자료실 > 기술자료실 > ESD System I > 정전기 현상
 
정전기 발생원리
대전현상
정전기에 의한 방전
정전유도와 대전전위
전도도(Conductivity)
가연성물질의 화재,폭발
전자산업에 미치는 영향
정전기 방지 및 제어
주요 정전기 제어 제품
정전기 방지 Total Solution
정전기 현상
ESD에 의한 피해 메카니즘
ESD 대책 프로그램
 
     
 
정전기 현상은 번개나 신선하고 건조한 날씨에 문 손잡이나 다른 금속체를 접촉할 때의 스파크,그리고 의복이 서로 붙고 하는 현상으로 우리에게 잘 알려져 있습니다. 정전기는 우리의 생활주위에 항상 존재하고 있습니다. 4000V 미만의 정전기는 색깔이나 냄새, 맛이 없어 인체에 아무런 느낌도 주지 않습니다. 이정도 이상의 전압에서는 방전시 스파크나 코로나가 보이며 스파크를 통한 방전시 오존이 형성되어 특별한 냄새가 납니다. 4000V 정도로 대전된 작업자가 도체 (예로 문 손잡이) 를 만지면 스파크 형태로 방전이 발생하여 약간의 전기적 쇼크를 느끼게 됩니다. 대전된 작업자가 도체가 아니고 저항체에 접촉한다면 대전의 정전위 레벨이 더 높아야 감지될 수 있는 것입니다.
정전기가 실제 우리 생활에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려져 있지 못합니다. 그러나 그 피해는 최근 급격히 대두되고 있으며 특히, 제품의 품질관리, 안전, 품질보증, 보관, 운반 등의 모든 분야에서 그 대책이 절실히 요구되고 있습니다. 그런 이유로, 이하의 정전기 발생 및 그에 의한 피해양상 그리고 그 대책의 중요성을 고찰해 보겠습니다.


정전기의 발생

정전기는 다양한 방법으로 발생됩니다. 가장 일반적으로는 임의의 물체가 서로 상대적인 운동을 할 때 발생됩니다. 즉 접촉이나 분리등의 과정에서 한쪽의 물체는 전자를 잃고 다른 쪽은 이를 쌓아 각각 - , +  로 대전되는 것입니다. 이때 접촉이나 분리등의 상대적인 운동은 고체, 액체, 기체 모두를 포함하는 의미입니다.(예로 작업장의 창문밖에 바람이 세게 불면 공기와 유리와 마찰에 의하여 정전기가 발생하며, 유도에 의하여 가까운 작업대에 영향을 미치게 됩니다.) 그 외에도 유도(Induction) 에 의한 대전, 그리고 냉각, 전자빔 (Beam), 스프레잉 등의 작업에 의해서도 대전됩니다.
정전기가 발생하는 방식은 아래와 같습니다.

(가) 접촉성 대전 (Triboelectric Charging)

이 방식의 대전이 가장 흔하고 또 가장 주요합니다. 즉 두 물체가 서로 비벼지는 효과로 인하여 대전되는 것을 뜻하는데 그 외에도 접촉(Contact)이나 분리(Separation)로 인한 대전도 포함된다. 발생되는 정전기의 양은 여러 변수에 의하여 결정되는 바 재질의 종류,근접도, 표면의 거칠기,접촉하는 압력, 문지름(Rubbing) 이나 분리(Separation)되는 속도 등에 따른다.

(나) 유도성 대전(Induction Charging)

대전되지 않는 물체가 대전체의 전기장에 노출되면 분극되어 가까운 쪽에는 반대 극성의 전하가 가장 먼 쪽에 같은 극성의 전하가 모이게 되는데, 이때 한쪽에서 전하를 끌어내면 그 물체는 대전체가 되는데, 이를 유도성 대전이라 한다. 그림 3-1은 그 과정을 도시 하였습니다.



그림 (1) 유도에 의한 대전

유도성 대전은 접지되지 않은 물체가 분극 (Polarization) 될 때 발생하는 것으로 분극시 발생하는 전류로 인하여 전자부품을 파괴할 수 있습니다. 특히 중요한 점은 직접 접촉에 의하지 않고서도 피해가 발생한다는 사실이며 플라스틱 용기등은 유도성 대전을 유도하므로 주의해야 합니다.

(다) Ion And Election Beam Charging

Ion이나 전자, α-입자, X-ray 등의 빔이 공기 분자와 충돌하여 방출하는 자유 전자가 주위의 중성의 공기 분자에 결합 대전을 일으키는 현상이다.

(라) Spray Charging

액체를 기계적으로 이온화 할때, Spray 되는 입자가 극성을 띄는 현상이다.

(마) 기타

국부적인 고온으로 인하여 전자가 방출되는 열전자 방출하전 (Thermionic Emission Charging) ,빛에 의하여 전자가 방출되는 광전자 하전 (Photoelectric Charging) ,주위의 강력한 전기장에 의해 발생하는 전기장 방출하전 (Field Emission) ,코로나 하전(Corona Charging) 등이 있다.




