิธีแก้ปัญหาทั่วไป ได้แก่ สายรัดข้อมือป้องกันไฟฟ้าสถิตย์และรองเท้าป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ควรทดสอบอุปกรณ์ทั้งสองชนิดก่อนเข้าพื้นที่คุ้มครองไฟฟ้าสถิตย์ (EPA)
  • ใช้ภาชนะและถุงที่ปลอดภัยต่อไฟฟ้าสถิตย์ ส่วนประกอบที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตย์ทั้งหมดต้องจัดเก็บและขนส่งในบรรจุภัณฑ์ป้องกัน ไม่อนุญาตให้ใช้ถาดพลาสติกธรรมดา ถุงพลาสติกธรรมดา และโฟม
  • การตรวจสอบ ควรตรวจสอบความต้านทานพื้นผิวและความต้านทานดินเป็นระยะ ควรตรวจสอบรองเท้าและสายรัดข้อมือ ควรตรวจสอบวัสดุ บรรจุภัณฑ์ และเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการ และควรเก็บบันทึกการวัดเหล่านี้ไว้
  • การฝึกอบรมบุคลากร บุคลากรทุกคนที่มีหน้าที่รับผิดชอบอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESDS) ไม่ว่าจะอยู่ในบทบาทใด (ผู้ปฏิบัติงาน ช่างเทคนิค วิศวกร และพนักงานคลังสินค้า) จะต้องผ่านการฝึกอบรม ESD การฝึกอบรมต้องได้รับการบันทึกและปรับปรุงเป็นระยะ (เช่น ทุก 12 เดือน)

โปรแกรมป้องกัน ESD ที่สมบูรณ์ประกอบด้วยข้อกำหนดมากมาย ตัวอย่างเช่น ต้องมีการตรวจสอบและควบคุมความชื้นในสิ่งแวดล้อม และอาจจำเป็นต้องใช้เครื่องสร้างไอออนไนเซอร์ในบางส่วนของกระบวนการ

มาตรฐาน ESD ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

  • ANSI/ESD S20.20 มาตรฐานหลักที่พัฒนาโดยสมาคม ESD (ได้รับการรับรองให้เป็นมาตรฐาน ANSI) ซึ่งอธิบายหลักการของโครงการควบคุม ESD ขององค์กร มาตรฐานนี้กำหนดข้อกำหนดสำหรับเขตพื้นที่ของ EPA การต่อสายดิน เสื้อผ้าป้องกัน การฝึกอบรมพนักงาน การตรวจสอบ และอื่นๆ
  • IEC 61340-5-1 เป็นมาตรฐานสากล (IEC) ที่มุ่งเน้นการป้องกันไฟฟ้าสถิต เนื้อหาของมาตรฐานนี้คล้ายคลึงกับ ANSI/ESD S20.20 ในหลายประเทศ มาตรฐานนี้ได้รับการยอมรับให้เป็นมาตรฐานระดับชาติ
  • IPC-A-610 มาตรฐานนี้ครอบคลุมข้อกำหนดด้านการยอมรับสำหรับชุดประกอบผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ยังมีคำแนะนำเกี่ยวกับการจัดการชุดประกอบอิเล็กทรอนิกส์ และเน้นย้ำถึงความสำคัญของการป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ในระหว่างการทดสอบและการจัดการ
  • IPC J-STD-001 มาตรฐานทั่วไปของ IPC/JEDEC สำหรับขั้นตอนการบัดกรีและการประกอบ มาตรฐานนี้ประกอบด้วยข้อกำหนดสำหรับการรักษามาตรการความปลอดภัย ESD ในระหว่างการผลิตและการจัดการชิ้นส่วนที่บอบบาง
  • JEDEC JESD625-A กำหนดข้อกำหนดการจัดการสำหรับอุปกรณ์ที่ไวต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESDS) มาตรฐานนี้ส่วนใหญ่ใช้กับผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์และผู้จัดจำหน่ายส่วนประกอบ
  • IEC 61000-4-2 มาตรฐาน EMC ระดับระบบ กำหนดวิธีการทดสอบสำหรับภูมิคุ้มกันของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่อการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างการใช้งาน (การทดสอบ ESD ระดับผลิตภัณฑ์)
  • JEDEC/ESDA JS-001 และ JS-002 มาตรฐานร่วมของ JEDEC และสมาคม ESD กำหนดวิธีการทดสอบ HBM (JS-001) และ CDM (JS-002) มาตรฐานเหล่านี้มาแทนที่มาตรฐาน JESD22-A114 และ JESD22-C101 เดิม ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ใช้เอกสารเหล่านี้เพื่อจำแนกระดับภูมิคุ้มกัน ESD (เช่น HBM ประเภท 2 - 2kV)
  • ISO 10605 มาตรฐานการทดสอบ ESD สำหรับยานยนต์และส่วนประกอบยานยนต์ มาตรฐานนี้ค่อนข้างคล้ายคลึงกับ IEC 61000-4-2 แต่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับสภาพแวดล้อมยานยนต์ โดยมีระดับแรงดันไฟฟ้าและการตั้งค่าการทดสอบที่แตกต่างกันสำหรับทั้งปฏิสัมพันธ์ของมนุษย์และส่วนประกอบที่มีประจุไฟฟ้า

