Electrostic Discharge sensitive ( ESDS ) Device

Pengenalan  Listrik  statik ( Electro static )

Dalam  dunia elektronika khususnya di manufacturing PCB , istilah listrik statis dan ESD  sudah tiadak begitu asing ditelinga.  Pelepasan muatan listrik statis dapat menyebabkan kerusakan komponen elektronika, menarik  kontaminant dalam  clean room atau kontaminant bisa  menempel pada produk jadi.

Dalam produksi barang elektronika, kerusakan komponen karena elektro statis cukup tinggi. Jika dihubungkan dengan kerugian akibat repair  dan rework, maka disamping harga component sebagai bahan perhitungan, maka perlu juga diperhatikan masalah shiiping, dan labour cost. Sehingga dampak kerugian akibat kurang terkontrolnya ESD sangat besar. Karena itu banyak sekali perusahaan yang bergerak dibidang elektronika sangat concerned untuk mengurangi kerugian akibat ESD..

Elektro static : menciptakan muatan listrikElektrostatik   diartikan sebagai terlepasnya muatan listrik akibat ketidak seimbangan electron pada permukaan bahan. Ketidakseimbangan electron akan menghasilkan medan listrik yang bisa diukur dan dirasakan pengaruhnya kepada benda lain disekitarnya.

Pelepasan  muatan elektrostatis (Electrostatic discharge )  diartikan sebagai perpindahan muatan listrik antara 2 benda karena adanya perbedaan potensial listrik.Electrostatic discharge  ini bisa mengubah karakteristik elektrik dari peralatan semikonduktor, menurunkan kapabilitasnya atau bahkan merusaknya. Permasalahan lain dari adanya elektrostatis adalah yang terjadi di dalam clean room. Permukaan bahan yang dimuati elektrostatis bisa menarik dan menahan kontaminant ( kotoran/debu dsb), sehingga susah untuk dibersihkan. Jika kontaminat tsb masuk kepermukaan silicon wafer atau device elektrik, maka  pengotor tsb bisa menyebabkan  kerusakan wafer dan menurunkan yield ratenya.

Pengontrolan elektrostatis dimulai dengan pemahaman bagaimana elektrostatis tsb terjadi ditempat awalnya. Electrostatik sering terjadi akibat sentuhan dan pmisahan yang terjadi berulang-ulang dari 2 bahan yang sama atau berlainan. Contoh: orang berjalan diatas lantai akan membangkitkan muatasn elektrostatis karena sepatu dan permukaan lantai bersentuhan dan dipisah secara berulang-ulang. Sebuah peralatan elektronik ( IC, chip, dsb ) yang dimasukkan dan dikeluarkan dari tas, atau bungkusnya akan membangkitkan elektrostatis, karena kaki  device yang terbuat dari logam bersentuhan dan berpisah berulang. Terjadinya muatan elektro statis akiban sentuh dan pisah yang berulang ini dikenal dengan Tribo electric.

                          

Tribo elektrIk ini berhubungan dengan perpindahan electron antara bahan. Atom dari bahan yang tidak ada muatan statis, mempunyai jumlah muatan positive(+) proton yang sama dengan muatan negative(-) elektron.  Dan electron ini beredar mengelilingi nucleus/inti atom. Gambar diatas bisa menjelaskan mengenai perpindahan electron dari material A ke B yang masing2 kondisi awalnya adalah netral.

Besarnya muatan listrik diukur dalam coulombs, Tetapi umumnya dianggap sebagai potensial elektrostatis dan dinyatakan dalam volt.

Jumlah muatan listrik yang diakibatkan oleh triboelektrik dipengaruhi oleh area kontak, kecepatan pemisahan, Kelembaban dan factor lainnya.

Table 2 Examples of Static Generation Typical Voltage Levels
Means of Generation	10-25% RH	65-90% RH
Walking across carpet	35,000V	1,500V
Walking across vinyl tile	12,000V	250V
Worker at bench	6,000V	100V
Poly bag picked up from bench	20,000V	1,200V
Chair with urethane foam	18,000V	1,500V

Karakteristik bahan  
Semua bahan termasuk air dan partikel debu diudara bisa mengalami triboelectric. Yang menjadi perbedaan adalah Berapa besar muatan terjadi, bagaimana dan dimana kejadiannya . Hal ini  tergantung pada   karakteristik elektrik bahan .

InsulatorsInsulator adalah bahan yang mencegah atau membatasi aliran electron diatas permukaan atau didalam bahan. Insulators mempunyai hambatan listrik yang sangat tinggi. A considerable amount of charge can be generated on the surface of an insulator. Karena bahan insulative tidak bisa mengalirkan electron, maka muatan positive dan negative bisa berada pada permukaan bahan pada saat yang sama sekalipun berbeda lokasi.  Kelebihan electron pada saat diberikan muatan negative mengakibatkan muatan tersebut berada pada bahan dalam waktu yang lama.

Bahan Konductive
Bahan konduktif memudahkan aliran electron pada bahan. Jika bahan konduktiv di berikan muatan, maka muatan tsb akan disebarkan ke permuakaan bahan. Jika bahan tsb bersentuhan dengan bahan konduktiv lainnya, maka electron akan berpindah ddengan sangat mudah. Jika bahan kedua tsb dihubungkan ke ground, maka kelebihan muatan tsb akan di netralkan. Selama bahan konduktiv di isolasi dari ground, maka triboelectric bisa terjada seperti pada bahan insulativ. Jika bahan tsb bersentuhan dengan bahan lain konduktive, maka electron akan mengalir..