정전기를 발생시키는 물질 및 동작

이상에서 설명한 정전기 발생에 비추어 우리 주위에는 항상 정전기가 발생하고 있다고
말할 수 있습니다.
작업자나 기계의 모든 동작은 정전기를 발생시킨다. 작업자가 걸을 때는 신발과 바닥의마찰, 동작시의 의복의 마찰, 작업자에 의해서 이동되는 물체, 내부의 마찰로 인한 정전기를 발생시키는 기계등이 그 예이다. 그 외 액체,기체, 고체의 흐름, 빛의 노출, 국부적인과열, 강한 전기장 등도 주위에 항상 존재하고 있다. 그 외에도 작업장은 정전기를발생시키는 물질로 구성하고 있다. 바닥, 의자, 작업대, 부품함, 공구, 기계,포장재 모두 정전기원(Electrostatic Source)이다. 일반적인 정전기원를 <표3-1>에 요약하였다.


정전기원

정전기를 발생시키는 물질이나 작업동작

작업자

걷는행위
의자를 밀거나 의자에서 일어나는 동작
의복을 입거나 벋는동작,그외의 반복적인 동작등

의복

일반적인 의복,합성섬유로 된 모든 의복
합성섬유로 된 비 전도성 작업신발

작업의자

비닐을 씌우거나,Fiber Glass,그외 니스나 락카,폴리우레탄
코팅을 하거나 왁스처리한 의자등

작업대

플라스틱 비닐로 씌우거나 니스,락카,왁스등으로 처리한것등

바닥

비닐처리한것,니스등으로 표면처리한것,
콘크리트바닥,일반 에폭시나 우레탄으로 처리한 바닥

부품함,상자

플라스틱,용제로 표면처리한 나무,금속상자

포장재

일반적인 플라스틱 (Bag, Wrap, Envelop)
일반적인 Bubble Pack, Styrofoam
유리제품

용구

손잡이가 플라스틱으로 코팅된 일반용구
Tubing이나 Drying 을위한 Heat Gun
모나 합성섬유로 된 브러시등

제조기및
제조공정

드라이오븐,사출기,항온조,납땜기기
전자복사기,콘베이어 벨트
Spray Coating,Cleaning,Painting,냉각용 Spray

표(1) 일반적인 정전기원(Static Source)

정전기가 폭발물, 가연재 및 전기, 전자 부품에 미치는 영향

제어되지 않은 정전기는 건물의 벼락 피해, 가연재나 폭발물의 점화·폭발(예로 병기창,로케트,화약,곡물창고)이나, 인쇄업,섬유업, 플라스틱 공장에서 종이, 섬유 원료, 플라스틱 등이 서로붙어 작업의 지장등을 초래한다. 대전체는 또한 먼지나 이물질을 흡착하고,때로는 사람에게 전기 쇼크를 일으키는 등 여러 문제를 야기한다.정전기 현상은 자연의 다른 현상과 같이 좋은 용도로 사용되기도 한다. 전자복사기,작업장의 먼지 제어, 가정용 공기 정화기, 페인트 분무 등은 모두 정전 현상을 이용한 것들이다. 최근 전자 소자의 소형화, 집적화 추세로 인하여 정전기의 피해가 심각해졌다.소자가 작을수록 감당할수 있는 전력은 아주 작아져 정전기의 방전( ESD:Electrostatic Dischage)에 의하여 피해를 입을 가능성이 커지는 것이다. 이렇게 정전기에 민감한 부품은 미국의 정전기에 관한 국방성 규격 DOD-HDBK-263 에 분류되어 있으며 Class 1 의 부품은 특히 민감하므로 제조 공정에서의 보호, 회로에서부터 보관, 운반등의 모든 과정에서 특별한 주의가 요구됩니다.


정전기 대책 프로그램의 중요성

이제까지의 각종 산업에서 경험한 바로는 정전기에 의한 피해는 크게 두가지로 보고되어 있다. 즉 즉발적이며 완전한 피해와, 소자나 시스템의 기능의 잠재적인 전하로 인하여 완전한 파괴의 가능성을 안고있는 두 경우이다. 전자의 경우는 확실히 드러나므로 원인 규명이 쉽지만 후자는 즉시 알 수가 없으므로 시스템의 신뢰도를 떨어 뜨리게 되고 MTBF ( meam time between failure) 나 Life-Cycle Cost 에 심각한 영향을 끼치는 것입니다.
소자의 피해는 자체보다는 그 소자를 포함한 기기(Equipment) 의 사용자에게 더욱 민감하게 느껴진다. 더구나 부품 레벨에서는 부품의 교환만으로 끝나지만 기기 레벨에서는 검사 및 수리,보증 비용이 포함되므로 그 피해는 더 큰것이다. 이상의 이유로 각 생산 업체는 정전기 방지책을 실시하는 것이 필요해 졌으며 방지 방법의 Standard 도 제정되기에 이르렀다. 더구나 ESD 방지책의 수행에 드는 비용은 제품의 불량, 수리, 고객의 불신임으로 인한 피해등에 포함되어 있다할 수 있습니다.
적절한 ESD 대책을 위하여 2 장에서는 ESD 에 의한 파괴 메카니즘을 규명하고 마지막으로 3장에서는 그 방지책을 제시 요약하도록 하겠습니다.