Статическое электричество
Атом любого вещества состоит из положительно заряженного ядра и окружающей его электронной оболочки, имеющей отрицательный заряд. Ядро, в свою очередь, состоит из протонов, имеющих положительный заряд, и нейтронов, нейтральных в электрическом отношении. По абсолютной величине, как заряд протона, так и электрона равен минимально возможному электрическому заряду элементарному заряду), составляющему 1,6021×10-19 Кл. Каждый атом имеет равное количество протонов и электронов и поэтому нейтрален в электрическом отношении. К атому, однако, может присоединиться один или несколько электронов. Наоборот, электрон или несколько электронов могут отделиться от атома. В любом из этих вариантов атом теряет электронейтральность. Атом, или группу атомов, которые приобрели, или потеряли определенное количество электронов, называют соответственно отрицательным или положительным ионом. Взаимодействие двух неподвижных точечных зарядов определяется законом Кулона: сила электростатического взаимодействия между двумя зарядами прямо пропорциональна значениям этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Заряды, имеющие одинаковый знак, отталкиваются друг от друга, а имеющие разные знаки- притягиваются. Если имеется несколько зарядов, то сила, действующая на один заряд, подсчитывается путем сложения воздействий всех зарядов. Вокруг каждого заряда или группы зарядов образуется электрическое поле, причём действие этих зарядов на отдаленные объекты проявляется как воздействие этого поля . Если в группу таких зарядов внести зарядq, то на него будет действовать силаF, прямо пропорциональная заряду q. При этом напряженность электростатического поля Е в точке, где находится заряд q, можно описать выражением: F E q = (1.1) Определение напряженности поля подобным образом предполагает, что заряд q является достаточно малым и не нарушает установившееся расположение остальных зарядов. Если заряд q является положительным, то сила, действующая на него, имеет то же направление, что и электростатическое поле, а если заряд отрицательный, то направление будет противоположным направлению поля. Таким образом, если в зоне действия поля имеются положительные и отрицательные ионы, то это поле действует на них в противоположных направлениях. Происходит поляризация зарядов. Заряды в проводниках переносится электронами, которые свободно переходят от одного атома к другому. Протоны, в свою очередь, не могут передвигаться, если атомы остаются неподвижными. В твердых веществах, где атомы только совершают колебания относительно своего фиксированного положения и не могутсвободно перемещаться, ионы переносить заряды, естественно, не могут. В жидкостях и газах могут перемещаться, перенося заряд, как электроны, так и ионы. Под действием силы взаимодействия заряд, состоящий из многих электронов, передвигается и проявляется только на поверхности твердого заряженного предмета, концентрируясь на углах и других заостренных частях этого предмета. Электрический заряд обладает определенной потенциальной энергией в каждой точке электрического поля. Если изолированный предмет, обладающий свойством электропроводимости, получает определенный заряд, то его потенциал повышается. Емкость представляет собой коэффициент пропорциональности между напряжением и зарядом. Связь между зарядом, емкостью и напряжением выражается следующим образом: Q C U= × (1.2) где Q - заряд, Кл; C - емкость, Ф; U - напряжение, В.
лектрические заряды в материалах могут возникать при разрыве контакта между ними, при деформации материалов, при их трении друг о друга, Кроме того, они могут возникать при получении этих материалов, их переработке и эксплуатации. Возникновение зарядов при разрыве контакта. При соприкосновении двух тел (контакте) происходит перераспределение зарядов, и, когда тела разъединяются, это неравномерное распределение зарядов на них сохраняетсярис. 1.1). Материал, который теряет электроны, становится положительно заряженным, а материал, их получающий – отрицательно заряженным.
Чаще всего эти заряды сами по себе постепенно разряжаются, и их присутствие остается незаметным. Но при определенных условиях заряд остается в предметах и даже может накапливаться. Тогда в них образуется статическое электричество, интенсивность которого зависит, в первую очередь, от сочетания предметов, находившихся в контакте, электропроводности материалов, размера и количества точек соприкосновения, а также от скорости разъединения предметов. Процесс возникновения и дальнейшего накопления электрических зарядов в материале называется электризацией этого материала. Возникновение зарядов при трении. Образование электрических зарядов в материалах происходит также при их трении друг о друга. При этом вследствие неровностей поверхностей контактирующих материалов на отдельных участках при перемещении этих материалов имеет место последовательный многократный контакт и разрыв контакта, сопровождающийся электризацией материалов. Это явление называется трибоэлектрическим эффектом. Для оценки того, как будут заряжаться материалы при их трении друг о друга их обычно располагают в трибоэлектрический ряд. В этом ряду материалы, стоящие ближе к минусу, будут приобретать отрицательный заряд по отношению к материалу, стоящему ближе к плюсу. Согласно правилу
----
Повседневное явление называемое электростатическим разрядом (ESD – Electro Static Discharge). Возникает в результате скопления положительно заряженных частиц на поверхности объекта. При передачи электрического заряда между любыми двумя объектами к примеру при трении синтетических поверхностей, поверхностей ПВХ плёнки. Наиболее распространенной причиной является отсутствие заземления между двумя разнородными материалами, вызывающее накопление электрических зарядов на их поверхностях. Не редкое явление, когда одной из поверхностей является человеческое тело. Типичным примером этого является статический разряд, который человек испытывает после прогулки по ковру при последующем прикосновении к металлическому объекту. Разряд сопровождается болезненным ощущением в точке контакта и, как правило, сопровождается небольшими искрами и щелчками, при этом величина потенциала может достигать 15 кВ. И если разряд в 6 кВ является болезненным для человека, то более низкие значения хоть и могут остаться незамеченными, но все же способны вызвать необратимые повреждения электронных компонентов и схем или привести к появлению скрытых и плавающих дефектов, которые проявят себя не сразу, во время эксплуатации устройства. Таким образом, явление ESD представляют серьезную угрозу для электронных устройств, в которых отсутствует защита ESD. Технологическая возможность применения определенных средств защиты для уменьшения или устранения их воздействия существует не один десяток лет спасая 1000 единиц электронных устройств от этого феномена.
Отличием ESD от других переходных процессов, таких как переключения, различные коммутационные замыкания и прочее, является крайне малое время переходного процесса: нарастание электростатического разряда происходит менее чем за 1 наносекунду, в то время как время достижения пика у большинства наиболее типичных переходных процессов составляет более 1 микросекунды.
Стандарты ESD
На сегодняшний день существует несколько стандартов по защите от ESD, которые чаще всего используют производители: EN100015, EN61340-5-1 и ANSI/ESD 20:20. Стандарт EN61340-5-1 сейчас вытеснил EN100015 и является основным стандартом в Европе. Стандарт ANSI/ESD 20:20 используется в основном в Северной Америке. Многие производители работают как с EN61340-5-1, так и с ESD20: 20 (оба стандарта в значительной степени совместимы), а иногда пользуются и другими стандартами.
В РФ действуют стандарты, утвержденные Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии и разработанные в 2009 году на базе EN61340-5-1 российским техническим комитетом ТК072 «Электростатика». Это ГОСТ Р 53734.5.1-2009 «Электростатика. Часть 5-1: Защита электронных устройств от электростатических явлений. Общие требования» и ГОСТ Р 53734.5.2-2009 «Электростатика. Часть 5-2: Защита электронных устройств от электростатических явлений. Руководство пользователя».
