Jak funguje elektrostatický výboj?

Elektrostatický výboj (ESD) je jedním z největších neviditelných nepřátel elektronického průmyslu. I velmi malý výboj může způsobit vážné poškození součástek. Pochopení jeho principu je základem účinné ochrany.

Co je elektrostatický výboj?

ESD (Electrostatic Discharge) je náhlý přenos elektrického náboje mezi dvěma objekty s rozdílným potenciálem. Má-li jeden přebytek elektronů a druhý nedostatek, vznikne mezi nimi napěťový rozdíl, který se při přiblížení nebo dotyku vyrovná krátkým výbojem.

Jak ESD vzniká?

1. Vznik náboje

Chůzí, třením oděvu, manipulací s plasty či pohybem židle se na povrchu hromadí náboj. Podrobně v článku jak vzniká statická elektřina.

2. Nahromadění napětí

Není-li náboj odváděn, roste napětí — chůze po koberci až 35 000 V, manipulace s plastem až 7 000 V, sezení na běžné židli až 18 000 V. Proud bývá malý, napětí však extrémně vysoké.

3. Výboj

Přiblížením k vodivému předmětu dojde k rychlému vyrovnání potenciálu — jiskra, proudový impuls a elektromagnetické pole. Tento okamžik poškozuje součástky.

Proč je ESD problém pro elektroniku?

Moderní procesory, paměti, FPGA, MOSFET tranzistory či senzory mohou být poškozeny už při 30, 50 nebo 100 V. Člověk přitom zaznamená výboj až kolem 3 000 V — součástku lze poškodit, aniž by si toho pracovník všiml.

Modely elektrostatického výboje

HBM – Human Body Model

Simuluje výboj z lidského těla; nejčastější typ ESD události ve výrobě (např. uchopení obvodu bez uzemnění).

CDM – Charged Device Model

Součástka sama nese náboj a vybije se; dnes velmi důležitý u moderních integrovaných obvodů.

MM – Machine Model

Simuluje výboj z kovového zařízení nebo stroje; dnes méně významný než HBM a CDM.

Jaké škody ESD způsobí?

Katastrofické (okamžité selhání), latentní (selhání až po týdnech či měsících — nejnebezpečnější) a částečné (zhoršené parametry, nižší životnost). Více v článku co je ESD.

Jak výboji zabránit?

Uzemněním pracovníků (ESD náramky, ESD obuv), ESD pracovními plochami, ESD podlahami, ESD obaly (stínící sáčky) a ionizátory.

Co je EPA zóna?

EPA (Electrostatic Protected Area) je prostor navržený tak, aby se riziko ESD minimalizovalo. Pravidla stanovuje norma ČSN EN 61340-5-1.

Závěr

Elektrostatický výboj je přirozený jev se zásadním dopadem na kvalitu a spolehlivost elektroniky. Kombinace uzemnění, ESD vybavení a dobře navrženého EPA pracoviště riziko poškození výrazně snižuje.