มาตรฐานที่ระบุไว้ข้างต้นเป็นเพียงตัวอย่างที่เลือกเท่านั้น ยังมีคำแนะนำเพิ่มเติมอีกมากมาย รวมถึงซีรีส์ ANSI/ESD S1-S20 เอกสารคำแนะนำ (เช่น ESD TR20.20) และมาตรฐานเฉพาะอุตสาหกรรมที่ใช้ในพื้นที่อื่นๆ

สรุป

การป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ได้อย่างมีประสิทธิภาพต้องอาศัยแนวทางที่ครอบคลุม ความเสี่ยงจาก ESD ต้องได้รับการพิจารณาตั้งแต่เนิ่นๆ ในขั้นตอนการออกแบบ ซึ่งรวมถึงการเลือกใช้ส่วนประกอบที่เหมาะสม การแยกความแตกต่างระหว่าง HBM/CDM และ IEC การออกแบบ PCB ที่แม่นยำ และการนำระบบป้องกันอินพุต/เอาต์พุตที่เหมาะสมมาใช้ ในการผลิต การปฏิบัติตามมาตรฐาน ANSI/ESD S20.20 หรือ IEC 61340-5-1 เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อลดความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหาย

โดยสรุป: "ต้องใช้สองสิ่งเพื่อสร้างการป้องกัน ESD ที่มีประสิทธิภาพ" — การป้องกัน ESD ที่มีประสิทธิภาพต้องอาศัยทั้งอุปกรณ์ที่มีการออกแบบที่ดีและกระบวนการผลิตที่มีการควบคุมอย่างเหมาะสม

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

ESD – การคายประจุไฟฟ้าสถิต: ปรากฏการณ์ ผลกระทบ และการป้องกัน

ESD – การคายประจุไฟฟ้าสถิต: ปรากฏการณ์ ผลกระทบ และการป้องกัน

ค้นพบว่า ESD คืออะไร เกิดขึ้นได้อย่างไร และจะปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากผลกระทบที่เป็นอันตรายได้อย่างไร

Lorem ipsum dolor amet consectetur adipiscing elit tortor massa arcu non.

การแนะนำ

การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงในหลายอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ การพิมพ์ วัสดุที่ติดไฟได้ และทุกที่ที่อาร์กไฟฟ้าขนาดเล็กสามารถ "เผาไหม้" บางสิ่งบางอย่างได้...

