ESD란?
겨울철 차에 손을 가까이 가져갔다가 따끔하는 전기를 누구나 느껴봤을 것이다.
공간의 모든 장소에서 전하의 이동이 전혀 없는 전기(Static Electricity)가 방전(Discharge) 하는 현상이다.
움직이지 않는 ‘정지해 있는 전기'중 가장 흔한 것은 마찰 전기이다. 두 물체를 마찰시켰을 때 전극을 띠게 되는 현상이다. 이렇게 발생한 전기는 사라지지 않고 물체에 쌓이게 된다.
이렇게 쌓여있던 전기가 도체에 닿으면서 급격히 흐르거나 다른 극으로 대전된 물체와 접촉할 때 전하가 균형을 이루기 위해 이동을 하게 되는데 이런 현상을 ESD(정전기 방전)이라고 한다.
ESD 는 다양한 환경에 겪을 수 있다. 바닥을 걷는 사람은 마찰 전기 충전으로 인해 높은 정전기 전압을 생성 할 수 있으며 20kV의 높은 전압이 보고됐다. 마찬가지로, 플라스틱 부품을 사용하는 기계는 다른 플라스틱 부품에 대한 플라스틱 마찰로 인해 정전기를 유지할 수 있다.
정전기 발생원리
(a) 물체 내부에는 (+)또는 (-)전하가 존재하지만 그 양이 서로 같아 전기적으로 중성을 유지하고 있다.
(b) 두 물체 A, B가 접촉할 때 물체 A가 (+)이온을 물체 B가 (-)이온을 흡착하기 쉽다고 가정하면 물체 A가 더 많은 (+)이온을 물체 B가 더 많은 (-)이온을 흡착하기 때문에 접착면을 통하여 전하의 재분배가 행하여지고 전기 이중층이 형성된다.
(c) 두 물체가 박리하게 되면 한쪽의 소재는 전자를 얻어 (-)로 대전되고 한쪽의 소재는 전자를 잃어 (+)로 대전된다.
(d) 분리된 물체중의 발생 전하는 누설과 재결합의 과정을 거쳐 소멸된다.
ESD 발생 원인으로 분류
1)마찰과 접촉 및 분리에 의한 발생(접촉성 대전): 두 물체가 서로 마찰하거나, 일정시간동안 붙어 있다가 갑자기 떨어지는 경우, 두 물체간의 마찰열로 인하여, 원자내의 전자들이 에너지를 얻어 불안정한 상태가 된다. 즉 불안정한 상태를 안정된 상태로 되돌아 가기 위하여 외부의 전자를 잡아당기거나 잉여의 전자를 버리려고 할 때 방전의 형태로 한번에 급작스런 전하이동에 의해 발생한다.
2)물체의 용량 변화에 의한 발생: 주로 인체에 해당하는 것으로, 인체가 걷거나 앉고 일어서는 경우 지면과의 거리가 변화하기 때문에 대지간의 용량의 변화로 정전기가 발생한다. 용량변화에 의한 정전기 발생은 상대습도, 인체, 주위환경에 따라 달라지나, 정전기에 민감한 소자에 있어 오동작을 일으킬 수 있는 전압이 발생한다.
3) 이미 대전된 물체에 의한 발생(유도성 대전): 위의 두가지 원인에 의해 어떤 한 물체가 대전 되었을 때, 또 다른 물체 가까이 접근하는 경우, 대전되지 않았던 안정상태의 물체가 인력에 의한 전하 불균형 상태가 되어 역시 대전이 된다.
사람의 몸이 큰 +로 대전이 잘된다는 점을 주목하자.
반면 반도체 원료인 Silicon은 - 대전이 잘 된다. 즉, 사람 손으로 반도체를 만지면 ESD 현상이 잘 발생한다.
대전 현상 종류
*대전현상 : 어떤 물체가 전기를 띠는 현상
1) 접촉 대전 - 서로 다른 두 물체가 접촉 분리하였을 때 전기 이중층의 전하분리가 일어나 정전기가 발생하는 현상 .
2) 마찰 대전 - 물체가 마찰을 일으켰을 때나 마찰에 의하여 접촉의 위치가 이동하여 전하 분리가 일어나 정전기가 발생하는 현상.
3) 박리 대전 - 서로 밀착되어 있는 물체가 떨어질 때 전하 분리가 일어나 정전기가 발생하는 현상. 마찰대전보다 큰 정전기 발생.
4) 유동 대전 - 액체류를 파이프등으로 수송할 때 이것에 정전기가 발생하는 현상
5) 분출 대전 - 액체, 기체가 단면적이 작은 개구부로부터 분출할 때 이 사이에 마찰이 일어나 정전기가 발생하는 현상
6) 충돌 대전 - 입자 상호간에 혹은 입자와 고체와의 충돌에 의해 빠른 접촉, 분리가 행해져 정전기가 발생하는 현상
7) 파괴 대전 - 고체, 분체류와 같은 물체가 파괴되었을 때 전하분리 또는 전하의 균형이 깨지면서 정전기가 발생하는 현상