ไฟฟ้าสถิตคืออะไร / ESD คืออะไร

ไฟฟ้าสถิต (Static electricity หรือ Electrostatic Charges)

เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด การผลักกัน และเกิดประกายไฟ

ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นได้อย่างไร

-การขัดสีหรือการถู

-การแตะหรือการสัมผัส

-การเหนี่ยวนำ

การขัดสี

1.การขัดสีหรือการถู เกิดจากการนำวัตถุ 2 ชนิดมาขัดสีหรือถูกัน จะทำให้มีการถ่ายเทของประจุไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) ระหว่างวัตถุทั้งสอง วัตถุใดสูญเสียอิเล็กตรอนไปวัตถุนั้นจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ส่วนวัตถุที่ได้รับอิเล็กตรอนมาจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ในการขัดสีหรือถูจำนวนประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัตถุทั้งสองมีขนาดเท่ากัน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นชนิดตรงข้าม

การแตะหรือการสัมผัส

2.การแตะหรือสัมผัส โดยการนำวัตถุที่มีอำนาจทางไฟฟ้าไปแตะหรือสัมผัสกับวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ทำให้มีการถ่ายเทของอิเล็กตรอน จนกระทั่งวัตถุทั้งสองมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันจึงหยุดการถ่ายเท หลังการสัมผัสหรือการแตะจะทำให้วัตถุซึ่งเดิมเป็นกลางจะมีประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกับประจุไฟฟ้าของวัตถุที่นำมาแตะ โดยขนาดของประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้า (เดิม) จะมีค่าเท่ากับขนาดประจุไฟฟ้าที่ลดลงของวัตถุที่นำมาแตะ

การเหนี่ยวนำ

3.โดยการเหนี่ยวนำ โดยการนำวัตถุซึ่งมีประจุไฟฟ้าเข้าไปใกล้ๆ วัตถุที่เป็นกลาง (แต่ไม่แตะ) จะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำให้ประจุไฟฟ้าที่อยู่ในวัตถุที่เป็นกลางเกิดการจัดเรียงตัวใหม่ เนื่องจากแรงทางคูลอมบ์ เป็นผลทำให้วัตถุที่เป็นกลางจะมีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น

ESD คืออะไร 

การถ่ายเทประจุไฟฟ้า (Electrostatic Discharge)

คือการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุ 2 ชนิดไม่เท่ากัน

ESD (Electrostatic Discharge) เป็นสิ่งที่สามารถทำลายส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้าเล็กๆ สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือจะเกิดปัญหาในด้านความแน่นอนในการทำงานของอุปกรณ์โดยรวม (Reliability problem) ซึ่ง ESD นี้จะเกิดขึ้นได้ที่หลายขั้นตอนในการผลิต เช่นประกอบ การจับถือ การใช้งานในภาคสนาม เป็นต้น

ESD เกิดขึ้นจากการสะสมประจุบนพื้นผิวของชิ้นงาน ประจุที่เกิดขึ้นนี้อาจจะเกิดจากกระบวนการเสียดสีระหว่างวัสดุ (Triboelectric effect การเกิดไฟฟ้าสถิต) เมื่อเกิดการสะสมของประจุ สิ่งที่ตามมาคือ พื้นผิวทั้งสองจะมีศักย์ไฟฟ้าที่ต่างกัน และหากพื้นผิวสองชนิดมาสัมผัสกันจะเกิดการถ่ายเทของประจุ (คืออิเล็กตรอน) ทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลเป็นปริมาณ

I = dq / dt 

***ยิ่งมีการถ่ายเทประจุเร็วเท่าไรปริมาณกระแสก็จะมีค่ามากยิ่งขึ้นเท่านั้น***

ผลกระทบจากการเกิด ESD

ทำลายชิ้นส่วนอุปกรณ์

ความเสียหายจาก ESD เกิดเนื่องจากการถ่ายเทประจุไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว (ซึ่งอาจจะมีการกระโดดของกระแสไฟ เรียกว่า Spark เกิดขึ้นด้วย) ระหว่างวัตถุที่มีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน (คือมีประจุต่างกัน) โดยทั่วไปเราสนใจ ESD สองประเภทคือ HBM (Human Body Model) และ CDM (Charge Device Model) อุปกรณ์ของเราจะเสียหายเนื่องจาก ESD เมื่อวัสดุที่เป็นฉนวน (โดยทั่วๆ ไปคือออกไซด์) ไม่สามารถทนต่อความต่างศักย์ ทำให้ตัวมันเกิดความเสียหายและหมดสภาพของความเป็นฉนวน และทำให้เกิดการนำกระแสระหว่าง Layer สองชั้นได้

ตัวอย่างความเสียหายอันเนื่องจาก ESD คือ

1.เกิดการ Breakdown ของฉนวนซึ่งโดยทั่วไปสร้างมาจากออกไซด์

2.Threshold Voltage ที่ทำให้ทรานซิสเตอร์เริ่มทำงานหรือหยุดทำงาน (Gate turn-off or turn-on VT) เปลี่ยนแปลงไป

3.คุณสมบัติด้านกระแส-ศักดา (I-V characteristic) ของรอยต่อ PN เลวลง

4.หากรุนแรง สามารถทำความเสียหายให้กับ Metal line ได้ด้วย

การเกิดไฟฟ้าสถิตบนตัวนำและฉนวน

     >>>>>>>    

เมื่อนำประจุไฟฟ้าบวกเข้ามาใกล้ๆ แท่งตัวนำ จะทำให้เกิดแรงดูดกับอิเล็กตรอนในแท่งตัวนำ ทำให้อิเล็กตรอนในแท่งตัวนำเกิดการเคลื่อนที่ จากปลายด้านหนึ่งไปยังปลายด้านใกล้ประจุบวกที่มาเหนี่ยวนำ ทำให้ปลายด้านใกล้จะมีอิเล็กตรอนมากกว่าปกติ ขณะที่ปลายด้านไกลจะมีประจุบวกมากกว่าปกติ

การเกิดไฟฟ้าสถิตบนตัวนำและฉนวน

     >>>>>>>>>>> 

ทางซ้ายมือเป็นการเหนี่ยวนำฉนวนไฟฟ้า ซึ่งปกติก็จะเป็นกลางทางไฟฟ้า (มีอิเล็กตรอนเท่ากับประจุบวก) เมื่อเอาประจุบวกมาเหนี่ยวนำ จะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากด้านหนึ่งของอะตอมไปยังด้านตรงข้ามของอะตอมนั้น ไม่ได้เคลื่อนที่ไปยังปลายด้านตรงกันข้ามแบบตัวนำ จึงไม่ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้มาก เป็นผลทำให้อะตอมนั้นก็ยังคงเป็นกลางทางไฟฟ้าเช่นเดิม (ประจุไม่ได้แยกออกจากกัน)

ดังนั้น ถ้าเราให้ประจุไฟฟ้าแก่ฉนวน ประจุจะไม่เคลื่อนที่ไปจากเดิม (คงอยู่ที่เดิม)

 

Link สินค้า : เครื่องวัดไฟฟ้าสถิต ESD Meter