ปรากฏการณ์ ESD เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของวัสดุ (ฉนวนมีแนวโน้มที่จะเกิดไฟฟ้าสถิต) และความชื้นในอากาศ (ยิ่งความชื้นต่ำ ความเสี่ยงต่อการเกิด ESD ก็ยิ่งสูง) การจัดการปัญหานี้จำเป็นต้องอาศัยความพยายามที่เหมาะสมในด้านต่างๆ ต่อไปนี้:

  • การออกแบบผลิตภัณฑ์โดยคำนึงถึงการป้องกัน ESD
  • กระบวนการผลิต ซึ่งเหตุการณ์ ESD อาจเกิดขึ้นได้ในขั้นตอนการผลิตต่างๆ

บทความนี้กล่าวถึงปรากฏการณ์ ESD โดยมุ่งเน้นเฉพาะผลกระทบต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่าข้อมูลที่นำเสนอนี้ยังมีประโยชน์สำหรับอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกด้วย

ปรากฏการณ์ ESD

ESD เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการไหลของประจุไฟฟ้าสถิตอย่างรวดเร็วระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีศักย์ไฟฟ้าสถิตต่างกัน ปรากฏการณ์นี้มักเกิดขึ้นเมื่อวัตถุที่มีประจุหนึ่งเข้าใกล้กัน ทำให้เกิดประกายไฟเล็กๆ ระหว่างวัตถุทั้งสอง

ตัวอย่างที่พบบ่อยในชีวิตประจำวันคือ "ไฟฟ้าช็อต" ที่สามารถรู้สึกได้เมื่อสัมผัสลูกบิดประตูหลังจากเหยียบพรม "ไฟฟ้าช็อต" คือการคายประจุไฟฟ้าสถิตในรูปของประกายไฟ

ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม วัตถุต่างๆ เช่น สายพานลำเลียงที่กำลังเคลื่อนที่ ฟิล์มบรรจุภัณฑ์ เสื้อผ้าของคนงาน หรือผลิตภัณฑ์นั้นเอง (เช่น แผงวงจรพิมพ์ที่กำลังขนส่งบนสายการประกอบ) อาจมีประจุไฟฟ้าสถิตได้

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมกล่าวไว้ ESD ถูกกำหนดให้เป็น "การคายประจุไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันและเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติซึ่งเกิดจากสนามไฟฟ้าสถิตสูง"[1]

ประจุไฟฟ้าสถิตจะสะสมบนพื้นผิวเนื่องจากปรากฏการณ์ต่อไปนี้:

ปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริก

ปรากฏการณ์ที่พบบ่อยที่สุด ประจุไฟฟ้าไตรโบอิเล็กทริก หรือที่รู้จักกันในชื่อปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริก คือการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของวัสดุ เมื่อวัสดุสองชนิดสัมผัสกันแล้วแยกออกจากกัน ในระหว่างกระบวนการนี้ วัสดุชนิดหนึ่งจะได้รับอิเล็กตรอนส่วนเกิน ในขณะที่อีกชนิดหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนไป ส่งผลให้วัสดุชนิดแรกมีประจุลบ และวัสดุชนิดที่สองมีประจุบวก ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่

  • เลื่อน PCB บนโต๊ะ
  • เดินบนพรม
  • ติดตั้ง PCB ลงในเคสอุปกรณ์พลาสติก
  • ลอกฟิล์มป้องกันออกจากเคสอุปกรณ์
  • แรงเสียดทานระหว่างวัสดุ เสื้อผ้า บรรจุภัณฑ์ ฯลฯ

สัมผัส

ในบริบทของ ESD การเหนี่ยวนำเป็นปรากฏการณ์ที่ประจุไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นในตัวนำโดยไม่มีการสัมผัสทางกายภาพโดยตรงกับวัตถุที่มีประจุ แต่เป็นผลจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้าสถิตของวัตถุ

ตัวอย่างเช่น เมื่อวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสูงเข้าใกล้ตัวนำที่ไม่ได้ต่อลงกราวด์ (เช่น เครื่องมือโลหะ) สนามไฟฟ้าของวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าจะส่งผลกระทบต่ออิเล็กตรอนอิสระในตัวนำ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกแทนที่ ทำให้เกิดการสะสมประจุในบริเวณนั้น หากสัมผัสตัวนำที่มีประจุไฟฟ้า อาจเกิด ESD ได้

การโจมตีด้วยไอออน

ฟังดูเหมือนฉากในภาพยนตร์ไซไฟเลย :) ไอออนบอมบาร์ดเมนต์ (Ion bombardment) คือการค่อยๆ อัดประจุของวัสดุโดยการสะสมของไอออน (อนุภาคที่มีประจุ) บนพื้นผิวของวัสดุ ทำให้เกิดการถ่ายโอนประจุ ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ เช่น ในระหว่างการเคลือบหรือการผลิตสารกึ่งตัวนำ [2]

