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정전기에 의한 방전

정전기 방지 Total Solution

정전기 현상

ESD에 의한 피해 메카니즘

ESD 대책 프로그램

● 대전열

대전열은 소재가 접촉이나 마찰되어 질 때 (+)에 대전되기 쉬운 물질을 위에 두고, (-)에 대전되기 쉬운 물질을 아래로 하여 그 순서대로 열을 지은 것으로 표 1-1 의 유리와 철을 마찰시키면 유리는 (+), 철은(-)에 대전하고 철과 테프론을 마찰시키면 철은 (+), 테프론은 (-)에 대전한다. 이와같이 대전극성은 마찰하는 상대의 물질에 따라서 변하며 대전열에서 위의 물질과 아래 물질을 마찰시키면 위의물질이 (+)로 아래의 물질이 (-)에 대전한다. 그리고 대전열은 순수한 물질을 대상으로 하였기 때문에 물질 표면에 오염 물질이 부착되면 대전극성이 대전열과 같지 않은 경우도 있고 대전열 중 위치관계가 가까운 물질끼리의 마찰은 대전량이 비교적 적게 된다.

표(1) 고분자물질의 대전서열

● 소재의 분류

소재는 “절연체”와 “도체”로 분류할 수 있다. 그리고 절연체 내부에서는 전자의 이동이 한정되어지고 접지를 하여도 전자의 이동이 없기 때문에 접지를 하여도 의미가 없으며 한 개의 절연체에 있어서 어떤 부분은 전자가 모자라고 또 다른 부분은 전자가 많아 대전의 상태가 다르게 되는 경우가 있다. 여기에 반하여 도체에서는 전자의 이동이 자유롭기 때문에 한 개의 도체에서의 대전량은 어느 부분을 측정하여도 같게 되며 접지하는 것으로 대전은 “0”으로 된다. 이것은 접지되는 대지가 전자를 무한히 공급하고 동시에 무한히 흡수하는 저장소 역할을 하기 때문이다. 따라서 도체는 적절히 접지하는 것으로 정전기 대책이 가능하지만 절연체에 있어서 정전기는 정전기 대책에서 기술되는 여러 가지 방법이 이용되어야 한다.

* 일반 전기와 정전기의 차이 (단지 전기의 상태가 다름)
-일반전기 : 흐르고 있음 -정전기 : 정지해 있음

* 정전기가 모이는 물질 (모든 물질에 축적)
-도체 : 대전을 하여도 소멸되기 쉬움 : 큰 대전이 되기 어려움 ( 도전율이 10-6 S/m 이상)
-절연체 : 대전된 후 소멸되기 어려움 : 큰 대전이 되기 용이함.

● 전하량과 전위

일반적으로 물질 내부의 전자 1개를 그 표면에서 외부로 꺼내는데 필요한 작용함수(φ)라 하고 두 종류 물질의 작용함수 차로서 접촉 전위차가 나타난다. 금속판 A,B 의 표면을 접촉시키면 A 표면에서 B 표면으로 전자가 이동하여 그 결과 A는 +, B는 -로 대전하여 전기적인 이중층이 형성된다. 이때 나타나는 접촉전위차 V 는 φB -φA 로 주어진다. A에서 B로 이동한 정전기를 Q (Coulomb), 양 금속의 표면차를 C (Farad)라 하면

Q = c V

Q : 전체 대전 전하량 (Joule / 방전 에너지)
c : (모든 물체에 발생되는) 정전 용량
V : 어떤 점으로부터 단위 전기량을 옮기는데 필요한 두 점 사이의 전위차

※ 정전용량은 전류(A) 와 비슷한 의미로 해석되며 모든 물체(도체 및 부도체)는 각각 고유한 정전용량을 가지고 있다 예를 들면 인체의 정전용량은 작업장의 환경에 따라 100[pF-피코 패럿] 에서 4,000[pF]까지 변화하나 일반적으로 200[pF]로 적용한다.

※ 전하를 전기장안에서 이동시키기 위해서는 일을 필요로 한다. +1[C]의 전하를 무한원 (無限遠:전기장이 미치지 않는 점)에서 전기장 안의 한 점까지 운반하는데 필요한 일을 그 점의 전위라 할 수 있다. 전위, 전위차의 기호는 V, 단위는 볼트[V] 를 사용한다.

정전기 방전(ESD: Electrostatic Discharge)에서 전위(V)의 용량만을 주요시하는 이유는 c 즉 정전용량은 모든 물체가 갖고 있는 고유용량이며 측정시 의 조건 (마찰 면적,회수,압력 등) 에 따라 가변되는 것이므로 실제 측정 시 일괄 적용이 불가하다. 따라서 정전기 방전용량에서 c 의 값은 극히 미미하고 모든 물질에 따라 다르므로 V 즉 전위로만 표시한다.