Static Dissipative Materials
Static dissipative materials have electrical resistance between insulative and conductive materials. There can be electron flow across or through the dissipative material, but it is controlled by the surface resistance or volume resistance of the material.

As with the other two types of materials, charge can be generated triboelectrically on a static dissipative material. However, like the conductive material, the static dissipative material will allow the transfer of charge to ground or other conductive objects. The transfer of charge from a static dissipative material will generally take longer than from a conductive material of equivalent size. Charge transfers from static dissipative materials are significantly faster than from insulators, and slower than from conductors.

Triboelectric SeriesBahan berikut adalah muatan yang terbentuk jika triboelektrik terjadi

.

Kerusakan device akibat  ESD Kerusakan elektrostatik pada peralatan elektronik bisa terjadi mulai dari manufacturing sampai pada layanan customer. Kerusakan bisa terjadi akibat penanganan yang tidak terkontrol terhadap lingkungan atau ESD control yang jelek. Umumnya kerusakan ini diklasifikasikan kedalam catastrophic failure atau  latent defect.

Catastrophic FailureJika electronic device terkena letusan ESD, mungkin device tsb sudah tidak berfungsi lagi dan terlihat logamnya mencair, junction rusak, dsb. Kerusakan ini bisa dideteksi jika device di test sebelum shipment.

Latent Defect latent defect sangat sulit di identifikasi. Jika device terkena ESD maka secara partially rusak dan belum kelihatan kerusakan keseluruhan fungsinya. Tetapi operating lifenya menjadi berkurang.

Apa penyebab kerusakan device?Kerusakan ESD biasanya disebabkan oleh salah satu dari 3 hal berikut:

-       electrostatic discharge secara langsung ke device

-       electrostatic discharge dari  device sendiri

-       Discharge induksi Medan listrik

Discharge to the DeviceESD bisa terjadi jika konduktor yang bermiuatan ( termasuk tubuh manusia ) discharge ke ESDS (electrostatic discharge sensitive) . Jika seseorang berjalan dilantai, muatan electrostatic terkumpul pada tubuh . Sentuhan jari ke kaki ESDS device bisa menyebabkan kerusakan. Cara demikian dikenal Human Body Model (HBM).

Discharge yang sama bisa terjadi dari bahan konduktiv seperti jig, metallic tool  atau fixture. Cara ini disebut dengan Machine Model.

Discharge from the DeviceAutomated assembly adalah solusi untuk mengatasi masalah ESD model HB. Akan tetapi automated equipment bisa juga menyeabkan discharge juga. Contohnya pergerakan sliding dari feeder,  kemudian device bersentuhan dengan head atau conductive material lain. Disharge muatan ini dikenal Charged Device Model (CDM),, and bisa menyebabkan destructive device sekalipun discharge terjadi begitu cepat ( kurang dari nano second, tetapi arus bisa mencapai beberapa puluh ampere ).

Induksi medan listrik  Discharge
Jika sebuah ESDS device ditempatkan pada medan elktrostatic, maka device tsb bisa terkena induksi. Jika kemudian device dihubungkan sesaat ke ground, maka perpindahan muatan akan terjadi..

 

Sensitivitas Device : How Much  diperlukan proteksi elektrostatik?Kerusakan eSDS device ditentuakn oleh kemampuan device mendissipasi energy discharge atau withstand voltage.Hal ini dikenal dengan "ESD sensitivity". Beberapa device mungkin cepat rusak saat discharge terjadi pada automated assembly. Device lain mungkin karena handling human body. ESD sensitivity  dari komponen elektronik adalah tahap pertama untuk menentukan derajat ESD proteksi yang diperlukan. Banyak  komponen electronic yang mudah rusak pada tegangan yang relative rendah ( disk drive component: dibawah 10V ).Banyak juga yang bisa tahan dibawah  100 volts. Table berikut menunjukkan ESD sensitivity  dari berbagai komponen.

Susceptibility of Electronic Components to ESD
Device Type	ESD Susceptibility (Volts)
VMOS	30 - 1,200
Mosfet, GaAsfet, EPROM	100 - 300
JFET	150 - 7,000
OP-AMP	190 - 2,500
Schottky Diodes	300 - 2,500
Film Resistors	300 - 3,000
Schottky TTL	1,000 - 2,500

Summary.

1. Tingkat muatan listrik yang terjadi tergantung pada  bahan, kecepatan sentuh dan pisah,  humidity, dan beberapa factor lain.
2. Electrostatic discharge dapat membuat catastrophic atau latent failures pada komponent electronic
3. Electrostatic discharge bisa terjadi pada keseluruhan manufacturing, test, shipping, handling, atau  operational proces
4. Komponent rusak bisa terjadi akibat discharge dari komponentsendiri dan juda dari komponen lain.
5. Komponent sangat berbeda dlam hal sensitivitas  ESD.

Lindungilah Produk anda dari pengaruh ESD dengan mengawali pemahaman ESD, kemudian melakukan program untuk pengontrolan ESD.