ผลกระทบจากไฟฟ้าสถิต

อุบัติเหตุ ESD อาจเกิดขึ้นได้ในระดับเล็กมาก — ต่ำกว่าเกณฑ์ความเสียหายที่กำหนด นอกจากนี้ยังอาจรุนแรงถึงขั้นทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติโดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายถาวร ในบางกรณี การปล่อยประจุไฟฟ้าอาจรุนแรงพอที่จะทำให้อุปกรณ์เสียหายได้ ในบางอุตสาหกรรม ESD ยังอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยต่อพนักงานหรือโครงสร้างพื้นฐานอีกด้วย

ขึ้นอยู่กับพลังงานของการคายประจุ สามารถแยกแยะผลกระทบ ESD ได้หลายประเภท:

  • ความล้มเหลวฉับพลัน (Instantaneous Failure) คือความล้มเหลวถาวรที่ส่งผลให้ชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์สูญเสียการใช้งานทันที หากเกิดขึ้นระหว่างการผลิต มักจะตรวจพบได้ระหว่างการตรวจสอบการผลิต
  • ความล้มเหลวแฝง ถือ เป็นความล้มเหลวประเภทร้ายแรง ส่วนประกอบอาจทำงานได้ตามปกติในช่วงแรกโดยมีความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยจากข้อกำหนด แต่เมื่อเวลาผ่านไป ความล้มเหลวจะรุนแรงขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวที่ไม่คาดคิดตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์
  • ESD แบบอ่อน เหตุการณ์ ESD อาจทำให้วงจรดิจิทัลหยุดชะงัก ซึ่งอาจแสดงอาการเป็นซอฟต์แวร์ขัดข้องหรือการทำงานลอจิกไม่ถูกต้อง เหตุการณ์ ESD เพียงเล็กน้อยอาจทำให้เกิด "latch lock" ซึ่งจะล็อกเกตลอจิก การหยุดชะงักเหล่านี้มักจะหายไปหลังจากการรีเซ็ตเครื่องและไม่ก่อให้เกิดความเสียหายถาวรต่อฮาร์ดแวร์
  • อันตรายด้านความปลอดภัย ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เคมีภัณฑ์ ปิโตรเคมี หรือเภสัชกรรม การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) อาจเป็นภัยคุกคามความปลอดภัยโดยตรง การคายประจุไฟฟ้าสถิตสามารถจุดติดไฟก๊าซ ฝุ่น ไอระเหยของเชื้อเพลิง หรือแม้แต่ทำให้เกิดการระเบิดของวัตถุได้ ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ การควบคุมไฟฟ้าสถิตอย่างเหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการป้องกันอุบัติเหตุร้ายแรง
  • ผลกระทบอื่นๆ ESD ยังส่งผลกระทบต่อกระบวนการทางเทคโนโลยีด้วย เช่น ทำให้กระดาษติดกัน ฝุ่นเกาะติดพื้นผิวแผ่นกระดาษในโรงพิมพ์ หรือรบกวนการทำงานของระบบควบคุมเครื่องจักรหรือระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมอื่นๆ

แบบจำลอง ESD

ปรากฏการณ์ ESD ที่เกิดขึ้นระหว่างการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ ได้รับการอธิบายด้วยแบบจำลองเฉพาะ แบบจำลองเหล่านี้ช่วยให้สามารถทดสอบความต้านทานของผลิตภัณฑ์หรือความไวของส่วนประกอบต่อ ESD หรือที่เรียกว่า ESDS (Electrostatic Discharge Sensitive) ได้ แบบจำลองต่อไปนี้ได้รับการพัฒนาขึ้น:

  • HBM (แบบจำลองร่างกายมนุษย์) แบบจำลองนี้จำลองตัวนำไฟฟ้าที่มีประจุ (รวมถึงบุคคล) ที่ปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตไปยังอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESDS) แบบจำลองนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการทดสอบความต้านทานไฟฟ้าสถิตของวงจรรวม และสะท้อนถึงสถานการณ์ทั่วไปในการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
  • CDM (รุ่นอุปกรณ์ชาร์จ) CDM จำลองสถานการณ์ที่อุปกรณ์ ESDS ที่มีประจุสัมผัสกับวัตถุนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการประกอบอัตโนมัติ อุปกรณ์จะเคลื่อนที่ผ่านเครื่องชาร์จที่หุ้มฉนวน ชาร์จประจุไฟฟ้า แล้วคายประจุอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ต่อสายดิน
  • MM (แบบจำลองเครื่องจักร) แบบจำลอง MM จำลองสถานการณ์ที่ส่วนประกอบสัมผัสกับเครื่องจักรหรือเครื่องมือที่มีประจุไฟฟ้า แบบจำลองนี้ใช้ตัวเก็บประจุ 200 pF โดยไม่มีตัวต้านทานจำกัดกระแส เนื่องจากการใช้งานจริงมีข้อจำกัด จึงไม่ค่อยได้ใช้ในปัจจุบัน และถูกแทนที่ด้วย HBM และ CDM เป็นส่วนใหญ่
  • IEC 61000-4-2 แบบจำลองที่กำหนดไว้ใน IEC 61000-4-2 แสดงถึงเหตุการณ์คายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ในสภาพแวดล้อมจริง เช่น เมื่อผู้ใช้สัมผัสพอร์ต USB แบบจำลองนี้ใช้เพื่อทดสอบภูมิคุ้มกันของระบบทั้งหมด (ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย)

ESD และการออกแบบผลิตภัณฑ์

จำเป็นต้องพิจารณาถึงการป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ตั้งแต่เนิ่นๆ ในขั้นตอนการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งสำคัญคือต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ (เช่น IEC 61000-4-2, EN 55024, ISO 10605 เป็นต้น) ประเด็นทั่วไปที่ควรพิจารณาประกอบด้วย:

  • การป้องกัน I/O ระดับระบบ ใช้อุปกรณ์ป้องกัน เช่น ไดโอด TVS, ไดโอดหนีบ หรือตัวเก็บประจุขนาดเล็กที่ขั้วอินพุต/เอาต์พุตของอินเทอร์เฟซภายนอก (USB, HDMI, อีเทอร์เน็ต, ขั้วต่อเสาอากาศ, พอร์ต GPIO ฯลฯ) ควรวางอุปกรณ์เหล่านี้ไว้ใกล้กับขั้วต่อให้มากที่สุด
  • การจัดวาง PCB ที่เหมาะสม ผลกระทบของ ESD ต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถลดลงได้อย่างมากโดยปฏิบัติตามคำแนะนำในการออกแบบสำหรับการเดินสายวงจรและการจัดวางส่วนประกอบบน PCB ซึ่งรวมถึงการลดความต้านทานของเส้นทางกราวด์ให้น้อยที่สุด การแยกวงจรที่ไวต่อไฟฟ้า การป้องกัน การใช้กราวด์ ESD และการเดินสายกราวด์ให้ห่างจากขอบหรือผนังตู้
  • การเลือกส่วนประกอบ ส่วนประกอบบางอย่าง เช่น อินเทอร์เฟซ I/O, CAN, RS485 ฯลฯ ควรเลือกตามความสามารถในการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) สิ่งสำคัญคือต้องแยกความแตกต่างระหว่างรุ่น HBM และ CDM ซึ่งคำนึงถึงความทนทานของส่วนประกอบแต่ละชิ้น กับรุ่น IEC 61000-4-2 ซึ่งจำลองเหตุการณ์ ESD ภายใต้สภาวะการใช้งานจริง
  • การป้องกัน การใช้วัสดุป้องกันโลหะและชั้นตัวนำบนสายเคเบิลหรือปลอกหุ้มที่มีฉนวนป้องกันมีประสิทธิภาพในการลดทั้งสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และผลกระทบจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) การออกแบบปลอกหุ้ม/ปลอกหุ้มต้องช่วยให้ประจุไฟฟ้าสถิตกระจายตัวไปยังศักย์อ้างอิง (ดิน) ได้อย่างรวดเร็วและควบคุมได้

ESD และกระบวนการผลิต

การป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESD) ที่มีประสิทธิภาพในกระบวนการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องอาศัยโปรแกรมควบคุมไฟฟ้าสถิต (ESD) ตามมาตรฐาน ANSI/ESD S20.20 (หรือ IEC 61340-5-1) ระบบนี้จะประกอบด้วยการป้องกันแบบรวม (เช่น พื้น) การป้องกันส่วนบุคคล (เช่น รองเท้า) การตรวจสอบ (การวัดไฟฟ้าสถิตเป็นระยะ) และการฝึกอบรมพนักงาน ประเด็นสำคัญประกอบด้วย:

  • การต่อสายดินบนพื้นผิวงาน เคาน์เตอร์ รถเข็น ชั้นวาง และพื้นผิวสัมผัสทั้งหมดต้องทำจากวัสดุที่ปลอดภัยต่อไฟฟ้าสถิต (ESD) และเชื่อมต่อกับจุดต่อสายดินด้วยตัวต้านทาน แรงดันไฟฟ้าบนพื้นผิวต้องไม่เกินขีดจำกัดที่กำหนด (โดยปกติคือ ±100V ลงกราวด์)
  • อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ส่วนบุคคล (ESD) วิธีแก้ปัญหาทั่วไป ได้แก่ สายรัดข้อมือป้องกันไฟฟ้าสถิตย์และรองเท้าป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ควรทดสอบอุปกรณ์ทั้งสองชนิดก่อนเข้าพื้นที่คุ้มครองไฟฟ้าสถิตย์ (EPA)
  • ใช้ภาชนะและถุงที่ปลอดภัยต่อไฟฟ้าสถิตย์ ส่วนประกอบที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตย์ทั้งหมดต้องจัดเก็บและขนส่งในบรรจุภัณฑ์ป้องกัน ไม่อนุญาตให้ใช้ถาดพลาสติกธรรมดา ถุงพลาสติกธรรมดา และโฟม
  • การตรวจสอบ ควรตรวจสอบความต้านทานพื้นผิวและความต้านทานดินเป็นระยะ ควรตรวจสอบรองเท้าและสายรัดข้อมือ ควรตรวจสอบวัสดุ บรรจุภัณฑ์ และเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการ และควรเก็บบันทึกการวัดเหล่านี้ไว้
  • การฝึกอบรมบุคลากร บุคลากรทุกคนที่มีหน้าที่รับผิดชอบอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESDS) ไม่ว่าจะอยู่ในบทบาทใด (ผู้ปฏิบัติงาน ช่างเทคนิค วิศวกร และพนักงานคลังสินค้า) จะต้องผ่านการฝึกอบรม ESD การฝึกอบรมต้องได้รับการบันทึกและปรับปรุงเป็นระยะ (เช่น ทุก 12 เดือน)

โปรแกรมป้องกัน ESD ที่สมบูรณ์ประกอบด้วยข้อกำหนดมากมาย ตัวอย่างเช่น ต้องมีการตรวจสอบและควบคุมความชื้นในสิ่งแวดล้อม และอาจจำเป็นต้องใช้เครื่องสร้างไอออนไนเซอร์ในบางส่วนของกระบวนการ

มาตรฐาน ESD ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

  • ANSI/ESD S20.20 มาตรฐานหลักที่พัฒนาโดยสมาคม ESD (ได้รับการรับรองให้เป็นมาตรฐาน ANSI) ซึ่งอธิบายหลักการของโครงการควบคุม ESD ขององค์กร มาตรฐานนี้กำหนดข้อกำหนดสำหรับเขตพื้นที่ของ EPA การต่อสายดิน เสื้อผ้าป้องกัน การฝึกอบรมพนักงาน การตรวจสอบ และอื่นๆ
  • IEC 61340-5-1 เป็นมาตรฐานสากล (IEC) ที่มุ่งเน้นการป้องกันไฟฟ้าสถิต เนื้อหาของมาตรฐานนี้คล้ายคลึงกับ ANSI/ESD S20.20 ในหลายประเทศ มาตรฐานนี้ได้รับการยอมรับให้เป็นมาตรฐานระดับชาติ
  • IPC-A-610 มาตรฐานนี้ครอบคลุมข้อกำหนดด้านการยอมรับสำหรับชุดประกอบผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ยังมีคำแนะนำเกี่ยวกับการจัดการชุดประกอบอิเล็กทรอนิกส์ และเน้นย้ำถึงความสำคัญของการป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ในระหว่างการทดสอบและการจัดการ
  • IPC J-STD-001 มาตรฐานทั่วไปของ IPC/JEDEC สำหรับขั้นตอนการบัดกรีและการประกอบ มาตรฐานนี้ประกอบด้วยข้อกำหนดสำหรับการรักษามาตรการความปลอดภัย ESD ในระหว่างการผลิตและการจัดการชิ้นส่วนที่บอบบาง
  • JEDEC JESD625-A กำหนดข้อกำหนดการจัดการสำหรับอุปกรณ์ที่ไวต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESDS) มาตรฐานนี้ส่วนใหญ่ใช้กับผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์และผู้จัดจำหน่ายส่วนประกอบ
  • IEC 61000-4-2 มาตรฐาน EMC ระดับระบบ กำหนดวิธีการทดสอบสำหรับภูมิคุ้มกันของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่อการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตระหว่างการใช้งาน (การทดสอบ ESD ระดับผลิตภัณฑ์)
  • JEDEC/ESDA JS-001 และ JS-002 มาตรฐานร่วมของ JEDEC และสมาคม ESD กำหนดวิธีการทดสอบ HBM (JS-001) และ CDM (JS-002) มาตรฐานเหล่านี้มาแทนที่มาตรฐาน JESD22-A114 และ JESD22-C101 เดิม ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ใช้เอกสารเหล่านี้เพื่อจำแนกระดับภูมิคุ้มกัน ESD (เช่น HBM ประเภท 2 - 2kV)
  • ISO 10605 มาตรฐานการทดสอบ ESD สำหรับยานยนต์และส่วนประกอบยานยนต์ มาตรฐานนี้ค่อนข้างคล้ายคลึงกับ IEC 61000-4-2 แต่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับสภาพแวดล้อมยานยนต์ โดยมีระดับแรงดันไฟฟ้าและการตั้งค่าการทดสอบที่แตกต่างกันสำหรับทั้งปฏิสัมพันธ์ของมนุษย์และส่วนประกอบที่มีประจุไฟฟ้า

มาตรฐานที่ระบุไว้ข้างต้นเป็นเพียงตัวอย่างที่เลือกเท่านั้น ยังมีคำแนะนำเพิ่มเติมอีกมากมาย รวมถึงซีรีส์ ANSI/ESD S1-S20 เอกสารคำแนะนำ (เช่น ESD TR20.20) และมาตรฐานเฉพาะอุตสาหกรรมที่ใช้ในพื้นที่อื่นๆ

สรุป

การป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ได้อย่างมีประสิทธิภาพต้องอาศัยแนวทางที่ครอบคลุม ความเสี่ยงจาก ESD ต้องได้รับการพิจารณาตั้งแต่เนิ่นๆ ในขั้นตอนการออกแบบ ซึ่งรวมถึงการเลือกใช้ส่วนประกอบที่เหมาะสม การแยกความแตกต่างระหว่าง HBM/CDM และ IEC การออกแบบ PCB ที่แม่นยำ และการนำระบบป้องกันอินพุต/เอาต์พุตที่เหมาะสมมาใช้ ในการผลิต การปฏิบัติตามมาตรฐาน ANSI/ESD S20.20 หรือ IEC 61340-5-1 เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อลดความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหาย

โดยสรุป: "ต้องใช้สองสิ่งเพื่อสร้างการป้องกัน ESD ที่มีประสิทธิภาพ" — การป้องกัน ESD ที่มีประสิทธิภาพต้องอาศัยทั้งอุปกรณ์ที่มีการออกแบบที่ดีและกระบวนการผลิตที่มีการควบคุมอย่างเหมาะสม